УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ БЕЛКОВОГО РАСТВОРА ИЗ СОИ
IMPROVED PRODUCTION OF PROTEIN SOLUTION OF SOYA

Ссылка на родственные заявки
Для данной заявки, согласно Кодексу законов США, раздел 35, статья 119(e), испрашивается приоритет по предварительным заявкам США №61/344550, поданной 18 августа 2010 г., №61/344949, поданный 26 ноября 2010 г., и №61/457491, поданной 11 апреля 2011 г.
Область техники
Данное изобретение относится к области производства белковых растворов из сои. Уровень техники
В одновременно рассматриваемой, принадлежащей данному патентообладателю патентной заявке США №12/603,087, поданной 21 октября 2009 г. (патентная публикация США №2010-0098818 от 22 апреля 2010 г. (S701)), раскрытие которой включено здесь посредством ссылки, описывается предоставление нового соевого белкового продукта, имеющего содержание белка по меньшей мере около 60 мас.% (N×6,25)в пересчете на сухую массу, предпочтительно соевого белкового изолята, имеющего содержание белка по меньшей мере около 90 мас.% (N×6,25) в пересчете на сухую массу. Этот соевый белковый продукт обладает уникальной комбинацией свойств, а именно:
- полная растворимость в водных средах при pH в кислотном диапазоне значений ниже около 4,4;
- тепловая устойчивость в водных средах при pH в кислотном диапазоне значений ниже около 4,4;
- отсутствие необходимости в стабилизаторах или других добавках для поддержания нахождения белкового продукта в растворе;
- низкое содержание фитиновой кислоты;
- отсутствие необходимости в ферментах при его производстве.
Кроме того, данный соевый белковый продукт не имеет никакого бобового привкуса или неприятного запаха соевых белковых продуктов.
Этот новый соевый белковый продукт готовится способом, который содержит:
(a) экстракционную обработку источника соевого белка водным раствором хлорида кальция с целью вызвать солюбилизацию соевого белка из белкового источника и образовать водный раствор соевого белка;
(b) отделение водного раствора соевого белка от остаточных количеств источника соевого белка;
(c) при необходимости разбавление водного раствора соевого белка;
(d) регулирование показателя pH водного раствора соевого белка до величины от около 1,5 до около 4,4, предпочтительно от около 2 до около 4 для получения прозрачного подкисленного раствора соевого белка;
(f) при необходимости концентрирование прозрачного водного раствора соевого белка при поддержании его ионной силы по существу постоянной посредством применения мембранно-селективной технологии;
(g) при необходимости диафильтрацию сконцентрированного раствора соевого белка, и
(i) при необходимости высушивание сконцентрированного раствора соевого белка.
Краткое изложение сущности изобретения
В настоящее время установлено, что приготовление соевого белкового продукта с помощью такой методики может приводить к продуктам, которые дают кислые водные растворы, не обладающие предпочтительным уровнем прозрачности. Также было установлено, что могут быть предприняты определенные меры для обеспечения того, чтобы продукты действительно приводили к кислым водным растворам, обладающим предпочтительным уровнем прозрачности. Термин «предпочтительный уровень прозрачности» для целей настоящего изобретения в отношении кислого водного раствора белкового продукта определяется как показатель мутности ниже 10% для раствора, приготовленного растворением 3,2 г белка в 100 мл воды. Показатель мутности определяется анализом водного кислого раствора белка с помощью прибора HunterLab Color Quest ХЕ, функционирующего в режиме пропускания.
Было обнаружено, что прозрачность разбавленного, подкисленного и при необходимости подвергнутого тепловой обработке раствора соевого белка является индикатором прозрачности кислого водного раствора, приготовленного из соевого белкового продукта. Прозрачности разбавленного, подкисленного и при необходимости подвергнутого тепловой обработке раствора белка может содействовать выполнение этапа тонкой фильтрации при отделении водного раствора соевого белка от остаточных количеств источника соевого белка и/или проведение этапа конечной фильтрации, такого как тонкая фильтрация, после этапов разбавления, подкисления и необязательной тепловой обработки. Однако тонкая фильтрация представляет собой дорогой, трудоемкий процесс. Было обнаружено, что два фактора содействуют прозрачности разбавленного, подкисленного и при необходимости подвергнутого тепловой обработке раствора соевого белка без применения тонкой фильтрации и приводят к предпочтительному уровню прозрачности кислого водного раствора, приготовленного из соевого белкового продукта.
