КОНЦЕНТРИРОВАННЫЕ БЕЛКОВЫЕ ПРОДУКТЫ И СПОСОБ ИХ ПРОИЗВОДСТВА
CONCENTRATED PROTEIN PRODUCTS AND METHOD OF THEIR PRODUCTION

Изобретение касается концентрированных белковых продуктов и способов их производства из источников растительного происхождения, предназначенных для использования в различных отраслях народного хозяйства: преимущественно пищевой (мясной, молочной, консервной, хлебопекарной, макаронной, кондитерской, пище концентратной отраслях промышленности), фармацевтической при производстве лекарств, комбикормовой промышленности при производстве кормов, а также химической и других производственных отраслях.
Для их производства широко используют семена и продукты переработки сои, пшеницы, овса, арахиса, люпина, льна, рапса, подсолнечника и другие растительные сырьевые источники. К ним относятся, например, белковые концентраты (60-75% белка) и изоляты (более 80% белка) сои, арахиса, люпина или других сельскохозяйственных культур.
С.Беро (S.Berot) и А.Давен (A.Davin) представили обзор известных способов получения концентрированных белковых продуктов из разнообразных сырьевых источников в главе 9 «Технология извлечения и очистки белковых растительных продуктов» книги «Растительный белок» (Москва, ВО «Агропромиздат», 1991 г., под редакцией Т.П.Микулович, перевод с французского В.Г.Долгополова). Наиболее значимые современные промышленные способы производства их из сои описаны в книге «Практическое руководство по переработке и использованию сои» под редакцией Д.Р.Эриксона, изданной AOCS Press and Unated Soybean Board в 1995 году.
В приведенных обзорах показано, что технологические процессы получения концентрированных белковых продуктов основаны на использовании экстракции описанных выше источников сырья водными растворителями и могут быть представлены приводимой ниже базовой схемой.
При использовании реагентов, предотвращающих растворение белков сырья, таких, например, как кислоты при значениях рН, близких к изоэлектрической точке белков сырья, спирты, другие реагенты, или при определенных условиях экстракции, как, например, предварительная обработка или экстракция при высокой температуре, вызывающих денатурацию белков и их перевод в нерастворимое состояние, получают концентраты.
Использование реагентов, способствующих переводу белков в раствор, таких как щелочи или соли, сырья с высокорастворимыми белками позволяет получать белковые изоляты.
Полнота выхода концентратов и изолятов белков достигается многократной экстракцией сырья. Производство последних является более сложным, так как для получения продукта с высоким содержанием белка требуется дополнительная тщательная очистка, которая достигается, как правило, либо многократным осаждением белков из их щелочных растворов кислотами, либо использованием других решений, таких, например, как ультрафильтрация.
Ввиду необходимости использования высокой дисперсности исходного сырья для поддержания приемлемой скорости диффузионных процессов, обеспечения экономически оправданных выходов целевых продуктов, требующих многократной экстракции источников сырья, обеспечения приемлемых функциональных свойств конечных продуктов, технологические процессы производства концентрированных белковых продуктов являются аппаратно насыщенными, сложными и дорогими.
В соответствии со сложившейся современной парадигмой производства концентрированных белковых продуктов, все они представляют собою смесь нативных и агрегированных форм белков использованных источников сырья. Регидратация их высушенных форм приводит, как правило, к переходу той или иной части их белков в растворимое состояние.
В публикации "Preparation of soy protein Concentrate and isolate from extruded-expelled Soybean Meals", by H.Wang, L, Al Johnson and T.Wang in "Journal of the American Oil Chemists Society, 2004, 81 (7), 713-717" описан один из подходов модификации способа получения концентрированных белковых продуктов. Для получения концентрированных белковых продуктов соевую муку и белый лепесток с влажностью 10-12% предварительно обрабатывали на экструдере-экспеллере в течение 15-30 сек при температуре 135-140°С, давлении 20-50 атм. Последующую экстракцию проводили по схеме 1. Применение предварительной обработки этого типа позволило расширить сырьевую базу для производства белковых концентрированных продуктов.
