СПОСОБ РАЗЖИЖЕНИЯ БЕЛКОВ ЗЕРНА
METHOD OF GRAIN PROTEIN LIQUEFACTION

Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к способу разжижения белков зерна, в частности разжижения белков пшеницы. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу получения гидролизованных белков зерна, в частности получения гидролизованных белков пшеницы. Также раскрыты состав, содержащий гидролизованные белки зерна, которые получают при помощи способа, составляющего предмет настоящего изобретения, и его применение.
Предпосылки создания изобретения
Гидролизованные белки зерна имеют высокую коммерческую ценность. Их используют в широком ассортименте пищевых продуктов, кормовых продуктов, косметики и в промышленных целях, таких как, например, изготовление клея или красок.
Гидролизованные белки зерна можно получить путем кислотного гидролиза, например, как описано в европейском патенте № EP 0363771, или путем ферментативного гидролиза.
Ферментативный гидролиз может проходить при добавлении ферментов к содержащему белок субстрату в водной суспензии с последующей инкубацией данной смеси, например, как описано в международной заявке WO 02/32232.
Ферментативный гидролиз также может проходить в два этапа: этап разжижения для разжижения исходного белкового материала и этап инкубации, где происходит собственно гидролиз. Оба этапа способа, как правило, содержат непрерывное обратное перемешивание. Обратное перемешивание на обоих этапах является недостатком.
Во время этапа разжижения из-за обратного перемешивания часть исходных белков непрерывно рециркулирует и остается во время этапа разжижения в течение большего периода времени, чем необходимо. Другой исходный белковый материал покидает этап разжижения слишком рано, поскольку минует обратное перемешивание. Данный материал в неразжиженном состоянии поступает на этап инкубации.
Во время этапа инкубации из-за обратного перемешивания часть материала постоянно рециркулирует и инкубируется в течение большего периода времени, чем это необходимо, приводя к более высокой степени гидролиза белков с низкой и очень низкой молекулярной массой. Другой материал покидает этап инкубации слишком рано и, следовательно, гидролизуется в недостаточной степени.
Таким образом, недостаток существующих способов гидролиза заключается в том, что в конечном продукте (гидролизате) отсутствуют гидролизованные белки с одинаковой степенью гидролизации, особенно если исходный материал обладает вязкоупругими свойствами и при гидратации образует комки, такие как нативная клейковина пшеницы. Кроме гидролизованных белков с необходимой молекулярной массой гидролизат, как правило, содержит недостаточно гидролизованные или негидролизованные белки с высокой молекулярной массой, белки с высокой степенью гидролиза с низкой или очень низкой молекулярной массой, такие как аминокислоты.
Фракция гидролизата с низкой молекулярной массой может придавать ему горький вкус, что нежелательно для применения в пищевых продуктах и кормах. Фракция с высокой молекулярной массой часто приводит к разделению фаз (например, из-за образования осадка) при внесении гидролизата в суспензию. Это нежелательно, особенно если гидролизат используют для получения продуктов, которые по свойствам должны быть похожи на молочные эмульсии.
Гидролиз белков с вязкоупругими свойствами очень сложно провести из-за образования комков при гидратации. До настоящего времени для предотвращения образования комков в растворы, содержащие, например, технологические добавки, добавляли сухую нативную клейковину пшеницы.
Другой недостаток существующих способов представляет собой обычную потребность в высоких объемах и длительности переработки.
Таким образом, существует потребность в улучшенном способе производства гидролизованных белков зерна, который обеспечивает одинаковую степень гидролиза белков и, следовательно, лишен описанных выше недостатков.
Изложение сущности изобретения
Первый аспект настоящего изобретения относится к способу разжижения белков зерна. Данный способ представляет собой процесс разжижения и включает этапы, на которых:
a) обеспечивают состав, содержащий один или более белков зерна, причем содержание сухого вещества в указанном составе представляет собой от 5% до 40% вес. (% в/в) состава; затем
b) добавляют в состав один или более гидролитических ферментов и/или технологических добавок; затем
c) необязательно проводят предварительную подготовку состава; затем
d) гомогенизируют состав.
Второй аспект настоящего изобретения относится к способу получения гидролизованного белка зерна. Данный способ представляет собой процесс гидролиза и включает этапы, на которых:
i) разжижают состав, содержащий один или более белков зерна в соответствии с процессом разжижения, описанным выше в настоящем документе; затем
ii) необязательно проводят предварительную обработку состава; затем
iii) инкубируют состав при температуре от 50 до 85°C в течение по меньшей мере 5 минут.
Третий аспект настоящего изобретения относится к гидролизованному белку зерна, который получают при помощи процесса гидролиза, составляющего предмет настоящего изобретения.
Четвертый аспект настоящего изобретения относится к пищевому или кормовому составу, содержащему гидролизованный белок зерна, составляющий предмет настоящего изобретения, и дополнительные ингредиенты для получения пищевых или кормовых составов. Состав может быть представлен в разных формах, таких как порошок, паста, жидкость.
В одном варианте осуществления состав, составляющий предмет настоящего изобретения, прессуется в форме таблетки.