Было обнаружено, что, во-первых, на прозрачность влияет скорость выполнения процесса. В частности, обнаружено, что предпочтительный уровень прозрачности может быть достигнут, если этап разбавления и регулирования pH выполняется в пределах 20 минут от момента этапа разделения при отсутствии последующего этапа тепловой обработки, или в пределах 40 минут от момента этапа разделения, если применяется обсуждаемый ниже дополнительный этап тепловой обработки.
Во-вторых, было обнаружено, что на прозрачность, в зависимости от условий разделения и экстракции, может влиять количество тонкодисперсных частиц в источнике соевого белка. В частности, найдено, что при некоторых условиях экстракции и разделения может быть предпочтительным снижение содержания тонкодисперсных частиц источника соевого белка таким образом, чтобы содержание в нем частиц, достаточно мелких, чтобы проходить через сито в 20 меш, составляло бы менее чем около 45% от его массы.
Согласно одному объекту настоящего изобретения обеспечивается способ приготовления раствора соевого белка, который содержит:
(a) при необходимости такую сортировку источника соевого белка, чтобы обеспечить отсортированный источник соевого белка, содержащий менее чем около 45 мас.%, предпочтительно менее чем около 35 мас.% частиц, достаточно мелких, чтобы проходить через сито в 20 меш;
(b) экстракционную обработку отсортированного при необходимости источника соевого белкового материала водным раствором соли кальция с целью вызвать солюбилизацию соевого белка из отсортированного при необходимости соевого белкового источника и образовать водный раствор соевого белка;
(c) отделение водного раствора соевого белка от остаточных количеств источника соевого белка; и либо
(d) в пределах около 20 минут от момента этапа (с) (i) разбавление водного раствора соевого белка до удельной электропроводности менее чем около 90 мС, предпочтительно от около 4 до около 18 мС и (ii) доведение показателя рН водного раствора соевого белка до величины от около 1,5 до около 4,4, предпочтительно от около 2 до около 4, с тем, чтобы получить подкисленный раствор соевого белка, имеющий показатель поглощения видимого света при 600 нм (А600) ниже около 0,055, предпочтительно ниже около 0,040, либо
(e) в пределах около 40 минут от момента этапа (с) (i) разбавление водного раствора соевого белка до удельной электропроводности менее чем около 90 мС, предпочтительно от около 4 до около 18 мС, (ii) регулирование показателя pH водного раствора соевого белка до величины от около 1,5 до около 4,4, предпочтительно от около 2 до около 4, и (iii) тепловую обработку водного раствора белка при температуре от около 70°C до около 160°C в течение периода времени от около 10 секунд до около 60 минут, предпочтительно от около 80°C до около 120°C в течение периода времени от около 10 секунд до около 5 минут, более предпочтительно от около 85°C до около 95°C в течение периода времени от около 30 секунд до около 5 минут, с тем, чтобы получить подкисленный раствор соевого белка, имеющий показатель поглощения видимого света при 600 нм (А600) ниже около 0,055, предпочтительно ниже около 0,040.
Кроме того, обнаружено, что если этапы экстракции и разделения, а также последующие этапы разбавления и/или мембранной обработки осуществляются при повышенной температуре, обычно от около 35°C до около 65°C, предпочтительно от около 50°C до около 60°C, то по сравнению с выполнением этих этапов при температурах окружающей среды от около 20°C до около 25°C могут быть получены определенные преимущества. Проведение этапов экстракции и разделения при повышенной температуре придает водному раствору соевого белка лучшую прозрачность по сравнению прозрачностью, достижимой при выполнении этих же этапов при температуре окружающей среды. Предпочтительно максимизировать прозрачность водного раствора соевого белка, получаемого на этапе разделения, чтобы обеспечить минимальную мутность конечного продукта после его повторной солюбилизации. Экстракция и разделение при повышенной температуре также предпочтительны тем, что это допускает к переработке соевую муку или другие источники белка с повышенным содержанием тонкодисперсных частиц и, тем не менее, приводит к соевому белковому продукту, обеспечивающему кислые водные растворы, обладающие предпочтительным уровнем прозрачности. Выполнение при повышенной температуре мембранной обработки приводит к более эффективному удалению ингибиторов трипсина и более значительной интенсивности потока по сравнению с осуществлением такой обработки при температуре окружающей среды. Результатом осуществления всех обозначенных этапов обработки вблизи верхней границы температурного диапазона (например, от 50°C до 65°C) может стать более низкая микробная нагрузка, чем если бы эти этапы выполнялись при температуре окружающей среды.