Данный способ так же, как и ни один из известных способов, не меняет молекулярной природы продукта, а только позволяет расширить круг сырьевых источников для производства белковых концентратов и изолятов, получая близкие, а по некоторым характеристикам и превосходящие концентраты и изоляты из предварительно не обработанного сырья. Однако белковые концентраты и изоляты, полученные данным способом, имеют высокое содержание липидов. Следовательно, такие продукты подвержены окислительной порче при хранении.
Описанный выше способ обработки растительных источников сырья может быть выбран в качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения.
Задачей данного изобретения является получение белковых концентратов и изолятов со сниженным содержанием липидов и хорошими вкусоароматическими характеристиками.
В настоящем изобретении предлагается решение, состоящее в получении и применении концентрированных белковых продуктов, представляющих собой гель-фракции гелей, полученных из самых разнообразных растительных белковых источников.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, на первой стадии из водных растворов или суспензий исходных источников сырья с концентрацией, превышающей критическую концентрацию гелеобразования, термо-, баро-, крио-, ионотропным или другими методами гелеобразования получают гели. На второй стадии их экстрагируют растворителями, извлекающими золь-фракцию, с получением конечного целевого продукта, представляющего собой гель-фракцию.
Повышения эффективности - полноты и скорости экстракции - добиваются увеличением площади поверхности гелей приемами, приемлемыми в пищевом производстве. Используют взрыв паров воды при резком сбросе давления, например, после автоклавирования, экструзии, сверхбыстрого нагрева в микроволновом поле и т.п., замораживание и последующее удаление воды из микропористого губчатого геля, введение пищевых рыхлителей, таких как карбонат аммония и другие приемы.
Изобретение относится к концентрированным белковым продуктам, сетчатый каркас которых состоит из гель-фракции, получаемым описанным выше способом.
По химическому составу концентрированные белковые продукты, получаемые по предлагаемому способу, близки к продуктам, традиционно называемым белковыми концентратами и изолятами, так как содержание белка в них составляет 60% и более. Но они обладают рядом принципиальных отличительных особенностей, выделяющих их из ряда указанных продуктов.
Первая из них состоит в их особой молекулярной архитектуре. Они являются гелями, то есть их основой являются пространственно организованные связанные в единое целое содержащие растворитель белковые сетки, а не ансамбль самостоятельных макромолекул, как в случае традиционных концентратов и изолятов белка. Следствием этого является то, что они не растворимы в обычных водных пищевых растворах, а находятся в них в ограничено набухшем состоянии.
Они практически не содержат в своем составе растворимых веществ или же их количество в них пренебрежимо мало (менее 1,5%), и это является другой их уникальной особенностью. Таким образом, у них отсутствует золь-фракция. То есть по своей сути они представляют собой гели, состоящие исключительно из гель-фракции.
Эти уникальные особенности их структуры обусловлены особым механизмом, лежащим в основе их получения.
В предлагаемом способе производства на первой стадии гелеобразования используют суспензии источников сырья с относительно высокой концентрацией, превосходящей критическую концентрацию гелеобразования. Процессу гелеобразования предшествует предварительная денатурация молекул белка с последующей их агрегацией, эквивалентной фазовому расслоению в концентрированной системе. При этом в одной из фаз концентрируются преимущественно белки в виде пространственно сшитой гелеобразной сетки, а в другой - остальные компоненты системы. Как известно, при фазовом расслоении увеличение исходной концентрации суспензии приводит к изменению фазового состава системы и увеличению концентраций превалирующих макромолекулярных компонентов в фазах, то есть белков в белковой фазе или гель-фракции, полисахаридов, других углеводов и прочих компонентов системы в другой фазе или золь-фракции. Чем концентрация исходного сырья дальше от критической концентрации гелеобразования, тем более концентрированной по белку становится гель-фракция и тем больше возрастает концентрация остальных растворимых компонентов золь-фракции. В результате уменьшается содержание белковых веществ в составе золь-фракции, а значит существенно уменьшаются и их потери при последующей экстракции. Поэтому с практической точки зрения выгодно работать с концентрированными суспензиями источников сырья. Это выгодно также и с точки зрения образования более прочных пространственных сеток их гелей. Как известно, прочность гелей зависит от концентрации не прямо пропорционально, а является степенной функцией концентрации с показателем более 1,7. Благодаря их более высокой механической прочности получаемые гели обладают способностью сохранять геометрическую форму и целостность в процессе последующей экстракции.
