СОЕВЫЙ БЕЛКОВЫЙ ПРОДУКТ С НЕЙТРАЛЬНЫМ ИЛИ ПОЧТИ НЕЙТРАЛЬНЫМ pH("S701N2")
SOYA PROTEIN PRODUCT WITH NEUTRAL OR ALMOST NEUTRAL pH ("S701N2")

Ссылка на родственную заявку
Настоящая заявка претендует согласно 35 Своду законов США 119(e) на дату приоритета, указанную в заявке на временный патент США №61/663645, с датой подачи 25 июня 2012 г.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к обеспечению соевых белковых продуктов, предпочтительно изолятов, с нейтральным или почти нейтральным рН.
Предшествующий уровень техники
В патентных заявках США №12/603087 (7865-415) с датой подачи 21 октября 2009 года (публикация патента США №2010-0098818), 12/923897 (7865-454) с датой подачи 13 октября 2010 года (публикация патента США №2011-0038993) и 12/998422 с датой подачи 1 июня 2011 (публикация патента США №2011-0236556) ("S701), правопреемником которых является автор настоящей заявки, и описания которых включены в данный документ в качестве ссылки, описывается получение белкового продукта из сои, предпочтительно изолята белка сои, который является полностью растворимым и способен обеспечивать прозрачные и теплостойкие растворы при низких значениях рН. Этот белковый продукт может применяться для обогащения белком, в частности, безалкогольных напитков и спортивных напитков, а также других кислых водных систем без осаждения белка. Соевый белковый продукт получают экстрагированием источника соевого белка водным раствором хлорида кальция при нейтральном рН, возможно разбавлением полученного водного раствора белка сои, регулированием рН водного раствора белка сои до рН от около 1,5 до около 4,4, предпочтительно от около 2,0 до около 4,0, для получения подкисленного прозрачного раствора белка сои, который возможно может подвергаться концентрированию и диафильтрации перед сушкой.
Краткое описание изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, величина рН подкисленного прозрачного водного раствора, полученного способом указанных выше патентных заявок США №12/603087, 12/923897 и 12/998422, регулируется до рН от около 6,1 до около 8,0, предпочтительно от около 6,5 до около 7,5 и (или) проводится сушка полученного продукта или любой осадок, который образуется, отделяется и высушивается. Альтернативно, после регулирования рН до рН от около 6,1 до около 8, раствор с отрегулированным рН может подвергаться тепловой обработке и затем полученный продукт высушивается или любой осадок, который образуется, отделяется и высушивается. Подкисленный прозрачный водный раствор возможно может подвергаться концентрированию и возможно диафильтрации до стадии регулирования рН, или после стадии регулирования рН.
Альтернативно, сухой продукт, полученный способом указанных выше патентных заявок США №12/603087, 12/923897 и 12/998422, может солюбилизироваться и рН полученного прозрачного водного раствора регулируется до рН от около 6,1 до около 8,0, предпочтительно от около 6,5 до около 7,5 и раствор с отрегулированным рН или подвергается сушке, или любой осадок, который образуется, отделяется и высушивается. Альтернативно, после регулирования рН до величины рН от около 6,1 до около 8, раствор с отрегулированным рН может подвергаться тепловой обработке и затем полученный продукт высушивается, или любой осадок, который образуется, отделяется и высушивается.
Тепловая обработка раствора с отрегулированным рН обычно осуществляется при температуре от около 70° до около 160°С в течение от около 2 секунд до около 60 минут, предпочтительно от около 80° до около 120°С в течение от около 15 секунд до около 15 минут, более предпочтительно от около 85° до около 95°С в течение от около 1 до около 5 минут.
Обеспечение соевого белкового продукта с естественным рН от около 6,1 до около 8,0 облегчает использование продукта в применениях, имеющих нейтральный или почта нейтральный рН, устраняя необходимость включения в композицию для применения повышающих рН ингредиентов для нейтрализации низкого рН соевого белкового продукта. Представленные в настоящем документе соевые белковые продукты имеют чистый аромат и применимы в пищевой промышленности при нейтральных или почти нейтральных условиях.
Таким образом, в аспекте настоящего изобретения, представлен способ получения соевого белкового продукта, содержащий:
(а) обеспечение водного раствора соевого белкового продукта, имеющего содержание белка по меньшей мере около 60 мас. % (N×6,25) в пересчете на сухое вещество, который является полностью растворимым в водной среде при рН примерно менее 4,4 и термостабильным в этом диапазоне рН,
(b) регулирование рН раствора до величины рН от около 6,1 до около 8, предпочтительно от около 6,5 до около 7,5, и
(c) возможно сушку полного образца с отрегулированным рН, или
(d) возможно извлечение и сушку любого осажденного соевого белкового материала, или
(e) возможно тепловую обработку раствора с отрегулированным рН и затем сушку полного образца, или
(f) возможно тепловую обработку раствора с отрегулированным рН, затем восстановление и сушку любого осажденного соевого белкового материала.
В другом аспекте настоящего изобретения раствор белка сои, полученный согласно способу, описанному в вышеупомянутых патентных заявках США, может подвергаться обработке способом для получения соевых белковых продуктов с отрегулированным рН, представленным настоящим изобретением. Таким образом, в дополнительном аспекте настоящего изобретения представлен способ получения соевого белкового продукта, содержащий:
(a) экстрагирование источника соевого белка водным раствором соли кальция, в частности, раствором хлорида кальция, с тем чтобы вызвать солюбилизацию соевого белка из источника белка и с образованием водного раствора белка сои,
(b) отделение водного раствора белка сои от остаточного источника соевого белка,
(c) возможно разбавление водного раствора белка сои,
(d) регулирование величины рН водного раствора белка сои до рН от около 1,5 до около 4,4, предпочтительно от около 2 до около 4, для получения подкисленного водного раствора белка сои,
(e) возможно тепловую обработку подкисленного водного раствора белка сои для снижения активности антипитательных ингибиторов трипсина и уменьшения микробной нагрузки,
(f) возможно концентрирование подкисленного водного раствора белка сои при поддержании ионной силы по существу постоянной с использованием селективной мембранной техники,
(g) возможно диафильтрацию концентрированного раствора белка сои,
(h) возможно пастеризацию концентрированного раствора белка сои для уменьшения микробной нагрузки,
(i) регулирование величины рН водного раствора белка сои до рН от около 6,1 до около 8, предпочтительно от около 6,5 до около 7,5, и возможно сушку полного образца с отрегулированным рН, или возможно извлечение и сушку любого осажденного соевого белкового материала, или возможно тепловую обработку раствора с отрегулированным рН и затем сушку полного образца, или возможно тепловую обработку раствора с отрегулированным рН, затем извлечение и сушку любого осажденного соевого белкового материала.