Пятый аспект настоящего изобретения относится к применению состава в соответствии с настоящим изобретением в производстве пищевых продуктов и кормов. Предпочтительно состав, составляющий предмет настоящего изобретения, используют для частичной или полной замены животных белков в производстве пищевых продуктов и кормов. Наиболее предпочтительно состав, составляющий предмет настоящего изобретения, используют для частичной или полной замены молочных белков в композициях, которые применяются в качестве заменителей цельного молока.
Краткое описание чертежей
Рис. 1: изображение нативной клейковины пшеницы, полученной в результате стандартного процесса разделения крахмала и клейковины пшеницы.
Рис. 2: изображение разжиженной нативной клейковины пшеницы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание
Неожиданно было обнаружено, что достаточное разжижение, при котором белковый материал по существу и постепенно разжижается для образования однородного и разжиженного продукта с последующей контролируемой инкубацией, позволяет получать гидролизованные белки зерна с одинаковой степенью гидролиза. При разжижении предпочтительно не используется обратное перемешивание, и время, необходимое для разжижения, значительно сокращается по сравнению с существующими процессами. Неожиданно было обнаружено, что разделение процесса разжижения на несколько последовательных этапов, каждый из которых упрощает выполнение следующего этапа, обеспечивает более эффективное разжижение.
Настоящее изобретение предпочтительно относится к белковому материалу, обладающему вязкоупругими свойствами и при гидратации образующему комки, такие как комки нативной клейковины пшеницы.
В настоящем изобретении разжижение предпочтительно осуществляется в непрерывном потоке вытеснения, чтобы обеспечить одинаковое время разжижения для всех поступающих белков. В отличие от существующих способов, разжижение, составляющее предмет настоящего изобретения, основано на принципе поочередности обработки, является более эффективным и проходит гораздо быстрее.
В первом аспекте настоящее изобретение относится к способу разжижения белков зерна. Данный процесс разжижения содержит этапы, на которых:
a) обеспечивают состав, содержащий один или более белков зерна, причем содержание сухого вещества в указанном составе представляет собой от 5% до 40% вес. состава; затем
b) добавляют в состав один или более гидролитических ферментов и/или технологических добавок; затем
c) необязательно проводят предварительную подготовку состава; затем
d) гомогенизируют состав.
Процесс разжижения, как правило, продолжается от 5 до 60 минут. Продолжительность процесса разжижения предпочтительно составляет от 5 до 50 минут, еще более предпочтительно - от 5 до 40 минут, еще более предпочтительно - от 5 до 30 минут, еще более предпочтительно - от 5 до 20 минут, еще более предпочтительно - от 5 до 10 минут.
На этапе a) готовят состав, содержащий один или более белков зерна.
Содержание сухого вещества в составе представляет собой от 5 до 40% вес. состава (% в/в), предпочтительно - от 15 до 38% в/в, более предпочтительно - от 25 до 35% в/в, еще более предпочтительно - от 28 до 32% в/в.
Состав содержит от 60 до 95% в/в воды. Вода предпочтительно представляет собой обычную водопроводную воду.
Содержание сухого вещества в составе предпочтительно представляет собой по меньшей мере 40% белка, предпочтительно - по меньшей мере 50%, более предпочтительно - по меньшей мере 60%, еще более предпочтительно - по меньшей мере 70% и наиболее предпочтительно - по меньшей мере 80% белка.
В предпочтительном варианте осуществления состав должен быть в форме одного или более вязкоупругих комков. Более предпочтительно, чтобы часть белка или весь белок в составе обладал вязкоупругими свойствами и при гидратации образовывал вязкоупругие комки. В наиболее предпочтительном варианте осуществления состав содержит обводненные комки нативной клейковины пшеницы, получаемой в результате стандартного процесса разделения крахмала и клейковины пшеницы.
Белок зерна, используемый для цели настоящего изобретения, может представлять собой любой белок зерна, такой как получаемый из пшеницы, ячменя, ржи, овса, кукурузы, риса, полбы, пшена, сорго и тритикале, а также их смесей. Предпочтительно белок зерна представляет собой клейковину. Клейковина может представлять собой нативную клейковину или модифицированную клейковину. Нативная клейковина может быть представлена в сухой форме или в форме свежей нативной клейковины, получаемой в результате стандартного процесса разделения крахмала и клейковины. Белок зерна предпочтительно представляет собой нативную клейковину пшеницы, получаемую в результате стандартного процесса разделения крахмала и клейковины пшеницы.
Клейковина может быть получена из зерна любым способом выделения клейковины зерна, известным специалистам в данной области. В предпочтительном варианте осуществления клейковина представляет собой нативную клейковину пшеницы, получаемую в результате стандартного процесса разделения крахмала и клейковины пшеницы.
Однако, хотя в качестве исходного материала предпочтительно использовать клейковину, которая была выделена из других компонентов зерна, как в случае с пшеницей в стандартном процессе разделения крахмала и клейковины пшеницы, для цели настоящего изобретения отделять клейковину необязательно, и состав, составляющий предмет настоящего изобретения, может, например, представлять собой гидратированную зерновую муку, содержащую клейковину. Более того, можно использовать муку с различным содержанием клейковины. В таком случае при разжижении клейковина будет выделяться из муки. Извлечение клейковины может осуществляться при помощи любых методик, известных в данной области. Кроме того, данный разжиженный состав можно использовать в способе по второму аспекту настоящего изобретения.