Локализация компонентов сырья в разных фазах, переведение белковой фазы в нерастворимое состояние и концентрированно примесных по отношению к белку компонентов в золь-фракции приводит к еще одному важному следствию. В результате того, что белковая пространственная сетчатая структура связывает часть общего количества растворителя системы, то на золь-фракцию приходится лишь часть этого общего количества. Таким образом, реальная локальная концентрация компонентов золь-фракции существенно выше, чем их концентрация, рассчитанная на объем всего растворителя. Следствием этого при последующем экстрагировании является рост градиента концентрации между экстрагентом и золь-фракцией, в результате которого, в свою очередь, эффективность (скорость и полнота) их экстракции существенно повышается.
Известно также, что скорость экстракции существенно возрастает при увеличении поверхности контакта между экстрагентом и экстрактантом, которыми в нашем случае являются гели. Создание высокоразвитой поверхности у концентрированных белковых продуктов по предлагаемому изобретению возможно различными приемами.
Одним из них является пример термотропного гелеобразования в присутствии пищевых солей рыхлителей. Для этого берут суспензии таких источников белков, как, например, функциональный концентрат белка или изолят белка сои, подсолнечника, люпина. При температуре 20-25°С готовят 15% суспензию указанных белковых продуктов в 0,2% растворе двууглекислого аммония. Приготовленную суспензию опускают в кипящую воду и выдерживают в ней 30 мин. Полученный гель охлаждают в проточной воде до комнатной температуры. Получают высокопористый гель с развитой поверхностью. Экстракция полученного геля проводится обычными приемами.
Другой пример получения высокопористого геля путем его получения при высоком давлении и придания ему высокопористой структуры криотропным воздействием. Берут суспензию, например, соевого изолята с концентрацией 10%. Заливают его в герметичный сосуд и помещают в камеру, в которой при температуре 250°С создается давление в 6000 атм. После выдерживания в течение 15 мин давление выравнивается с атмосферным. Гель при этом не вспенивается и сохраняет свою форму и объем. Полученный гель укладывают на поддоны, замораживают и высушивают на сублимационной сушилке до конечной влажности 3%. Полученный ксерогель представляет собой высокопористый легкий пушистый продукт. Дальнейшие стадии предлагаемого способа осуществляют стандартными приемами.
2
2
Далее проиллюстрирован еще один пример баро-, термотропного гелеобразования. Готовим в скоростном миксере 60% суспензию обезжиренной муки арахиса с содержанием белка 53.2% и PDI=90%. Полученную массу при комнатной температуре прессуем в форме на гидравлическом прессе в виде плоского прямоугольника при усилии 10 кг/см толщиной 1 см. Полученную массу помещаем в автоклав и обрабатываем при температуре 138,2°С, давлении 2,5 кг/см в течение 15 мин. После обработки давление сбрасывается в течение 1,5-2 мин. В результате образуется эластичный гель губчато-пористой структуры толщиной 2 см. Дальнейшие стадии предлагаемого способа осуществляют стандартными приемами.
Другие способы гелеобразования будут приведены в конкретных примерах осуществления предлагаемого способа производства концентрированных белковых продуктов.
Указанные особенности получаемых по предлагаемому изобретению концентрированных белковых продуктов в корне отличают их от традиционных концентратов и изолятов белков. Более того, последние могут быть использованы для получения концентрированных белковых продуктов в предлагаемом способе их производства в качестве источников сырья.