Хотя ряд соевых белковых продуктов доступны для использования в пищевых продуктах с различными функциональными свойствами и различными целевыми применениями, в некоторых из наиболее распространенных промышленных применениях соевые белковые продукты перерабатываются в мясные продукты, хлебобулочные изделия и питательные батончики. Соевые белковые продукты с отрегулированным рН настоящего изобретения имеют чистый аромат и не имеют характерный "бобовый" привкус обычных соевых белковых продуктов и могут заменить традиционные соевые белковые продукты в различных продуктах питания, включающих вышеупомянутые виды, для обеспечения продуктов питания, имеющих улучшенный вкус. Получение описанных ниже соевых белковых продуктов с отрегулированным рН, может включать стадию тепловой "обработки, которая служит д ля модификации функциональных свойств источника белкового продукта, а именно, снижения растворимости белка и повышения водопоглотительной способности материала.
Соевые белковые продукты с нейтральным или почти нейтральным рН, обеспечиваемые настоящим изобретением, являются новыми соевыми белковыми продуктами. Таким образом, в другом аспекте настоящего изобретения представлен соевый белковый продукт, имеющий содержание белка по меньшей мере около 60 мас. %, предпочтительно по меньшей мере около 90 мас. %, и более предпочтительно по меньшей мере около 100 мас. % (N×6,25) на сухое вещество, с нейтральным рН в водном растворе от около 6,1 до около 8, предпочтительно от около 6,5 до около 7,5, и который не имеет бобового привкуса. Изобретение дополнительно содержит пищевые композиции, содержащие такой новый соевый белковый продукт, включающие переработанные мясные продукты, хлебобулочные изделия, питательные батончики и аналоги молочных продуктов или заменителей, или продуктов, таких как напитки и замороженные десерты.
Соевый белковый продукт, полученный согласно описываемому здесь способу, не имеет характерного бобового привкуса соевых белковых продуктов и подходит для использования в самых разнообразных обычных применениях белковых продуктов, включая, без ограничения перечисленным, обогащение белком полуфабрикатов и напитков, эмульгирование масел, в качестве образователя упругости (мякиша) в хлебобулочных изделиях и пенообразователя в продуктах, которые задерживают газы. В дополнение к этому, соевый белковый продукт может образовывать белковые волокна, пригодные в заменителях мяса и может применяться в качестве заменителя яичного белка или наполнителя в пищевых продуктах, где яичный белок используется в качестве связующего вещества. Соевый белковый продукт также может применяться в биологически активных добавках. Соевый белковый продукт также может применяться в аналогах молочных продуктов или альтернативных продуктах, или продуктах, которые являются молочно/растительными ингредиентами смесей. Другими применениями соевого белкового продукта являются корма для домашних животных, корм для животных и применения в промышленности и в косметике и в средствах личной гигиены.
Подробное описание изобретения
Начальная стадия способа обеспечения соевого белкового продукта включает солюбилизацию соевого белка из источника соевого белка. Источником соевого белка могут быть соевые бобы или любой соевый продукт, или побочный продукт, полученный в результате обработки соевых бобов, включая без ограничения перечисленным, соевую муку грубого помола, соевые хлопья, соевую крупу и соевую муку тонкого помола. Источник соевого белка может использоваться в необезжиренной форме, частично обезжиренной форме или полностью обезжиренной форме. В случае, когда источник соевого белка содержит заметное количество жира, в ходе процесса обычно требуется стадия удаления масла. Соевый белок, извлеченный из источника соевого белка, может быть белком, природно-встречающимся в соевых бобах, либо этот белковый материал может быть белком, модифицированным генетической манипуляцией, но обладающим характерными для природного белка гидрофобными и полярными свойствами.
Солюбилизация белка из материала источника соевого белка осуществляется наиболее удобно с использованием раствора хлорида кальция, хотя растворы других солей кальция могут быть использованы. Кроме того, могут использоваться соединения других щелочноземельных металлов, таких как соли магния. Дополнительно экстрагирование соевого белка из источника соевого белка может осуществляться с использованием раствора соли кальция в комбинации с другим солевым раствором, таким как хлорид натрия. Кроме того, экстрагирование соевого белка из источника соевого белка может осуществляться с использованием воды или другого солевого раствора, такого как хлорид натрия, солью кальция, впоследствии добавленной в водный раствор белка сои, полученного на стадии экстрагирования. Осадок, образовавшийся при добавлении соли кальция, удаляется перед последующей обработкой.
С увеличением концентрации раствора соли кальция изначально увеличивается и степень солюбилизации белка из источника соевого белка до тех пор, пока не достигнет максимального значения. Любое последующее увеличение концентрации соли не приводит к повышению общего количества солюбилизированного белка. Концентрация раствора соли кальция, которая вызывает максимальную солюбилизацию белка, варьирует в зависимости от вида выбранной соли. Обычно предпочтительным для использования значением концентрации считается значение примерно менее 1,0 М и более предпочтительным, значение от около 0,10 до около 0,15 М.