Во время этапа b) в состав, содержащий один или более белков зерна, добавляют один или более гидролитических ферментов и/или одну или более технологических добавок.
Гидролитические ферменты, которые можно использовать в настоящем изобретении, по существу представляют собой пептидазы, также известные как протеазы. Пептидазы выбирают из группы, состоящей из α-аминоацилпептидгидролаз (EC 3.4.1.), пептидиламинокислотных гидролаз (EC 3.4.2.), дипептидгидролаз (EC 3.4.3.), пептидилпептидгидролаз (EC 3.4.4.), аминопептидаз (EC 3.4.П.), пептидиламинокислотных гидролаз (EC 3.4.12.), дипептидаз (EC 3.4.13.), дипептидилпептидаз и трипептидилпептидаз (EC 3.4.14.), пептидилдипептидаз (EC 3.4.15.), сериновых карбоксипептидаз (EC 3.4.16.), металлокарбоксипептидаз (EC 3.4.17.), цистеиновых карбоксипептидаз (EC 3.4.18.), омега-пептидаз (EC 3.4.19.), сериновых эндопептидаз (EC 3.4.21.), цистеиновых эндопептидаз (EC 3.4.22.), аспарагиновых эндопептидаз (EC 3.4.23.), металлоэндопептидаз (EC 3.4.24.), треониновых эндопептидаз (EC 3.4.25.). Кроме того, подходящий класс ферментов для использования в данном способе также представляют собой щелочные пептидазы.
Пептидазы подразделяются на два подкласса: подкласс экзопептидаз и подкласс эндопептидаз. Ферменты, применяемые для цели данного изобретения, предпочтительно имеют бактериальное, животное или растительное происхождение. Они включают рекомбинантные ферменты, которые, например, получают при помощи методик генной инженерии.
Процесс предпочтительно проводят за счет по меньшей мере активности эндопротеазы, однако также можно использовать протеазу, проявляющую как эндо-, так и экзопротеазную активность. В альтернативном варианте осуществления можно использовать смесь эндопротеаз, экзопротеаз и эндо- и экзопротеаз.
Ферменты, которые можно использовать в способе, составляющем предмет настоящего изобретения, включают бактериальную протеиназу из Bacillus Subtilisis, кислотную эндопротеазу и экзопептидазу из Aspergillus Niger, термостойкую бактериальную протеиназу, нейтральную термостойкую протеазу из Bacillus stearothermophyllus, папаин, нейтральную бактериальную протеиназу или эндопротеазу из видов Bacillus, нейтральную бактериальную протеазу из Bacillus amyloliquefaciens, щелочную протеиназу (грибковую, бактериальную), эндопротеиназу (сериновую; субтилизин A, Bacillus licheniformis), комплексную эндопротеазу и экзопептидазу из Aspergillus oryzae, бактериальную металлопротеазу из Bacillus amyloliquefaciens.
Поскольку источник белка может содержать углеводные материалы, предпочтительно также добавлять в состав одну или более карбогидраз. Подходящие ферменты включают, например, α- или β-амилазы, пуллуланазы, целлюлазы, пентозаназы.
К составу, содержащему один или более белков зерна, также можно добавлять одну или более технологических добавок. Технологические добавки, подходящие для цели настоящего изобретения, представляют собой восстановители, выбранные из группы, состоящей из цистеина, глутатиона, бисульфита, сульфита, аскорбиновой кислоты, их солей и их комбинаций. Как правило, технологические добавки добавляют в количестве от 0,001% до 5% (из расчета на сухой вес состава). Один пример подходящей технологической добавки представляет собой бисульфит натрия, добавляемый в дозировке, например, 0,06% (из расчета на сухой вес состава). Технологические добавки добавляют, чтобы ослабить взаимодействие компонентов состава, оказывая влияние на конформацию белков и их физико-химические свойства. Это может быть особенно эффективным, если белок зерна представляет собой нативную клейковину пшеницы. Например, под воздействием технологических добавок дисульфидные связи (S-S) между отдельными молекулами клейковины в нативной клейковине пшеницы восстанавливаются до сульфгидрильных групп (-SH).
В другом варианте осуществления как ферменты, так и технологические добавки можно добавлять в состав, содержащий один или более белков. Тем не менее предпочтительно не добавлять ферменты и технологические добавки одновременно, а добавлять их в состав последовательно, чтобы предотвратить деактивацию ферментов под воздействием технологических добавок.
На этапе c) может проводиться предварительная подготовка состава. Она может осуществляться, чтобы снизить вязкость состава, тем самым способствуя следующему этапу гомогенизации за счет снижения энергозатрат, которые могут потребоваться на данном этапе. Данная процедура называется разбавлением состава. Предварительная подготовка также может проводиться для корректировки характеристик конечного продукта, в частности, для корректировки pH. Предварительная подготовка может дополнительно проводиться для корректировки условий реакции, чтобы добиться оптимальных условий функционирования ферментов.