Соответственно, в другом объекте настоящего изобретения обеспечивается способ приготовления раствора соевого белка, который содержит:
(a) экстракционную обработку источника соевого белка водным раствором соли кальция с целью вызвать солюбилизацию соевого белка из белкового источника и образовать водный раствор соевого белка,
(b) отделение водного раствора соевого белка от остаточных количеств источника соевого белка;
(c) при необходимости разбавление отделенного водного раствора соевого белка;
(d) регулирование показателя рН отделенного и при необходимости разбавленного водного раствора соевого белка до величины от около 1,5 до около 4,4 с тем, чтобы обеспечить прозрачный раствор соевого белка;
() концентрирование подкисленного прозрачного водного раствора соевого белка при поддержании его ионной силы по существу постоянной посредством применения мембранно-селективной технологии;
(f) диафильтрацию сконцентрированного раствора соевого белка, при этом каждый из этапов (а)-(f) выполняется при температуре от около 50°C до около 60°C.
Соевый белковый продукт, полученный согласно представленному здесь способу, не обладает специфическим бобовым вкусом продуктов, получаемых из соевого белка, и подходит не только для белкового обогащения кислых сред, но может также использоваться в большом количестве обычных для белковых изолятов применений, включая, но, не ограничиваясь белковым обогащением подвергаемых технологической обработке пищевых продуктов и напитков, эмульгированием масел, в качестве средства придания консистенции в выпекаемых изделиях и в качестве вспенивателя в продуктах с газовыми пузырьками. Помимо этого, соевому белковому продукту может быть придана форма белковых волокон, пригодных для применения в заменителях мяса, и он может быть применен в качестве заменителя яичного белка или наполнителя в таких пищевых продуктах, где яичный белок используется в качестве связующего компонента. Соевый белковый продукт может использоваться в питательных добавках. Данный соевый белковый продукт может также использоваться в аналогах молочных продуктов или в продуктах, являющихся молочно/соевыми смесями. Другие применения соевый белковый продукт находит в кормах для домашних животных, кормах для скота, в промышленных и косметических применениях и в средствах личной гигиены.
Общее описание изобретения
Источник соевого белка, используемый при данном способе, может быть соевыми бобами, или любым соевым продуктом, или побочным продуктом, получаемым при обработке сои, включая, но, не ограничиваясь молотой соей, соевыми хлопьями, соевой крупой и соевой мукой. Источник соевого белка может использоваться в полножирной форме, частично обезжиренном виде или в полностью обезжиренной форме. Когда источник соевого белка содержит значительные количества жира, как правило, в ходе реализации способа требуется этап удаления масла. Соевый белок, извлекаемый из источника соевого белка, может быть белком, модифицированным генно-инженерными манипуляциями, но обладающим характерными гидрофобными и полярными свойствами натурального белка.
До этапа солюбилизации белка источник соевого белка может быть подвергнут сортировке для уменьшения содержания в нем тонкодисперсных частиц. Источник соевого белка может быть отсортирован таким образом, чтобы он содержал менее чем около 45 мас.%, предпочтительно менее чем около 35 мас.% тонкодисперсных частиц, способных проходить через сито в 20 меш (ситовый размер США). Сортировка может удобно выполняться просеиванием источника соевого белка.
Солюбилизация белка из необязательно отсортированного материала источника соевого белка наиболее удобно осуществляется с помощью раствора хлорида кальция, хотя могут использоваться и растворы других солей кальция. Помимо этого, могут использоваться соединения других щелочноземельных металлов, такие как соли магния. Кроме того, может выполняться экстракция соевого белка из источника соевого белка с использованием раствора соли кальция в комбинации с раствором другой соли, такой как хлорид натрия. Помимо этого, экстракция соевого белка из источника соевого белка может осуществляться с помощью воды или с помощью раствора соли, такой как хлорид натрия, с солью кальция, впоследствии добавляемой к водному раствору соевого белка, полученному на этапе экстракции. Осадок, образующийся при добавлении соли кальция, перед последующей обработкой удаляется.
При увеличении в растворе концентрации соли кальция степень солюбилизации белка из источника соевого белка вначале увеличивается до тех пор, пока не достигает предельного значения. Любое последующее увеличение концентрации соли общего количества солюбилизированного белка уже не увеличивает.Концентрация раствора соли кальция, приводящая к максимальной солюбилизации белка, варьирует в зависимости от конкретной соли. Обычно предпочитается применение величин концентрации менее чем около 1,0 М и более предпочтительно величина концентрации составляет от около 0,10 М до около 0,15 М.