В периодическом способе солевая солюбилизация белка осуществляется при температуре от около 1°С до около 100°С, предпочтительно от около 15° до около 65°С, более предпочтительно от около 50°С до около 60°С, предпочтительно сопровождается перемешиванием для сокращения времени солюбилизации, которое обычно составляет примерно от около 1 до около 60 минут. Предпочтительно солюбилизация проводится таким образом, чтобы экстрагировать, в основном, максимально достижимое на практике количество белка из источника соевого белка с тем, чтобы обеспечить высокий общий выход продукта. -
В непрерывном способе экстракция соевого белка из источника соевого белка проводится любым путем, обеспечивающим непрерывную экстракцию соевого белка из источника соевого белка. В одном из вариантов осуществления, источник соевого белка непрерывно смешивается с раствором соли кальция, и полученная смесь транспортируется по трубе или трубопроводу, длина которого и скорость потока в котором обеспечивают время пребывания смеси в трубопроводе, достаточное для осуществления требуемой экстракции в соответствии с описанными здесь параметрами. В таком непрерывном способе стадия солюбилизации солью происходит в течение примерно от 1 минуты до около 60 минут, и предпочтительно солюбилизация осуществляется таким образом, чтобы экстрагировать, в основном, столько белка из источника соевого белка, сколько практически возможно. Солюбилизация в непрерывном способе осуществляется при температурах между от около 1°С и до около 100°С, предпочтительно от около 15°С до около 65°С, более предпочтительно между от около 50°С и до около 60°С.
Экстрагирование обычно проводится при рН от около 4,5 до около 11, предпочтительно от около 5 до около 7 рН системы экстрагирования (источника соевого белка и раствора соли кальция) может устанавливаться на любом требуемом значении в диапазоне от около 4,5 до около 11 для применения на стадии экстрагирования, с помощью любой, пригодной для данной цели кислоты пищевого качества, обычно соляной кислоты или ортофосфорной кислоты, либо щелочи пищевого качества, обычно гидроксида натрия, в зависимости от потребности.
Концентрация источника соевого белка в растворе соли кальция на стадии солюбилизации может варьировать в широких пределах. Типичные значения концентрации составляют от около 5 до около 15% мас./об.
Стадия экстрагирования белка водным солевым раствором сопровождается дополнительным эффектом солюбилизации жиров, которые могут присутствовать в источнике соевого белка и которые затем могут перейти в жиры, присутствующие в водной фазе.
Белковый раствор от стадии экстракции обычно имеет концентрацию белка от около 5 до около 50 г/л, предпочтительно от около 10 до около 50 г/л.
Водный раствор соли кальция может содержать антиоксидант. Антиоксидант может быть любым, пригодным для данной цели антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество используемого антиоксиданта может варьировать от около 0,01 до около 1 мас. % раствора, предпочтительно около 0,05 мас. %. Антиоксидант служит для ингибирования окисления фенольных соединений в белковом растворе.
Полученный на стадии экстракции водный белковый раствор, затем отделяется от остаточного источника соевого белка любым пригодным для этой цели способом, например, с применением центрифуги-декантера или любого подходящего сита, с последующим центрифугированием в тарельчатой центрифуге и/или фильтрацией для удаления остаточного материала источника соевого белка. Стадия отделения обычно проводится при той же самой температуре, что и стадия солюбилизации, но может проводиться при любой температуре в диапазоне от около 1° до около 100°С, предпочтительно от около 15° до около 65°С, более предпочтительно от около 50° до около 60°С. Отделенный остаточный источник соевого белка может подвергаться сушке для удаления. Альтернативно, отделенный остаточный источник соевого белка может подвергаться обработке для извлечения некоторого количества остаточного белка. Отделенный остаточный источник соевого белка может извлекаться повторной экстракцией свежим раствором соли кальция, и белковый раствор, полученный при осветлении, объединяться с начальным белковым раствором для дальнейшей обработки, как описано ниже. Альтернативно, отделенный остаточный источник соевого белка может подвергаться обработке с применением традиционного способа изоэлектрического осаждения или с применением любой другой пригодной для данной цели процедуры для извлечения остаточного белка.
Водный раствор белка сои может подвергаться обработке антипенным агентом, таким как любой подходящий антивспениватель пищевого качества не на основе силикона, для уменьшения объема пены, образованной при дальнейшей обработке. Количество используемого антивспенивателя обычно составляет приблизительно более 0,0003% мас./об. Альтернативно антивспениватель может добавляться в описанном количестве на стадиях экстрагирования.
Если источник соевого белка содержит значительные количества жира, как описывается в патентах США №5844086 и №6005076, правопреемником которых является автор настоящей заявки и которые включены в перечень ссылок, принятых во внимание при составлении настоящей заявки, то могут проводиться, описанные в указанных патентах, стадии обезжиривания отделенного водного белкового раствора. Альтернативно, обезжиривание отделенного водного белкового раствора может достигаться любым другим пригодным для данной цели способом.
Водный раствор белка сои может обрабатываться адсорбентом, таким как порошкообразный активированный уголь, или гранулированный активированный уголь для удаления соединений, придающих окраску и/или запах. Такая обработка адсорбентом может производиться в любых пригодных для данной цели условиях, обычно при температуре окружающей среды отделенного водного белкового раствора. Для порошкообразного активированного угля используется количество от около 0,025% до около 5% мас./об., предпочтительно от около 0,05% до около 2% мас./об. Адсорбирующий агент может удаляться из раствора белка сои любыми пригодными для данных целей способами, например, фильтрацией.
Полученный водный раствор белка сои может разбавляться водным разбавителем обычно от около 0,1 до около 10 объемов, предпочтительно от около 0,5 до около 2 объемов для уменьшения проводимости водного раствора белка сои до значения обычно ниже около 105 мС, предпочтительно от около 4 до около 21 мС. Такое разбавление обычно осуществляется с помощью воды, хотя может использоваться разбавленный солевой раствор, такой как хлорид натрия или хлорид кальция, имеющий проводимость до около 3 мС.
Разбавитель, с которым смешивается раствор белка сои, обычно имеет ту же самую температуру, что и раствор белка сои, но разбавитель может иметь температуру от около 1° до около 100°С, предпочтительно от около 15° до около 65°С, более предпочтительно от около 50° до около 60°С.