Предварительная подготовка может содержать одну или комбинацию двух или более из следующих форм обработки:
- нагревание состава,
- перемешивание состава,
- корректировку pH состава,
- добавление в состав технологических добавок.
Данные виды обработки могут представлять собой одновременные или последовательные этапы. Для удобства нагревание и перемешивание могут проводиться одновременно.
Нагревание состава можно выполнять при помощи любого типа подходящей методики нагревания, известной в данной области. Нагревание предпочтительно будет представлять собой косвенное нагревание при помощи статического нагревателя. Если нагревание проводится совместно с перемешиванием, для удобства его можно осуществлять при помощи статического нагревателя-смесителя. Статический нагреватель и статический нагреватель-смеситель подходят для нагревания материалов с вязкостью от очень низкой до очень высокой. Среда для нагревания может представлять собой любую подходящую среду для нагревания, но предпочтительно - воду. Температуру среды для нагревания выбирают таким образом, чтобы температура состава после нагревания составляла от 40 до 55°C, предпочтительно - от 45 до 52°C, более предпочтительно - 50°C. Нагревание не является обязательным, если перед этапом c) температура состава уже составляет минимум 40°C. В предпочтительном варианте осуществления, где белок зерна представляет собой нативную клейковину пшеницы, температура нагревания составляет менее 55°C. При температуре от 55°C может происходить разрушение структуры нативной клейковины пшеницы.
Перемешивание может обеспечиваться при помощи статического смесителя. Как описано выше, перемешивание можно проводить одновременно с нагреванием при помощи статического нагревателя-смесителя. Статический смеситель представляет собой устройство для перемешивания двух (или более) текучих материалов. Устройство состоит из одного или более неподвижных элементов смесителя, встроенных в корпус. Корпус может быть, например, цилиндрическим или квадратным. Неподвижные элементы смесителя представляют собой ряд перегородок. По мере того как два (или более) текучих материала перемещаются через статический смеситель, неподвижные элементы обеспечивают постоянное перемешивание материалов. Также можно использовать любой подходящий тип смесительного оборудования, такой как, например, система фильер. Данный этап перемешивания необходим только для снижения энергозатрат, которые потребуются на следующем этапе гомогенизации, чтобы сделать данный этап гомогенизации как можно более эффективным. В предпочтительном варианте осуществления, где белок зерна представляет собой нативную клейковину пшеницы, предварительная подготовка содержит перемешивание до гомогенизации. Перемешивание предпочтительно осуществляется при помощи статического смесителя. Например, можно использовать статический смеситель модели Sulzer SMX ТМ plus DN 80 с 3 перемешивающими элементами SMX DN 50, 7 перемешивающими элементами SMX DN 65, 10 перемешивающими элементами SMX plus DN 80.
Для обеспечения оптимальных условий функционирования ферментов может потребоваться корректировка pH. В зависимости от используемого фермента или смеси ферментов специалист в данной области без труда определит, какие значения pH необходимо получить.
На данном этапе корректировки также можно повлиять на pH конечного продукта. В зависимости от применения конечного продукта специалист в данной области без труда определит необходимый уровень pH.
2
Корректировка pH осуществляется любой подходящей методикой, известной в данной области. Уровень pH состава предпочтительно будет корректироваться добавлением водного раствора, содержащего HCl или NaOH, но также, или в альтернативном варианте осуществления, может корректироваться добавлением растворов, содержащих кислоты, включая, без ограничений, лимонную кислоту, фосфорную кислоту, уксусную кислоту, серную кислоту и азотную кислоту, гидроксиды щелочных металлов и щелочноземельных металлов, включая, без ограничений, NaOH, KOH и Ca(OH), а также их комбинации. Специалист в данной области определит, какое количество необходимо добавить для получения необходимого уровня pH.
На необязательном этапе предварительной подготовки c) также можно добавлять технологические добавки, описанные выше в настоящем документе.
Специалист в данной области без труда определит, насколько необходим этап предварительной подготовки, в зависимости от качества состава, необходимых характеристик конечного продукта и/или оптимальных условий реакции для ферментов.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления белок зерна представляет собой нативную клейковину пшеницы, получаемую в результате стандартного процесса разделения крахмала и клейковины пшеницы. Большая часть клейковины поступает в форме обводненных комков. Процесс разжижения содержит этапы, на которых:
a) обеспечивают состав, содержащий нативную клейковину пшеницы, причем содержание сухого вещества в указанном составе представляет собой от 5% до 40% вес. состава; затем
b) добавляют один или более гидролитических ферментов; затем
c) проводят предварительную подготовку состава; затем
d) гомогенизируют состав.
При этом предварительная подготовка представляет собой нагревание до температуры от 45°C до 52°C и перемешивание при помощи статического смесителя.