2
2
Так, например, из геля функционального соевого концентрата (65% белка) с концентрацией 16%, полученного при температуре 100°С в течение 30 мин, при экстракции водой (10 частей воды на 1 часть геля в течение 1 часа при температуре 50°С) удаляется 18,3% золь-фракции. Остаток, представляющий собой гель-фракцию содержанием белка 72,4%, высушивают в мягких условиях лиофилизацией и получают целевой продукт, коэффициент гидратации которого равен 6,3 г НО/г продукта. Этот показатель у исходного продукта, составляет 3,5 г НO/г продукта. Таким образом, мы получаем продукт другого качества.
2
Из геля, полученного на основе суспензии изолята, например, соевого белка (содержание белка 90,3%) с концентрацией 15% в аналогичных описанным выше условиях, экстрагируется золь-фракция в количестве 5,6% от массы исходного изолята белка. Содержание белка в конечном продукте достигает 93,8%. Коэффициент гидратации его сублимационно высушенного препарата равен 9,6 г НO/г продукта.
Уникальным признаком получаемых по предлагаемому способу концентрированных белковых продуктов является пониженное содержание в них липидов (менее 0,3%). У большинства современных концентратов и изолятов белков их содержание составляет более чем 0,6-0,7%. На этом основании можно полагать, что экстракция липидов происходит в составе эмульсий, в которых они находятся в золь-фракции гелей.
Эта особенность предлагаемого способа получения концентрированных белковых продуктов позволяет привлекать белковые источники сырья, изначально содержащие до 10% липидов в своем составе. В частности, перспективными объектами для осуществления способа становятся белковые виды муки из сои, подсолнечника, хлопчатника и других видов сырья, полученные так называемым способом холодного прессования. После экстракции водными растворами они не только не содержат липидов, но и приобретают более светлую окраску, значительно нивелируются их специфические вкусовые и ароматические характеристики, т.е. существенно улучшается их общая органолептическая привлекательность и обеспечивается возможность долгосрочного хранения в высушенном состоянии.
2
2
Наличие жесткого сетчатого белкового каркаса и отсутствие в продукте растворимых биополимерных веществ существенно облегчает процесс сушки продукта и, что еще более важно, его последующей быстрой регидратации. При сушке в вакуумной сушилке концентрированного соевого продукта, полученного предлагаемым способом при температуре 80°С, он быстро набухал в течение 5 мин. Его коэффициент гидратации составил 3, 9 г HO/г продукта. То же самое значение коэффициента гидратации после сушки в инфракрасной сушилке при той же температуре и в тех же условиях гидратации было получено после 20 мин набухания. Попытка высушивания в указанных условиях традиционных концентратов и изолятов белка приводит к существенной потере их растворимости и набухания. Коэффициент их гидратации в аналогичных условиях испытаний не превышает значения 2, 5 г НO/г продукта, а степень набухания образцов продуктов снижается почти в два раза.
Перечисленные выше характерные признаки и особенности продуктов и способа их получения имеют огромную практическую ценность.
Концентрированные белковые продукты, полученные по предлагаемому способу, прежде всего, характеризуются нейтральными органолептическими характеристиками не только по сравнению с исходными источниками сырья, но и по сравнению с большинством представленных сегодня на рынке традиционных белковых концентратов и изолятов. Сегодня, как известно, это одна из центральных проблем, ограничивающих их использование во многих отраслях пищевой промышленности. Так, для них характерны весьма специфичные вкусоароматические характеристики, например, соевый запах и вкус (горечь, бобовый привкус), которые негативно воспринимаются большинством переработчиков и конечных потребителей.
Совершенно ясно, что молекулярная архитектура концентрированных белковых продуктов в форме гель-фракции, получаемых по предлагаемому изобретению, отражается на их функциональных характеристиках и определяет области их практического использования. На практике у продуктов данного типа востребовано проявление узконаправленного комплекса его функциональных свойств. Мы предлагаем использовать концентрированные белковые продукты в форме гель-фракций, получаемые по предлагаемому изобретению, в качестве добавок и наполнителей, например, мясных изделий для регулирования уровня содержания белка в конечных рецептурах и регулирования их консистенции, снижения потерь влаги и жиров при термообработке за счет расчетного прочного молекулярного связывания ими воды. Практическая проверка этого направления их использования показала, что они позволяют существенно повысить уровень содержания белка, например, в мясных фаршевых полуфабрикатах, существенно улучшить их консистенцию и вкусоароматические характеристики, понизить потери влаги и жира в стандартных рецептурах этих продуктах при термической обработке и хранении в замороженном состоянии.