В возможно разбавленном растворе белка сои затем устанавливается рН до значения от около 1,5 до около 4,4, предпочтительно от около 2 до около 4 добавлением любой подходящей кислоты пищевого качества для получения подкисленного водного раствора белка сои. Прозрачный подкисленный водный раствор белка сои имеет проводимость обычно примерно менее 110 мС для разбавленного раствора белка сои, или обычно примерно менее 115 мС для неразбавленного раствора белка сои, в обоих случаях предпочтительно от около 4 до около 26 мС.
Как описывается в совместно рассматриваемой заявке на патент США 13/474788 с датой подачи 18 мая 2012 г. ("S704"), правопреемником которой является автор настоящей заявки и которая включена в перечень ссылок, принятых во внимание при составлении настоящей заявки, возможные стадии разбавления и подкисления могут осуществляться перед отделением раствора белка сои от остаточного материала источника соевого белка.
Прозрачный подкисленный раствор белка сои может подвергаться тепловой обработке для инактивации термолабильных антипитательных факторов, таких как ингибиторы трипсина, присутствующие в таком растворе в результате экстракции из материала источника соевого белка на протяжении стадии экстрагирования. Такая стадия нагрева также обеспечивает дополнительное преимущество уменьшения микробной нагрузки. Обычно белковый раствор нагревают до температуры от около 70° до около 160°С в течение от около 10 секунд до около 60 минут, предпочтительно от около 80° до около 120°С в течение от около 10 секунд до около 5 минут, более предпочтительно от около 85° до около 95°С, в течение от около 30 секунд до около 5 минут. Термически обработанный подкисленный раствор белка сои затем может подвергаться охлаждению для дальнейшей обработки, как описано ниже, до температуры от около 2° до около 65°С, предпочтительно от около 50°С до около 60°С.
Возможно разбавленный, подкисленный и возможно термически обработанный белковый раствор может возможно осветляться с применением любых традиционных способов, таких как фильтрация, для удаления любых остаточных твердых частиц.
Полученный прозрачный подкисленный водный раствор белка сои может подвергаться установке величины рН в диапазоне от около 6,1 до около 8,0, предпочтительно от около 6,5 до около 7,5, как описано ниже, возможно дополнительно обрабатываться, как описано ниже, и затем подвергаться сушке для получения соевого белкового продукта. Для обеспечения соевого белкового продукта, имеющего пониженное содержание примесей и пониженную концентрацию соли, такого как изолят белка сои, прозрачный подкисленный водный раствор белка сои может подвергаться обработке перед стадией регулирования рН.
Прозрачный подкисленный водный раствор белка сои может концентрироваться для повышения концентрации белка в нем, при поддержании его ионной силы, в основном, постоянной. Указанное концентрирование обычно проводится для обеспечения концентрированного раствора белка сои, имеющего концентрацию белка от около 50 до около 300 г/л, предпочтительно от около 100 до около 200 г/л.
Стадия концентрирования может осуществляться любым, пригодным для указанной цели способом, совместимым с периодическим или непрерывным режимом, например, с применением любой пригодной для данной цели селективной мембранной техники, такой как ультрафильтрация, или диафильтрация с использованием мембран, например, мембран из полых волокон или спиралеобразных мембран, с соответствующей молекулярной проницаемостью, например, от около 3000 до около 1000000 дальтон, предпочтительно от около 5000 до около 100000 дальтон, в зависимости от различных материалов, из которых изготовляются мембраны, и конфигураций мембран, и для непрерывной операции мембраны могут иметь такие размеры, которые обеспечивают необходимую степень концентрирования водного белкового раствора при пропускании через мембраны.
Как хорошо известно, ультрафильтрация и аналогичная селективная мембранная техника обеспечивают прохождение веществ с низкой молекулярной массой, тогда как вещества с более высокой молекулярной массой удерживаются на мембране. Низкомолекулярные виды включают не только ионные виды соли пищевого качества, но и низкомолекулярные материалы, экстрагируемые из исходного материала, такие как углеводы, пигменты, низкомолекулярные белки и антипитательные факторы, такие как ингибиторы трипсина, которые сами по себе являются низкомолекулярными белками. Молекулярная проницаемость мембраны обычно выбирается так, чтобы гарантировать удерживание значительного количества белка в растворе и в то же время обеспечивать прохождение загрязняющих веществ через мембрану, и определяется различными материалами, из которых изготовлены мембраны, и конфигурацией мембран.
Концентрированный раствор белка сои может подвергаться затем стадии диафильтрации с использованием воды или разбавленного солевого раствора. Раствор для диафильтрации может быть при его естественном рН, или при рН, равном значению рН диафильтруемого белкового раствора, или при любом промежуточном значении рН. Указанная диафильтрация может осуществляться с использованием от около 1 до около 40 объемов диафильтрационного раствора, предпочтительно от около 2 до около 25 объемов диафильтрационного раствора. В ходе операции диафильтрации из прозрачного водного раствора белка сои при пропускании его через мембрану дополнительные количества загрязняющих веществ удаляются с пермеатом. Операция диафильтрации очищает прозрачный водный белковый раствор и может также снижать его вязкость. Операция диафильтрации может проводиться до тех пор, пока в пермеате не останутся лишь незначительные количества примесей или пигментов, обусловливающих видимую окраску, или до тех пор, пока ретентат не будет достаточно очищен, с тем чтобы при установлении рН, возможно после дополнительной обработки, затем сушки обеспечить изолят белка сои с содержанием белка по меньшей мере около 90 мас. % (N×6,25) на сухое вещество. Такая диафильтрация может осуществляться с применением той же мембраны, что и для стадии концентрирования. Однако, если необходимо, стадия диафильтрации может осуществляться с применением другой мембраны с другой молекулярной проницаемостью, например, мембраны, имеющей молекулярную проницаемость в диапазоне от около 3000 до около 1000000  дальтон, предпочтительно от около 5000 до около 100000 дальтон, в зависимости от различных материалов, из которых изготовлены мембраны, и конфигурации мембран.