При периодическом процессе солевая солюбилизация белка выполняется при температуре от около 1°C до около 100°C, предпочтительно от около 15°C до около 65°C, более предпочтительно от около 50°C до около 60°C, и предпочтительно сопровождается перемешиванием для уменьшения времени растворения, которое обычно составляет от около 1 до около 60 минут. Предпочтительно выполнять солюбилизацию так, чтобы экстрагировать из источника соевого белка по существу настолько много белка, насколько это возможно, с тем, чтобы обеспечить высокий суммарный выход продукта.
При непрерывном процессе экстракция соевого белка из источника соевого белка выполняется любым способом, совместимым с осуществлением непрерывной экстракции белка из источника соевого белка. В одном воплощении источник соевого белка непрерывно смешивается с раствором соли кальция, и смесь перемещается по трубе или трубопроводу, имеющему такую длину и с такой скоростью потока, которые обеспечивают время пребывания, достаточное для протекания желательной экстракции в соответствии с описанными здесь параметрами. При такой непрерывной методике этап солевой солюбилизации проводится быстро, в течение периода времени вплоть до около 10 минут, предпочтительно так, чтобы осуществить солюбилизацию, обеспечивающую экстрагирование по существу настолько большого количества белка из источника соевого белка, насколько это возможно. Солюбилизация в непрерывном режиме проводится при температурах между около 1°C и около 100°C, предпочтительно между около 15°C и около 65°C, более предпочтительно между около 50°C и около 60°C.
Экстракция обычно проводится при pH от около 5 до около 11, предпочтительно от около 5 до около 7. pH экстракционной системы (источник соевого белка и раствор соли кальция) для применения на этапе экстракции может быть доведен, если это требуется, до любой желательной величины в пределах диапазона от около 5 до около 11 при помощи любой подходящей кислоты пищевой категории качества, обычно соляной кислоты или фосфорной кислоты, или щелочи пищевой категории качества, обычно гидроксида натрия.
Концентрация источника соевого белка в растворе соли кальция во время этапа солюбилизации может варьировать в широких пределах. Типичные величины концентрации составляют от около 5 до около 15% (отношение массы к объему).
Этап экстракции белка водно-солевым раствором оказывает дополнительное воздействие на солюбилизацию жиров, которые могут присутствовать в источнике соевого белка, что затем приводит к жирам, присутствующим в водной фазе.
Белковый раствор, образующийся в результате проведения этапа экстракции, как правило, 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 подходящим антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество применяемого антиоксиданта может варьировать от около 0,01 до около 1 мас.% от массы раствора, предпочтительно составляя около 0,05 мас.%. Антиоксидант служит для ингибирования окисления в белковом растворе любых фенольных соединений.
Водная фаза, образующаяся на этапе экстракции, затем может быть отделена от остаточных количеств источника соевого белка любым подходящим способом, таким как применение декантирующей центрифуги или любого подходящего сетчатого фильтра, сопровождаемое дисковым центрифугированием и/или фильтрацией для удаления остатков исходного материала соевого белка. Этап разделения обычно проводится при той же температуре, что и этап солюбилизации белка, но может осуществляться при любой температуре в пределах диапазона от около 1°C до около 100°C, предпочтительно от около 15°C до около 65°C, более предпочтительно от около 50°C до около 60°C. Отделенные остатки источника соевого белка могут высушиваться для последующей утилизации. В качестве варианта отделенные остатки источника соевого белка могут быть переработаны для извлечения некоторых остаточных количеств белка. Отделенные остаточные количества источника соевого белка могут быть подвергнуты повторной экстракционной обработке свежим раствором соли кальция, и осветленный раствор белка объединяется с исходным раствором белка для дальнейшей обработки согласно следующему далее описанию. В качестве варианта отделенные остатки источника соевого белка могут быть подвергнуты обработке с помощью обычной методики изоэлектрического осаждения или любой другой подходящей для извлечения такого остаточного белка методики.
Как отмечалось выше, может быть предпочтительным выполнение этапа экстракции (в периодическом, либо в непрерывном режиме) и последующего этапа выделения водного раствора соевого белка из остаточных количеств источника соевого белка при повышенной температуре, обычно от около 35°C до около 65°C, предпочтительно от около 50°C до около 60°C, для получения осветленного раствора соевого белка, имеющего улучшенную прозрачность по сравнению с осуществлением этих этапов при температуре окружающей среды.
В случаях, когда источник соевого белка содержит значительные количества жира, как это описывается в принадлежащих данному заявителю патентах США №№5844086 и 6005076, раскрытие которых включено здесь посредством ссылки, к отделенному водному раствору белка могут быть применены описанные там этапы обезжиривания. В качестве варианта обезжиривание отделенного водного белкового раствора может быть достигнуто с помощью любой другой подходящей методики.