Их функциональные характеристики также более чем достаточны для использования в качестве высокоценных белковых добавок в составе, например, сухих завтраков, кондитерских изделий, снек-барных батончиков, спортивном, диетическом и лечебном питании и многих других целях сбалансированного рационального питания.
Мы уже отмечали выше, что для получения концентрированных белковых продуктов по предлагаемому изобретению, в виду меньших потерь и больших выходов конечного продукта, более предпочтительно использовать концентрированные суспензии исходного сырья (более 50%). Создание высокоразвитой поверхности и высокопористой структуры продукта облегчает диффузионные процессы и экстракцию золь-фракции. Реализация этих условий при осуществлении настоящего изобретения позволяет получить еще один важнейший позитивный эффект - получение конечных продуктов осуществляется по единой технологической схеме, а именно по схеме производства концентратов белков (левая часть схемы 1). То есть использование предлагаемого изобретения существенно упрощает схему производства концентрированных белковых продуктов, аналогичных изолятам белков, а во-вторых, полностью освобождает технологический процесс применения в нем кислот и щелочей для многократных процедур переосаждения белка.
Суспензии высокопористых набухших гелей с высокоразвитой поверхностью в форме кусочков разной формы макроскопических размеров (от 2 до 20 мм и более) разделяют любым известным способом, в частности использованием традиционного фильтрования и в вакууме, и в его отсутствии. При использовании фильтрующих материалов с относительно малым размером пор, но на несколько порядков превосходящих их размеры, традиционные, например, для ультрафильтрации (100 мкм), получают продукты, аналогичные белковым концентратам, а при использовании материала с порами более крупного размера (1-3 мм, в зависимости от гранулометрического состава частичек геля) получают продукты, аналогичные изолятам белков. Эта уникальная особенность предлагаемого изобретения в зависимости от потребности в настоящий момент времени позволяет производить на одном и том же оборудовании из одного и того же вида сырья продукты, близкие как к концентратам, так и изолятам белков в форме гель-фракций, заменяя только используемый фильтрующий материал. Данная особенность предлагаемого изобретения делает возможным использование не только известных технических решений, применяемых в традиционных способах получения концентрированных белковых продуктов, но и использовать более простые и дешевые технические средства. Разделение гель- и золь-фракций может быть произведено не только на декантерах, но и на более простых широко распространенных в пищевой индустрии производительных пресс-фильтрах, ленточных прессах, нутч-фильтрах, фильтрующих центрифугах. Такая возможность отсутствует в традиционных схемах производства и концентратов, и изолятов белков.
Существо предлагаемого изобретения отражено в представленных ниже следующих примерах.
Пример 1
Смешивают обезжиренную соевую муку с индексом растворимости белка 95% и дистиллированную воду до образования плотной суспензии с концентрацией 35% по сухому веществу. Полученную плотную суспензию помещают в форму и прессуют до образования плотной гомогенной массы в виде цилиндра диаметром 20 мм и высотой 100 мм, герметично закрывают и выдерживают в течение 1 часа.
Далее форму помещают в водяную баню с температурой 98°С и выдерживают в ней 30 мин. Форму вынимают из бани, охлаждают в проточной воде до температуры 8-10°С, а образованный плотный гель вынимают из формы и нарезают в виде тонких пластинок толщиной 1 мм.
Нарезанные пластинки геля погружают в стеклянную колбу и заливают дистиллированной водой в соотношении пластинки:вода, равном 1:8, и ставят на качалку, на которой возвратно-поступательно раскачивают суспензию при температуре 23°С в течение 10 мин.
Полученную суспензию, состоящую из частиц геля, каркас которого образован пространственной белковой сеткой, (гель-фракция) и водного экстракта растворимых веществ муки, фильтруют на лабораторном вакуум-фильтре через бумажный фильтр №0. Нерастворимый осадок (гель-фракция) промывается на фильтре дистилированной водой (2 части воды в расчете на исходную сухую муку). Полученный продукт в вакуумном шкафу высушивается при температуре 50°С.