Альтернативно, стадия диафильтрации может применяться к прозрачному подкисленному водному белковому раствору до концентрирования, или к частично концентрированному прозрачному подкисленному водному белковому раствору. Диафильтрация также может применяться в нескольких точках на протяжении способа концентрирования. Когда диафильтрация применяется до концентрирования, или к частично концентрированному раствору, полученный диафильтрованный раствор затем может быть дополнительно сконцентрирован. Уменьшение вязкости достигается путем многократной диафильтрации, тогда как белковый раствор концентрируется, может быть обеспечено достижение более высокой, конечной концентрации полностью концентрированного белка.
Стадия концентрирования и стадия диафильтрации могут проводиться здесь таким образом, что впоследствии восстановленный продукт белка сои содержит менее чем около 90 мас. % белка (N×6,25) на сухое вещество, например, по меньшей мере около 60 мас. % белка (N×6,25) на сухое вещество. Путем частичного концентрирования и/или частичной диафильтрации прозрачного водного раствора белка сои возможно только частичное удаление загрязняющих веществ. Этот белковый раствор затем может подвергаться регулированию рН, возможно дополнительной обработке, как описано ниже, и сушке для обеспечения соевого белкового продукта с более низкими уровнями чистоты.
Антиоксидант может присутствовать в диафильтрационной среде на протяжении по меньшей мере части стадии диафильтрации. Антиоксидант может быть любым пригодным для данной цели антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество антиоксиданта, используемого в диафильтрационной среде, зависит от используемых материалов и может варьировать от около 0,01 до около 1 масс. %, предпочтительно около 0,05 масс. %. Антиоксидант служит для ингибирования окислениялюбых фенольных соединений, присутствующих в растворе белка сои.
Возможная стадия концентрирования и возможная стадия диафильтрации могут проводиться при любой пригодной для данной цели температуре, обычно от около 2° до около 65°С, предпочтительно от около 50° до около 60°С и в течение периода времени для осуществления необходимой степени концентрирования и диафильтрации. Температура и другие условия, используемые для некоторой степени концентрирования, зависят от мембранного оборудования, используемого для мембранной обработки, необходимой концентрации белка раствора и эффективности удаления загрязняющих веществ в пермеат.
В сое существует два основных ингибитора трипсина, а именно: ингибитор Кунитца, который является термолабильной молекулой с молекулярной массой приблизительно 21000 дальтон, и ингибитор Баумана-Бирка (Bowman-Birk inhibitor), более термостабильной молекулой с молекулярной массой около 8000 дальтон. Уровень активности ингибитора трипсина в конечном соевом белковом продукте белка может регулироваться манипуляцией различных (регулируемых) параметров процесса.
Как отмечалось выше, тепловая обработка подкисленного водного раствора белка сои может применяться для инактивации термолабильных ингибиторов трипсина. Частично концентрированный или полностью концентрированный подкисленный водный раствор белка сои также может подвергаться тепловой обработке для инактивации термолабильных ингибиторов трипсина. Когда тепловую обработку применяют к частично концентрированному подкисленному раствору белка сои, то полученный подвергнутый тепловой обработке раствор, затем может дополнительно концентрироваться.
Кроме того, стадии концентрирования и/или диафильтрации могут управляться способом, подходящим для удаления ингибиторов трипсина в пермеат вместе с другими загрязняющими веществами. Удаление ингибиторов трипсина ускоряется применением мембраны с большим размером пор, таким как от около 30000 до около 1000000 Да, функционирование мембраны при повышенных температурах, например, от около 30° до около 65°С, предпочтительно от около 50° до около 60°С и с применением больших объемов среды для диафильтрации, например, от около 10 до около 40 объемов.
Подкисление и мембранная обработка возможно разбавленного белкового раствора при более низком рН от около 1,5 до около 3, может понизить активность ингибитора трипсина относительно обработки раствора при более высоком рН от около 3 до около 4,4.
Дополнительно, снижение активности ингибитора трипсина может достигаться подвержением соевого материала действию восстанавливающих агентов, которые разрывают или перегруппировывают дисульфидные связи ингибиторов. Подходящие восстанавливающие агенты включают сульфит натрия, цистеин и N-ацетилцистеин.
Добавление таких восстанавливающих агентов может проводиться на различных стадиях способа в целом. Восстанавливающий агент может добавляться вместе с материалом источника соевого белка на стадии экстрагирования, может добавляться в осветленный водный раствор белка сои после удаления остаточного материала источника соевого белка, может добавляться в концентрированный белковый раствор до диафильтрации или после диафильтрации, или может быть смешан в сухом виде вместе с сухим продуктом соевого белка. Добавление восстанавливающего агента может комбинироваться со стадией тепловой обработки и стадиями мембранной обработки, как описано выше.
Если необходимо сохранить активные ингибиторы трипсина в возможно концентрированном белковом растворе, это может осуществляться устранением или уменьшением интенсивности стадии тепловой обработки, не используя восстанавливающие агенты, проведением стадий концентрирования и/или диафильтрации при более высоком конечном значении диапазона рН, например, от около 3 до около 4,4, использованием мембраны для концентрирования и/или диафильтрации с меньшим размером пор, эксплуатацией мембраны при более низких температурах и с использованием меньших объемов среды для диафильтрации.
Возможно концентрированный и возможно диафильтрованный подкисленный белковый раствор может подвергаться дополнительной операции обезжиривания, если таковая требуется, как описано в патентах США №5844086 и №6005076. Альтернативно обезжиривание возможно концентрированного и возможно диафильтрованного белкового раствора может достигаться любой пригодной для данной цели процедурой.