На этапе d) процесса состав гомогенизируют. До перехода к этапу d) состав состоит из по меньшей мере двух основных фаз: гидратированного белкового материала и свободной жидкости, как правило, воды. Присутствие свободной воды связано с тем, что белковый материал естественным образом и по существу не растворяется в водной фазе. Это особенно характерно для нативной клейковины пшеницы. Гомогенизация обеспечивает диспергирование одной фазы или ингредиента (в данном случае белкового материала) в основной непрерывной фазе (в данном случае воде), с которой он в обычных условиях не смешивается. После гомогенизации состав существует в форме единой фазы, комки отсутствуют, и его можно без труда переливать непрерывным потоком (как суспензию, молоко или воду, в отличие от состава, содержащего комки).
В предпочтительном варианте осуществления гомогенизация достигается посредством динамического перемешивания. Динамическое перемешивание может обеспечиваться при помощи любого подходящего оборудования, имеющего по меньшей мере один ротор с окружной скоростью от 1 м/с до 100 м/с, предпочтительно от 5 м/с до 15 м/с. Подходящее оборудование, используемое для данной цели, включает смесители с высоким сдвиговым усилием, центрифужные насосы, измельчители, коллоидные мельницы. Однако предпочтительное оборудование, используемое для цели настоящего изобретения, представляет собой смеситель с высоким сдвиговым усилием.
В смесителях с высоким сдвиговым усилием используют вращающуюся лопасть или высокоскоростной ротор, либо набор таких лопастей или рядных роторов, которые обычно питаются от электрического двигателя, чтобы создавать поток и сдвиговое усилие. Скорость жидкой среды на внешнем диаметре ротора будет больше скорости в центре ротора, за счет чего создается сдвиговое усилие. В комбинации с ротором можно использовать стационарный компонент, который называют статором. Смеситель с высоким сдвиговым усилием может представлять собой порционный смеситель с высоким сдвиговым усилием или поточный смеситель с высоким сдвиговым усилием. Предпочтительно использовать поточный смеситель с высоким сдвиговым усилием. Наиболее предпочтительно использовать поточный смеситель с высоким сдвиговым усилием прямоугольной конфигурации, в которой создается дополнительная турбулентность. В поточном смесителе с высоким сдвиговым усилием с ротором-статором набор ротора-статора встроен в корпус с входом на одном конце и выходом на другом. Поточные смесители с высоким сдвиговым усилием обеспечивают более управляемые условия перемешивания, занимают меньше места и могут использоваться в рамках непрерывного процесса.
Все этапы процесса разжижения могут проводиться партиями, в непрерывном потоке или в непрерывном потоке вытеснения. Процесс разжижения предпочтительно проводится в непрерывном потоке вытеснения. В конфигурации непрерывного потока вытеснения реактор, как правило, имеет форму трубы, колонны. Продукт непрерывно поступает в реактор с одного конца и непрерывно покидает реактор с другого конца. Весь поступающий в процессе материал будет проходить одинаковую обработку за одинаковый период времени, и процесс основан на принципе поочередности обработки. Использование принципа поочередности обработки означает, что белки, первыми поступающие на обработку, будут первыми выходить из зоны обработки таким образом, чтобы время обработки всех белков было одинаковым. Следовательно, продукт, переработанный по способу разжижения, составляющему предмет настоящего изобретения, является разжиженным и однородным: он не будет содержать комки. Способ разжижения, в частности, подходит для разжижения составов, содержащих вязкоупругие комки. В существующих способах следует избегать образования комков. В отличие от существующих способов, в способе, составляющем предмет настоящего изобретения, нет необходимости избегать образования комков.
Второй аспект настоящего изобретения относится к способу получения гидролизованных белков зерна. Данный процесс гидролиза позволяет получить гидролизат с узким распределением по степени гидролиза. Также неожиданно было обнаружено, что способ по второму аспекту настоящего изобретения позволяет получить гидролизованные белки зерна, имеющие отличную усвояемость.
Процесс гидролиза, составляющий предмет настоящего изобретения, содержит этапы, на которых:
i) разжижают состав, содержащий один или более белков зерна в соответствии с процессом разжижения, описанным выше в настоящем документе; затем
ii) необязательно проводят предварительную обработку состава; затем
iii) инкубируют состав при температуре от 50 до 85°C в течение по меньшей мере 5 минут.
На этапе ii) разжиженный состав может проходить предварительную обработку.
Предварительная обработка содержит нагревание разжиженного состава до температуры от 50°C до 85°C, предпочтительно - от 65°C до 75°C и еще более предпочтительно - от 68°C до 72°C. Время нагревания составляет 15 минут или менее, предпочтительно - 10 минут или менее, предпочтительно - 5 минут или менее и предпочтительно - 3 минуты или менее.
Нагревание можно выполнять при помощи любой подходящей методики, известной в данной области. В предпочтительном варианте осуществления нагревание выполняют посредством прямого нагнетания пара. Пар непосредственно подается в разжиженный состав. Время взаимодействия разжиженного состава с паром выбирают таким образом, чтобы добиться необходимой температуры и одновременно не допустить денатурации одного или более белков зерна состава, а также исключить деактивацию ферментов при их наличии. Пар может иметь температуру от 100°C до 200°C, от 120°C до 190°C, от 150°C до 180°C. Неожиданно было обнаружено, что нагревание прямым нагнетанием пара может существенно снизить микробиологическое загрязнение разжиженного состава. Кроме того, неожиданно было обнаружено, что гидролизат имеет отличную усвояемость.