Полученный после сушки продукт по составу представляет собой белковый концентрат с содержанием белка 60,2% и 32,3% углеводов в пересчете на абсолютно сухие вещества. Степень концентрирования белковых веществ в нем относительно невелика, так как в приведенных условиях преимущественно удалены низкомолекулярные растворимые вещества. Тем не менее, образец концентрата белка в сухом состоянии характеризуется светло-желто-кремовой окраской, отсутствием специфического соевого запаха и нейтральными вкусовыми характеристиками. Его регидратация в избытке дистиллированной воды при соотношении концентрат:вода, равном 1:10, в течение 30 мин приводит к его ограниченному набуханию и образованию набухших гелеобразных частиц (1 весовая часть продукта поглощает 2,1 части прочно связанной воды, которая определялась после центрифугирования образца суспензии при 5000 g в течение 30 мин как отношение массы поглощенной воды к массе сухого образца белкового концентрата). Это значение остается неизменным при продолжительном набухании в течение 3 часов. Взятая для набухания образца вода практически не окрашивалась и сохраняла прозрачность в течение всего периода наблюдения за процессом набухания, что кардинально отличает поведение данного продукта от концентратов, представленных на нашем рынке. При их аналогичных сравнительных испытаниях образуются непрозрачные окрашенные суспензии с вязкостью водной фазы, существенно более высокой, чем вязкость воды, что характеризует наличие в них довольно высокой доли растворимых веществ как молекул биополимеров, так и некоторых низкомолекулярных красящих веществ.
Пример 2
В скоростном миксере со скоростью вращения острых ножевых лопастей
3000 об/мин обезжиренную соевую муку с индексом растворимости 95% смешивают с питьевой водой до получения увлажненной конгломерированной рассыпчатой массы с концентрацией 55%.
2
Полученную массу закладывают в цилиндрическую форму и прессуют при давлении 60 кг/см, и температуре 165°С и в течение 15 сек, и выдавливают через фильеры с отверстиями в 1 мм. На выходе из фильеры получают длинные вермишелевидные полупрозрачные желтые нити. Пучок выходящих нитей, каркасом которых является белковая пространственная сетка, принимают в термостатируемую емкость с питьевой водой с температурой 60°С. Количество принимаемого материала в емкости доводят до соотношения материал:вода, равного 1:6, и дают стоять в течение 45 мин при слабом перемешивании. Содержимое емкости выливают на сетчатый фильтр с диаметром отверстий в 1 мм. Нерастворимый остаток на фильтре прополаскивают питьевой водой при соотношении материал:вода, равном 1:2, в расчете на количество исходной соевой муки. Полученный нерастворимый остаток, представляющий собой гель-фракцию, высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 90°С. Полученный продукт измельчают до частиц размером 200 мкм. Получают светло-кремовый порошок с содержанием белка 64,3%. Коэффициент его гидратации составляет 3,1. При набухании в воде он образует тонкие полупрозрачные гелеобразные не растворимые, а лишь ограниченно набухающие в воде до указанного значения коэффициента гидратации частицы.
В результате резки гелеобразных прессованных волокон на фрагменты длиной 2 см и последующего высушивания их в тонком слое в инфракрасной сушилке в течение 6 часов получали сухие тоненькие очень твердые стерженьки. Последующая их экстракция и получение конечного продукта - гель-фракции - в условиях данного примера как непосредственно после высушивания, так и после их хранения в течение 4 недель в сухом состоянии приводила в итоге к получению аналогичных описанным выше результатов как по гидратации продукта, так и по содержанию в нем белка.
Пример 3.
2
Обезжиренную гексаном соевую муку с содержанием белка 52,2% и показателем NSI 72,9 экструдируют в отечественном двухшнековом экструдере Штак 72, имеющем четыре зоны, снабженные электрическими нагревающими и водяными охлаждающими элементами, со скоростью 492 кг/час через фильеры с диаметром отверстий 1,2 мм, при температуре концевой выходной зоны экструдера 185°С и давлении в 70 кг/см. В приемную камеру экструдера через распыляющие форсунки вводили воду со скоростью, обеспечивающей влажность экструдируемой массы 25%. Время обработки увлажненной массы в стволе экструдера составило 35 секунд.