Возможно-концентрированный и возможно диафильтрованный водный белковый раствор может подвергаться обработке адсорбентом, таким как порошкообразный активированный уголь или гранулированный активированный уголь для удаления соединений, придающих цвет и/или запах. Такая обработка адсорбентом может проводиться при любых пригодных для данной цели условиях, обычно при температуре окружающей среды белкового раствора. Для порошкообразного активированного угля используется количество от около 0,025% до около 5% мас./об., предпочтительно от около 0,05% до около 2% мас./об. Адсорбент может быть удален из раствора белка сои любыми пригодными для данной цели способами, например, фильтрацией.
Стадия пастеризации может осуществляться на растворе белка сои перед установлением рН. Указанная пастеризация может осуществляться при любых необходимых условиях пастеризации. Обычно возможно концентрированный и возможно диафильтрованный раствор белка сои нагревают до температуры от около 55° до около 70°С, предпочтительно от около 60° до около 65°С, в течение от 30 секунд до около 60 минут, предпочтительно от около 10 минут до около 15 минут. Пастеризованный раствор белка сои может затем охлаждаться для последующей обработки, предпочтительно до температуры от около 25° до около 40°С.
Различные способы могут использоваться для обеспечения соевого белкового продукта с отрегулированным рН по изобретению из кислоторастворимого соевого белкового продукта и для манипуляции его функциональными свойствами.
В одном таком способе подкисленный водный раствор белка сои, частично концентрированный раствор белка сои или концентрированный раствор белка сои, описанный выше для получения кислоторастворимого соевого белкового продукта, после возможного разбавления с использованием от около 0,1 до около 6 объемов воды, предпочтительно от около 1 до около 4 объемов воды, может устанавливаться до рН от около 6,1 до около 8, предпочтительно от около 6,5 до около 7,5. Затем полный образец может подвергаться сушке или любые, выпавшие в осадок твердые вещества, могут собираться центрифугированием и только эти, выпавшие в осадок твердые вещества, высушиваются с образованием продукта. Альтернативно, раствор с величиной рН от 6,1 до 8 может подвергаться нагреву до температуры от около 70° до около 160°С, в течение от около 2 секунд до около 60 минут, предпочтительно от около 80° до около 120°С, в течение от около 15 секунд до около 15 минут, более предпочтительно от около 85° до около 95°С, в течение от около 1 до около 5 минут до сушки полного образца или сбора путем центрифугирования любых выпавших в осадок твердых веществ и сушки этих выпавших в осадок твердых веществ с образованием продукта.
В качестве дополнительной альтернативы, в подкисленном водном растворе соевого белка может устанавливаться рН от около 6,1 до около 8, предпочтительно от около 6,5 до около 7,5 перед возможными вышеупомянутыми стадиями концентрирования и диафильтрации. Белковый раствор с отрегулированным рН от стадий возможного концентрирования и возможной диафильтрации может затем подвергаться сушке или центрифугированию для сбора любого нерастворимого соевого белкового материала, который может подвергаться сушке. Альтернативно, белковый раствор с отрегулированным рН от стадий возможного концентрирования и возможной диафильтрации может затем подвергаться тепловой обработке и затем подвергаться сушке или центрифугированию для сбора любого нерастворимого соевого белкового материала, который может подвергаться сушке.
Альтернативно, прозрачный подкисленный водный раствор соевого белка, возможно обработанный как описано выше, высушивается без любого регулирования рН. Сухой продукт соевого белка затем может быть повторно растворен в воде и величину рН полученного прозрачного подкисленного водного раствора повышают до рН от около 6,1 до около 8, предпочтительно от около 6,5 до около 7,5 любым пригодным для этой цели способом, например, с использованием водного раствора гидроксида натрия перед сушкой. Альтернативно, любой осадок, образованный при регулировании рН от около 6,1 до около 8, извлекается центрифугированием и эти твердые вещества подвергаются сушке с получением соевого белкового продукта.
В качестве дополнительной альтернативы, раствор с рН от 6,1 до 8 может подвергаться нагреву до температуры от около 70°С до около 160°С, в течение от около 2 секунд до около 60 минут, предпочтительно от около 80° до около 120°С, в течение от около 15 секунд до около 15 минут, более предпочтительно от около 85° до около 95°С, в течение от 1 до. около 5 минут перед сушкой полного образца, или в еще одном альтернативном способе, извлечение путем центрифугирования и сушки только любых нерастворимых твердых веществ, присутствующих в образце, подвергнутому тепловой обработке.
Сухой соевый белковый продукт имеет содержание белка по меньшей мере около 60 мас. % (N×6,25) на сухое вещество. Предпочтительно, сухой соевый белковый продукт является изолятом с высоким содержанием белка, выше, чем около 90 мас. % белка, предпочтительно по меньшей мере около 100 мас. % белка (N×6,25) на сухое вещество.
В способах, при которых осажденные твердые вещества собирают и подвергают сушке, оставшаяся фракция растворимого белка также может обрабатываться с образованием соевого белкового продукта. Растворимая фракция может сразу подвергаться сушке или может дополнительно подвергаться концентрированию на мембранах и/или диафильтрации и/или тепловой обработке перед сушкой.
Примеры
Пример 1
Этот пример иллюстрирует способ осуществления одного варианта настоящего изобретения.
2
30 кг обезжиренных соевых белых хлопьев объединяли с 300 л раствора 0,1 М СаСl при 60°С и перемешивали в течение 30 минут для обеспечения водного белкового раствора. Балк остаточных соевых хлопьев удаляли и полученный белковый раствор частично осветляли центрифугированием с применением центрифуги-декантера для получения 334,9 л фугата, имеющего содержание белка 3,13% от массы. К этому фугату добавляли 6,7 г пеногасителя, смешанного с 93,3 мл воды, и затем образец дополнительно осветляли центрифугированием с применением тарельчатого сепаратора для обеспечения 230 л фугата, имеющего содержание белка 2,86% от массы.
Затем данный фугат добавляли к 175 л воды, очищенной обратным осмосом, при 50°С и величину рН образца снижали до 3,43 кислотой НСl, которая была разбавлена 1: 1 водой.