Предварительная обработка также может содержать добавление к составу одного или более гидролитических ферментов. Как представлено в описании способа разжижения, составляющего предмет настоящего изобретения, добавление ферментов во время разжижения не является обязательным (при условии добавления технологических добавок). Если во время разжижения не добавляют никакие ферменты, их могут добавлять во время этапа предварительной обработки ii). Можно использовать те же ферменты, что и описанные в случае процесса разжижения.
На этапе iii) разжиженный состав инкубируют при температуре от 50°C до 85°C. Температура инкубации предпочтительно составляет от 55°C до 75°C, еще более предпочтительно - от 65°C до 75°C и наиболее предпочтительно - от 68°C до 72°C. Время инкубации определяется специалистом в данной области, но составляет по меньшей мере 5 минут. Продолжительность инкубации определяется специалистом в данной области, поскольку зависит от типа используемых ферментов, дозировки фермента, качества исходного материала, и она должна проводиться до достижения необходимой степени гидролиза (СГ). Необходимая СГ зависит от предполагаемого применения гидролизованного белка пшеницы. СГ белка определяется как процент расщепления пептидных связей. Гидролизованные белки и, в частности, ферментативным путем гидролизованные белки обладают такими функциональными свойствами, как низкая вязкость, высокая способность к сбиванию, пенообразование и высокая растворимость, что определяет их преимущества для использования во многих приложениях, в частности, в пищевых продуктах и кормах. СГ также коррелирует с органолептическими свойствами белковых гидролизатов. СГ конечного продукта может определяться по статистическому анализу первоначального положения (метод OPA) (Shmidt, D.G., Tobben, A.J.P.M., VMT, 19, стр.13-15, 1993 г.).
Этапы разжижения и необязательной предварительной обработки процесса гидролиза предпочтительно проводятся в непрерывном потоке вытеснения (этапы i) и ii)).
Этап iii) (инкубация) может проводиться партиями, полунепрерывным способом, непрерывным способом или в непрерывном потоке вытеснения. Однако этап инкубации процесса гидролиза предпочтительно осуществляется в непрерывном режиме с множеством реакторов или в непрерывном потоке вытеснения. Это влияет на время пребывания и диапазон времени пребывания белков в инкубаторе. Для цели настоящего изобретения принцип, лежащий в основе каждой конфигурации, предполагает, что инкубация в максимально возможной степени будет опираться на принцип поочередности инкубации. Использование принципа поочередности означает, что белки, первыми поступающие в инкубатор, будут первыми выходить из инкубатора таким образом, чтобы время пребывания всех белков в инкубаторе было одинаковым. Чем лучше применяется принцип поочередности, тем меньше диапазон времени пребывания белков в инкубаторе, что приводит к образованию гидролизата с более узким распределением по степени гидролиза.
В конфигурации обработки порциями заданное количество продукта поступает в реактор (в данном случае инкубатор), подача продукта останавливается, и продукт в реакторе проходит инкубацию в течение определенного периода времени.
В полунепрерывной конфигурации порции продукта разделяются между множеством реакторов. Подача продукта не останавливается, но он подается на несколько реакторов, которые заполняются поочередно. Предпочтительно, чтобы несколько реакторов имели одинаковую конфигурацию (объем, форму, время пребывания, возможность нагрева). После заполнения реактора продукт инкубируется в течение определенного периода времени. Бесконечное количество реакторов будет обеспечивать конфигурацию с режимом непрерывного потока вытеснения. Пример полунепрерывной конфигурации представляет собой набор карусельных реакторов.
Конфигурация реактора непрерывного действия с одним реактором представляет собой конфигурацию, при которой продукт непрерывно поступает в реактор и непрерывно выходит из реактора. Конфигурация реактора непрерывного действия с множеством реакторов представляет собой конфигурацию реактора непрерывного действия с разделением на множество реакторов. Бесконечное количество реакторов будет обеспечивать конфигурацию с режимом непрерывного потока вытеснения. Пример такой конфигурации представляет собой каскадную систему емкостей.
Конфигурация непрерывного потока вытеснения представляет собой конфигурацию, где продукт непрерывно поступает с одного конца и непрерывно уходит с другого конца реактора. Как правило, реактор имеет форму трубы, колонны.
Способ, составляющий предмет настоящего изобретения, будет описан для наиболее предпочтительного варианта осуществления, в котором белок зерна представляет собой нативную клейковину пшеницы. В данном случае процесс гидролиза, составляющий предмет настоящего изобретения, как правило, будет содержать этапы, на которых:
1) обеспечивают состав, содержащий нативную клейковину пшеницы,
причем содержание сухого вещества в указанном составе представляет собой от 5% до 40% вес. состава; затем
2) добавляют в состав один или более гидролитических ферментов и/или технологических добавок; затем
3) проводят предварительную подготовку состава; затем
4) гомогенизируют состав; затем
5) проводят предварительную обработку состава, полученного на этапе 4; затем
6) инкубируют состав при температуре от 50 до 85°C в течение по меньшей мере 5 минут.