Из матрицы обработанная масса выходила в виде пучка гелеобразных волокон, каркасом которых является пространственная плотно сшитая белковая сетка. При попадании в окружающую атмосферу из-за резкого перепада давления они расширялись (по сравнению с диаметром выходного отверстия матрицы) и приобретали вид слоисто-волокнистого вспененного текстурированного материала диаметром до 3,0 мм, который разрезали вращающимися ножами на кусочки (текстурированные гранулы) цилиндрической формы размером 3-5 мм. При выходе из экструдера часть содержащейся воды испарялась из гранул в виде пара, на котором отгонялась значительная часть специфических вкусоароматических веществ исходной соевой муки. Остаточная влажность текстурированных гранул составляла около 17,0% и температура - около 95°С.
Вариант экстракции А).
Полученные гранулы подавали в емкость с якорной мешалкой, вращающейся со скоростью 60 об/мин, с водой до достижения соотношения гелеобразный экструдат:вода, равного 1:6, перемешивали в течение 10 мин и суспензию гранул разделяли в проточной центрифуге с фактором разделения 2500g. Аналогичную обработку в режиме противоточной экстракционной схемы осуществляли еще два раза. Полученный в результате отжима осадок, представляющий собой гель-фракцию, сушили при максимальной температуре, не превышающей 75°С, в инфракрасной промышленной сушилке. Получили продукт в виде кусочков пористого слоисто-волокнистого плотного ксерогеля.
Анализ полученного продукта показал, что он представляет собой белковый концентрат, содержащий 75,7% белка. Полученный сухой продукт быстро набухал в воде в течение 30 мин и имел коэффициент гидратации 2,9.
Вариант обработки Б).
По аналогичной противоточно-экстракционной схеме, приведенной в варианте А), проводили обработку той же партии исходных гранул, с тем отличием, что для отделения экстракта от гелеобразных гранул использовали грубый сетчатый фильтр с диаметром отверстий 1 мм с последующим допрессовыванием остатка экстракта на отечественном прессе ПЯ-5 для прессования фруктовой стружки. Полученный в результате трехкратной промывки и отделения золь-фракции продукт высушивали на инфракрасной сушилке в условиях варианта обработки А).
2
Анализ полученного продукта показал, что содержание белка в нем достивгает 90,7%, и значит по этому показателю он может быть отнесен к классу изолятов белка. Он ограниченно набухает в воде и имеет коэффициент гидратации 3,2 г НO/г продукта, причем это значение не изменялось после его термической обработки в течение 30 мин при 75°С, т.е. в режимах, характерных для обработки многих видов мясных продуктов (речь идет о прочно связанной воде, так, коэффициент гидратации образцов определяли при ускорении 5000 g и времени центрифугирования 30 мин). Содержание растворимых веществ в нем было около 1%. Этот факт подтверждает, что полученный продукт не содержит золь-фракции, а в совокупности с с данными химического состава является гель-фракцией, пространственная сетка которой построенна практически из белковых молекул.
По всем органолептическим характеристикам данный продукт был нейтральным как в сухом, так и гидратированном состоянии. Его вкус и запах был значительно менее выражен, чем у большинства белковых изолятов, полученных по традиционным технологическим схемам производства.
Пример 4
Данный пример выполнялся в точном соответствии с описанным в примере 3 вариантом Б). Отличие заключалось только в диаметре фильеры, которая составляла 3 мм, и получали продукт цилиндрической формы диаметром около 10 мм и длиной 10-12 мм, а разделение экстракта осуществляли на грубом сетчатом фильтре с диаметром отверстий 3 мм.