Разбавленный и подкисленный раствор белкового экстракта уменьшали в объеме с 372 л до 103 л путем концентрирования на мембране из полиэфирсульфона (PES), имеющей молекулярную проницаемость 100000 дальтон, эксплуатируемой при температуре приблизительно 47°С. Подкисленный белковый раствор, с содержанием белка 5,10 мас. %, диафильтровали с использованием 515 л воды, очищенной обратным осмосом, операцию диафильтрации проводили при приблизительно 50°С. Полученный диафильтрованный белковый раствор дополнительно концентрировали для обеспечения раствора с содержанием белка 12,24% от массы, и затем разбавляли водой до содержания белка 6,45 мас. %. Аликвоту данного раствора разбавляли равным объемом воды и величину рН повышали до 7,35 раствором 1 М NaOH. Содержание белка в растворе с отрегулированным рН составляло 3,14 мас. % и этот образец представлял собой выход 33,4 мас. % фугата после тарельчатого сепаратора. Затем белковый раствор с отрегулированным рН подвергали сушке для получения продукта, который, как установлено, имеет содержание 101,01 мас. % (N×6,25) на сухое вещество. Продукту давали обозначение S110729AS-A30-12A S701N2-01.
Пример 2
Этот пример иллюстрирует способ осуществления дополнительного варианта настоящего изобретения.
2
300 кг обезжиренных соевых белых хлопьев объединяли с 3180 л раствора 0,1 М СаСl при 60°С и перемешивали в течение 30 минут для обеспечения водного белкового раствора. Балк остаточных соевых хлопьев удаляли и полученный белковый раствор частично осветляли центрифугированием с применением центрифуги-декантера для получения 'а' литров фугата, имеющего содержание белка 'b' % от массы. К этому фугату добавляли 20 г пеногасителя, смешанного с 280 мл воды, и затем образец дополнительно осветляли центрифугированием с применением тарельчатого сепаратора для обеспечения 'с' литров фугата, имеющего содержание белка 'd' % от массы.
Затем данный фугат добавляли к 'е' литрам воды, очищенной обратным осмосом, при 60°С и величину рН образца снижали до 'f' кислотой НСl, которая была разбавлена 1:
1 водой.
Разбавленный и подкисленный раствор белкового экстракта уменьшали в объеме с 'g' литров до 'h' литров путем концентрирования на мембране из полиэфирсульфона (PES), имеющей молекулярную проницаемость 100000 дальтон, эксплуатируемой при температуре приблизительно 'i'°C. Одновременно со стадией концентрирования подкисленный белковый раствор диафильтровали с использованием 'j' литров воды, очищенной обратным осмосом. Полученный диафильтрованный и концентрированный белковый раствор имел содержание белка 'k' % от массы. Аликвоту данного раствора разбавляли равным объемом воды RO и рН образца повышали до 'l' раствором NaOH. Данный разбавленный белковый раствор с отрегулированным рН имел содержание белка 'm' мас. % и представлял собой выход 'n' мас. % фугата после тарельчатого сепаратора. Затем этот белковый раствор подвергали сушке для получения продукта, который, как установлено, имеет содержание 'о' мас. % (N×6,25) на сухое вещество. Продукту давали обозначение 'р'.
Значения параметров от а до р для двух прогонов представлены в следующей таблице 1:
Пример 3
Данный пример содержит оценку содержания фитиновой кислоты белковых продуктов, полученных как описано в примерах 1 и 2. Содержание фитиновой кислоты определяли с использованием метода Latta and Eskin (J. Agric. Food Chem., 28: 1313-1315).
Полученные результаты представлены в приведенной ниже таблице 2.
Как вино из результатов, представленных в таблице 2, соевые белковые продукты, полученные как описано в примерах 1 и 2, были с очень низким содержанием фитиновой кислоты.
Пример 4
Этот пример иллюстрирует цвет белковых продуктов, полученных, как описано в примерах 1 и 2. Цвет сухих порошков оценивали с использованием прибора HunterLab ColorQuest ХЕ, эксплуатируемого в режиме отражения.
Полученные результаты представлены в следующей таблице 3.
Как видно из результатов, представленных в таблице 3, соевые белковые продукты, полученные как описано в примерах 1 и 2, были светлого цвета. Пример 5
Этот пример иллюстрирует растворимость белковых продуктов, полученных как описано в примерах 1 и 2. Растворимость белка оценивали с использованием модифицированной версии процедуры Morr et al., J. Food Sci. 50: 1715-1718.
Достаточное количество сухого белка для обеспечения 0,5 г белка взвешивали в химическом стакане и затем добавляли небольшое количество очищенной обратным осмосом воды (RO) и смесь перемешивали до образования однородной массы. Затем добавляли дополнительное количество воды, чтобы довести объем до приблизительно 45 мл. Затем содержимое в химическом стакане медленно перемешивали в течение 60 минут с использованием магнитной мешалки. Величину рН определяли сразу после диспергирования белка и регулировали до подходящего уровня (6; 6,5; 7; 7,5 или 8) разбавленными NaOH или НСl. В течение 60 минут перемешивания периодически измеряли и корректировали рН. После перемешивания в течение 60 минут, образцы доводили до общего объема 50 мл водой RO, с получением 1% мас./об. дисперсии белка. Содержание белка дисперсий измеряли анализом методом сжигания с использованием Leco Nitrogen Determinator. Затем аликвоты дисперсий центрифугировали при 7800 g в течение 10 минут, при котором осаждали нерастворимый материал и получали супернатант. Содержание белка в супернатанте измеряли методом сжигания образца и затем рассчитывали растворимость белка продукта следующим образом: Растворимость (%)=(% белка в супернатанте / % белка в начальной дисперсии)×100
Значения растворимости показаны в таблице 4.
Как видно из результатов в таблице 4, продукты S701N2 были не очень хорошо растворимы при рН 6, но были несколько более растворимы при более высоких протестированных значениях рН.