Гидролизат, полученный после инкубации, может дополнительно очищаться для извлечения гидролизованных белков. Гидролизат, например, может направляться на этап отделения клетчатки и/или на этап концентрирования, и/или на этап деактивации фермента, и/или на этап сушки для получения белкового концентрата в форме порошка или, например, пасты.
Отделение клетчатки может проводиться при помощи любого способа, известного в данной области. Например, отделение клетчатки удобно проводить декантацией.
Концентрирование может осуществляться любым способом, известным в данной области. Концентрирование, как правило, может осуществляться при помощи испарителя любого типа, такого как испаритель с принудительной циркуляцией, испаритель с падающей пленкой, испаритель с восходящей пленкой, испаритель с очищаемой поверхностью, пластинчатый испаритель и любые другие типы подходящих испарителей.
Деактивация фермента может осуществляться при помощи любой подходящей методики, известной в данной области, такой как нагревание до температуры, достаточной для деактивации фермента.
Сушка может проводиться при помощи любого подходящего типа сушилки, такого как распылительная сушилка, кольцевая сушилка, циркуляционная сушилка, сушильный цилиндр, сушилка с кипящим слоем или любой другой тип подходящих сушилок. Сушка, как правило, позволяет получать продукт с содержанием влаги 10% вес. или менее.
Третий аспект настоящего изобретения относится к гидролизованному белку зерна, который получают при помощи процесса гидролиза, составляющего предмет настоящего изобретения. Он может быть охарактеризован по вязкости или, например, по профилю осаждения.
Четвертый аспект настоящего изобретения относится к пищевому или кормовому составу, содержащему гидролизованный белок зерна, который получают при помощи процесса гидролиза, составляющего предмет настоящего изобретения. Состав может дополнительно содержать ингредиенты, такие как углеводы, жиры, минералы, витамины, микроэлементы и т.п. Состав, составляющий предмет настоящего изобретения, может представлять собой порошок, пасту или жидкость. Состав может быть представлен в разных формах, таких как порошок, паста, жидкость. Состав, составляющий предмет настоящего изобретения, может прессоваться для образования таблетки.
В одном варианте осуществления состав, составляющий предмет настоящего изобретения, прессуется в форме таблетки.
Пятый аспект настоящего изобретения относится к использованию состава, составляющего предмет настоящего изобретения, при производстве пищевых продуктов и кормов. Состав можно использовать в качестве белковой добавки или частичной или полной замены животного белка в пищевых или кормовых композициях.
В одном варианте осуществления состав можно использовать для частичной или полной замены молочных белков в композициях заменителей цельного молока. Композиции заменителей цельного молока используют для кормления телят в период жидкого кормления. Гидролизованный белок, составляющий предмет настоящего изобретения, имеет отличную усвояемость и может оставаться в суспензии, в частности, при температуре приблизительно 40°C в течение достаточного периода времени во время кормления заменителем цельного молока.
В другом варианте осуществления состав используют в качестве источника белка в корме для рыб. Состав корма для рыб, как правило, содержит белки, масло, связующие вещества, антиоксиданты, витамины и иногда углеводы.
В еще одном варианте осуществления состав используют в специализированных кормах. Данные корма, в частности, предназначены для молодняка домашних животных и молодняка, выращиваемого в коммерческих целях, такого как поросята; больных животных или животных, выздоравливающих после болезни, либо старых животных. Данные специализированные корма должны отличаться высокой пищевой ценностью и легкой усвояемостью. Как описано в настоящем изобретении, процесс гидролиза, составляющий предмет настоящего изобретения, представляет собой процесс получения гидролизованных белков зерна, имеющих отличную усвояемость.
Настоящее изобретение иллюстрируют следующие примеры.
Пример 1. Способ получения гидролизованных белков пшеницы в режиме непрерывного потока вытеснения
Разжижение нативной клейковины пшеницы происходило следующим образом. Использовали исходную нативную клейковину пшеницы (VWG), полученную из стандартного растения пшеницы (30% сухого вещества, 37°C и pH 5,8). В поток добавляли следующие ферменты:
фермента
сухого VWG
1. Corolase 2TS (АВ enzymes): 0,022% вес./вес.;
фермента
сухого VWG
2. Ban 480LS (Novozymes): 0,06% вес./вес.;
фермента
сухого VWG.
3. Rohalase Sep (АВ enzymes): 0,03% вес./вес.
Состав, содержащий нативную клейковину пшеницы и ферменты, со скоростью потока 400 л/ч при помощи 4-ступенчатого одноцилиндрового насоса подавали в емкость, в которой состав первый раз нагревали до 50°C. Использованная среда для нагревания представляла собой воду с температурой 60°C. Для нагревания использовали статический нагреватель-смеситель (SMR DN 150 plus, № CT-1810). Затем состав перемешивали в статическом смесителе (Sulzer SMX ТМ plus DN 80 с 3 перемешивающими элементами SMX DN 50, 7 перемешивающими элементами SMX DN 65, 10 перемешивающими элементами SMX plus DN 80). Затем состав гомогенизировали на поточном смесителе с высоким сдвиговым усилием при 1500 об/мин (Typhoon HSI20 с лопастями 2 DT, двигатель 11 кВт), окружная скорость составляла 11 м/с.