Анализ полученного в данном случае высушенного продукта показал, что он представляет собой также изолят, содержащий 81,6% белка. В отличие от предыдущего примера, полученный концентрированный белковый продукт отличала более низкая скорость набухания и степень гидратации, которая после 30 мин набухания в воде составила 2,4 (по данным тестирования с применением центрифуги). Аналогичная картина наблюдается и для гранул исходного продукта - с увеличением геометрических размеров гранул, выбранных для набухания, уменьшается скорость их гидратации.
Пример 5
Измельченную полужирную соевую муку с содержанием влаги 6,2%, белка 50,2%, жира 10,5% и показателем индекса растворимости белка 46,4% получали путем предварительной экструзионной обработки и последующим прессованием на оборудовании компании "Инста-про".
Полученную муку увлажняли водой и паром до содержания влаги 23% и подогревали до температуры 90°С в прекондиционере одношнекового экструдера этой же компании.
2
Полученную рассыпчатую массу экструдировали в четырехзонном одношнековом экструдере той же компании. Во время последовательного прохождения зон экструдера увлажненная масса постепенно разогревалась за счет внутреннего трения при прохождении установленных между камерами кольцевых паропреградителей, между шнеками и баррелями экструдера, достигая в выходной камере температуры в 175°С и давления в 70 кг/см. Концевая матрица экструдера была оборудована фильерой с диаметром отверстия 15 мм. Время обработки влажной массы в экструдере составило 30 секунд.
Выстреливаемые из фильеры крупнокусковые гели, выходя из нее, в результате взрыва при атмосферном давлении превращались в пористо-волокнистый гелеобразный продукт, который измельчали на устройстве "Камитроль" на гранулы с размером поперечника от 2 до 5 мм. В ходе этих операций происходило выделение пара, с которым также происходил унос значительной части вкусоароматических компонентов сырья.
Последующую сушку полученных гранул проводили аналогично примеру 3, варианту Б).
2
Согласно данным анализа химического состава сухого продукта его можно отнести к группе изолятов белка, так как содержание в нем белка достигало 86,6%. В высушенном виде он представлял собой чрезвычайно тонкий сетчато-волокнистый продукт, который отличался очень высокой скоростью набухания. После 15 мин набухания в воде коэффициент его гидратации достигал значения 2,9 г НО/г продукта (по результатам теста с использованием центрифугирования при 5000 g в течение 30 мин).
Несмотря на применение достаточно жирного источника сырья (10,5% жира), в концентрированном белковом продукте его содержание не превышало 0,3%. Этот факт свидетельствует о том, что жир в составе золь-фракции этих гелей представлен не в свободном, а эмульгированном состоянии. Роль эмульгаторов выполняют, по-видимому, входящие в состав золь-фракции полисахариды и остаточные количества белков. Только это предположение может объяснить возможность обнаруженного эффекта и возможность экстракции липидов лиофильным водным растворителем.
По органолептическим характеристикам полученный концентрированный белковый продукт практически был аналогичен продукту, полученному на основе обезжиренной соевой муки. Во всяком случае, группа непрофессиональных дегустаторов не смогла выявить отличительные признаки, позволяющие идентифицировать по этим характеристикам продукты из обезжиренного и полужирного сырьевого источника.
Пример 6
Данный пример выполнялся в точном соответствии с описанным в примере 3 и вариантом А), только вместо соевого белого лепестка использовали обезжиренную муку подсолнечника, содержавшую 59, 9% белка.
Продукт, полученный по варианту А) и высушенный в вакууме при температуре 50°С, имел светло-серую окраску, намного более светлую по сравнению с исходным сырьем, с содержанием белка 68,6% (N X 6,25). На этом основании полученную гель-фракцию на основе белков подсолнечника можно отнести к белковым концентратам. Содержание хлорогеновой кислоты в продукте не превышало уровня 0,04%, а содержание растворимых cахаров - 1,0%. Диспергирование продукта в воде приводило к образованию суспензии набухших частиц геля. Выдержка суспензии в течение 1 часа приводила к расслоению системы и группированию частиц геля в нижней части сосуда. Однако выдерживание суспензии в течение этого времени не приводило к усилению интенсивности окраски продукта или появлению нежелательных цветовых оттенков зеленоватых тонов.