Пример 6
Этот пример содержит вычисление водопоглотительной способности соевых белковых продуктов, полученных как описано в примерах 1 и 2.
Сухой белок (1 г) взвешивали в центрифужной пробирке (50 мл) известного веса. К белковому порошку добавляли приблизительно 20 мл очищенной обратным осмосом воды (RO) при естественном рН. Содержимое пробирок перемешивали с использованием вортекс-миксера при умеренной скорости в течение 1 минуты. Образцы инкубировали при комнатной температуре в течение 5 минут, затем перемешивали на вортекс-миксере в течение 30 секунд. После этого следовала инкубация при комнатной температуре в течение еще 5 минут с последующим встряхиванием на вортекс-миксере в течение еще 30 секунд. Затем образцы центрифугировали при 1000g в течение 15 минут при 20°С. После центрифугирования супернатант осторожно сливали, следя за тем, чтобы все твердое вещество оставалось в пробирке. Затем центрифужную пробирку повторно взвешивали и определяли вес водонасыщенного образца.
Водопоглотительную способность (WBC) рассчитывали как:
WBC (мл/г)=(масса водонасыщенного образца - масса начального образца)/(масса начального образца х общее содержание твердых частиц в образе)
Водопоглотительная способность продуктов S701N2 показана в таблице 5.
Как видно из результатов в таблице 5, протестированные продукты S701N2 имели умеренную водопоглотительную способность. Пример 7
Этот пример иллюстрирует получение изолята белка сои с применением традиционного способа изоэлектрического осаждения.
30 кг соевых белых хлопьев добавляли в 300 л воды RO при температуре окружающей среды и рН регулировали до 8,5 добавлением раствора 1М гидроксида натрия. Образец перемешивали в течение 30 минут для обеспечения водного раствора белка. рН экстракции контролировали и поддерживали на уровне 8,5 на всем протяжении 30 минут. Остаточные соевые белые хлопья удаляли, и образовавшийся белковый раствор осветляли центрифугированием и фильтрацией с получением 278,7 л фильтрованного белкового раствора, имеющего содержание белка 2,93% от массы. рН белкового раствора устанавливался на уровне 4,5 добавлением НСl, которая была разбавлена равным объемом воды, и образовывался осадок. Осадок собирали центрифугированием, затем осадок промывали ресуспендированием в 2 объемах воды RO. Затем промытый осадок собирали центрифугированием. Всего получали 32,42 кг промытого осадка с содержанием белка 18,15 мас. %. Этот способ давал выход 72,0% белка в осветленном растворе экстракта. Аликвоту 16,64 кг промытого осадка объединяли с равным по весу количеством воды RO, и затем рН образца регулировали до 6 гидроксидом натрия. Затем образец с отрегулированным рН подвергали сушке с распылением для получения изолята с содержанием белка 93,80% (N×6,25) на сухое вещество. Продукту давали обозначение S013-K19-09A, с традиционной изоэлектрической точкой (ИЭТ) (IEP) при рН 6.
Пример 8
Этот пример является органолептической оценкой продукта S110729AS-A30-12A S701N2-01, полученного, как описано в примере 1, и традиционного продукта изолята белка сои, полученного, как описано в примере 7.
Образцы были представлены для органолептической оценки в виде дисперсии белка 2% мас./об. в очищенной питьевой воде. Небольшое количество раствора гидроксида натрия пищевого качества включали при приготовлении образца S013-K19-09А с традиционной ИЭТ для повышения рН образца, чтобы значение рН совпадало с образцом S110729AS-A30-12A S701N2-01. Образцы представляли вслепую на неформальной панели 8 членам комиссии, которым было предложено определить, какой образец имел более бобовый привкус, и вкус какого образца они предпочитали.
Семь из восьми членов комиссии нашли, что SI 10729AS-A30-12A S701N2-01 имеет менее бобовый привкус, и все восемь членов комиссии предпочли вкус S110729AS-A30-12AS701N2-01.
Пример 9
Этот пример является органолептической оценкой продукта S110729AS-B 15-12А S701N2-01, полученного как описано в примере 2 и традиционного продукта изолята белка сои, полученного как описано в примере 7.
Образцы были представлены для органолептической оценки в виде дисперсии белка 2% мас./об. в очищенной питьевой воде. Небольшое количество раствора гидроксида натрия пищевого качества включали при приготовлении образца S013-K19-09А с традиционной ИЭТ для повышения рН образца, чтобы значение рН совпадало с образцом S110729AS-B15-12AS701N2-01. Образцы представляли вслепую на неформальной панели 8 членам комиссии, которым было предложено определить, какой образец имел более бобовый привкус, и вкус какого образца они предпочитали.
Семь из восьми членов комиссии нашли, что S110729AS-B15-12А S701N2-01 имеет менее бобовый привкус, и пять из восьми членов комиссии предпочли вкус S110729 AS-B15-12AS701N2-01.
Пример 10
Этот пример является органолептической оценкой продукта S110729AS-B21-12A S701N2-01, полученного как описано в примере 2 и традиционного продукта изолята белка сои, полученного как описано в примере 7.
Образцы были представлены для органолептической оценки в виде дисперсии белка 2% мас./об. в очищенной питьевой воде. Небольшое количество раствора гидроксида натрия пищевого качества включали при приготовлении образца S013-K19-09А с традиционной ИЭТ для повышения рН образца, чтобы значение рН совпадало с образцом S110729AS-B21-12AS701N2-01. Образцы представляли вслепую на неформальной панели 7 членам комиссии, которым было предложено определить, какой образец имел более бобовый привкус и вкус какого образца они предпочитали.
Пять из семи членов комиссии нашли, что S110729AS-B21-12A S701N2-01 имеет менее бобовый привкус, и четыре из семи членов комиссии предпочли вкус S110729AS-В21-12А S701N2-01.
Краткое описание изобретения
В данном кратком описании настоящее изобретение обеспечивает соевые белковые продукты, которые имеют нейтральный или почти нейтральный рН. Модификации возможны в объеме настоящего изобретения.