Продукт, полученный после разжижения в непрерывном потоке вытеснения, затем нагревали до 71°C прямым нагнетанием пара (гидротермический нагреватель M103/03) с подачей пара под максимальным давлением 12 бар; затем проводили инкубацию при пропускании через изолированный удерживающий контур (DN 250, длина 22,5 м), что в результате обеспечивало время инкубации приблизительно 3 часа.
Образец инкубированного продукта лиофилизировали и анализировали:
степень гидролиза: 4,8% сухого вещества;
усвояемость белка: 99,2%;
образование осадка: 170/200 при pH 6,2.
Способы анализа гидролизованных белков
Степень гидролиза: метод OPA (Shmidt, D.G., Tobben, A.J.P.M., VMT.19, стр.13-15, 1993 г.).
Усвояемость белка: в соответствии с тестом in vitro на усвояемость, как описано в работе Dierick and Hendrickx (1990 г.).
Образование осадка: 12 г влажного продукта (30% в/в сухого вещества) + 188 г деминерализованной воды при 45°C в лабораторном стакане объемом 500 мл перемешивали на магнитной мешалке до полного перевода продукта в суспензию. pH корректировали до 6,2 добавлением 0,1 N NaOH. Лабораторный стакан помещали в водяную баню (температура воды 40°C) без перемешивания, доводя температуру суспензии до 40°C. Суспензию извлекали из водяной бани, встряхивали и переносили в коническое водомерное стекло. Уровень границы раздела суспензия/вода считывали через 2 минуты.
Пример 2. Способ получения гидролизованных белков пшеницы в режиме непрерывного потока вытеснения
Использовали исходную нативную клейковину пшеницы, полученную из стандартного растения пшеницы (30% сухого вещества, 38°C и pH 5,7). Добавляли те же ферменты и в той же дозировке, что и в примере 1. Состав, содержащий клейковину и ферменты, подвергали обработке в тех же условиях разжижения, что и в примере 1.
Продукт, полученный после разжижения в непрерывном потоке вытеснения, нагревали до 71°C прямым нагнетанием пара (гидротермический нагреватель M103/03) с подачей пара под максимальным давлением 12 бар, собирали в течение 1 часа в реакторе с перемешиванием объемом 700 л и инкубировали в течение 3 часов, поддерживая температуру 70°C.
Первый образец (A) отбирали через 2 часа после инкубации, а второй образец (B) - через 3 часа после инкубации. Образцы лиофилизировали и анализировали:
Образец
Степень гидролиза (%)
Образование осадка
A
4,9
170/200
B
5,2
180/200
Пример 3. Способ получения гидролизованных белков пшеницы
бисульфита натрия
сухого VWG
Использовали исходную нативную клейковину пшеницы, полученную из стандартного растения пшеницы (30% сухого вещества, 37°C и pH 5,5). В поток добавляли бисульфит натрия (Sigma-Aldrich, № по кат.24, 397-3) в количестве 0,06% вес./вес.. Для удобства бисульфит натрия разбавляли до 10% водного раствора.
Состав, содержащий нативную клейковину пшеницы и добавку, 4-ступенчатым одноцилиндровым насосом со скоростью потока 400 л/ч подавали в емкость, в которой состав предварительно нагревали до температуры от 37°C до 47°C, используя воду при 57°C в качестве среды для нагревания. Для нагревания использовали статический нагреватель-смеситель (Sulzer SMR DN 150 plus, № СТ-1810). Затем состав перемешивали в статическом смесителе (Sulzer SMX ТМ plus DN 80 с 3 перемешивающими элементами SMX DN 50, 7 перемешивающими элементами SMX DN 65, 10 перемешивающими элементами SMX plus DN 80). Затем состав гомогенизировали на поточном смесителе с высоким сдвиговым усилием при 1500 об/мин (Typhoon ТМ HSI20 с лопастями 2 DT, двигатель 11 кВт), окружная скорость составляла 11 м/с.
Продукт, полученный после разжижения с непрерывным потоком вытеснения, нагревали, чтобы поддерживать температуру в диапазоне от 45°C до 50°C посредством прямого нагнетания пара (гидротермический нагреватель M103/03) с подачей пара под максимальным давлением 12 бар; и собирали в течение 30 минут в реакторе с перемешиванием объемом 700 л. Через 10 минут после сбора продукта добавляли следующие ферменты:
фермента
сухого VWG
1. Corolase 2TS (АВ enzymes): 0,026% вес./вес.;
фермента
сухого VWG
2. Ban 480LS (Novozymes): 0,07% вес./вес.;
фермента
сухого VWG
3. Rohalase Sep (AB enzymes): 0,035% вес./вес..
Через 10 минут перемешивания из емкости извлекали 2 литра образца для инкубации в лабораторных масштабах в сосуде с перемешиванием при 70°C.
Образец инкубированного продукта лиофилизировали и анализировали:
степень гидролиза после 2 часов инкубации: 5,6%;
степень гидролиза после 3 часов инкубации: 6,6%.