Для удаления окрашивающих и/или придающих запах соединений водный раствор соевого белка может быть обработан адсорбентом, таким как порошкообразный активированный уголь или гранулированный активированный уголь. Такая обработка адсорбентом может выполняться в любых подходящих условиях, как правило, при температуре среды отделенного водного белкового раствора. В случае порошкообразного активированного угля используются его количества, составляющие от около 0,025% до около 5% (отношение массы к объему), предпочтительно от около 0,05% до около 2% (отношение массы к объему). Адсорбент может быть удален из раствора соевого белка любым удобным способом, например, фильтрацией.
Полученный водный раствор соевого белка обычно разбавляется водным растворителем в количестве от около 0,5 до около 10 объемов, предпочтительно от около 0,5 до около 2 объемов с тем, чтобы уменьшить удельную электропроводность водного раствора соевого белка до величины в целом ниже около 90 мС, предпочтительно от около 4 до около 18 мС. Такое разбавление обычно выполняется с использованием воды, хотя может применяться разбавленный раствор таких солей, как хлорид натрия или хлорид кальция, имеющий электропроводность вплоть до около 3 мС.
Растворитель, с которым обычно смешивается раствор соевого белка, имеет такую же температуру, как и раствор соевого белка, но растворитель также может иметь температуру от около 1°C до около 100°C, предпочтительно от около 15°C до около 65°C, более предпочтительно от около 50°C до около 60°C.
pH разбавленного раствора соевого белка затем доводится до величины от около 1,5 до около 4,4, предпочтительно от около 2 до около 4 добавлением любой подходящей кислоты пищевой категории качества, такой как соляная кислота или фосфорная кислота, приводя к прозрачному подкисленному водному раствору соевого белка.
Прозрачный подкисленный водный раствор соевого белка обычно имеет удельную электропроводность ниже около 95 мС, предпочтительно от около 4 до около 23 мС.
Показатель поглощения разбавленного и подкисленного раствора на длине волны 600 нм является важным индикатором прозрачности кислого раствора восстановленного соевого белкового продукта. Показатель поглощения разбавленного и подкисленного раствора на 600 нм (А600), составляющий ниже около 0,055, предпочтительно ниже около 0,040, является критически важным для получения конечного продукта, обеспечивающего водный кислый раствор, отвечающий сформулированному выше определению предпочтительного уровня прозрачности. Найдено, что когда применяется описанный ниже необязательный этап тепловой обработки, прозрачность белкового раствора улучшается. Поэтому для разбавленного и подкисленного раствора величина А600, превышающая 0,055, может быть приемлемой в тех случаях, когда используется последующий этап тепловой обработки и эта тепловая обработка улучшает прозрачность в достаточной мере для того, чтобы А600 разбавленного, подкисленного и подвергнутого тепловой обработке раствора составляла менее чем около 0,055, предпочтительно менее чем около 0,040.
Было обнаружено, что для обеспечения того, чтобы из соевого белкового продукта данного способа можно было бы получать растворы, обладающие предпочтительным уровнем прозрачности, важную роль играет скорость процесса. Чем дольше раствор экстракта белка остается при естественном рН после удаления остаточных количеств источника соевого белка, тем более мутным становится такой раствор. Это помутнение происходит независимо от прозрачности водного раствора соевого белка, получаемого после этапа разделения. Полностью свободный от мути раствор становится мутным, если незамедлительно не разбавляется и не подкисляется. После образования такой мути удаление ее оказывается очень трудным даже с помощью тонкодисперсной фильтрации.
Поэтому предпочтительно выполнение разбавления и подкисления если не сразу же после осветления раствора экстракта, то, как можно быстрее. Исследование показало, что максимальное время между осветлением и разбавлением и подкислением должно составлять около 20 минут, или 40 минут, если предполагается использование дополнительной тепловой обработки, с желательным более коротким временем и оптимальным немедленным разбавлением и подкислением.
Подкисленный прозрачный водный раствор соевого белка может быть подвергнут тепловой обработке с тем, чтобы инактивировать термолабильные антипитательные факторы, такие как ингибиторы трипсина, присутствующие в таком растворе вследствие экстрагирования из исходного материала соевого белка во время этапа экстракции. Такой этап нагревания также обеспечивает дополнительный полезный эффект ослабления микробной нагрузки и улучшения прозрачности раствора. Показатель поглощения разбавленного, подкисленного и подвергнутого тепловой обработке раствора, составляющий на длине волны в 600 нм (А600) ниже около 0,055, предпочтительно ниже около 0,040, является критически важным для получения конечного продукта, обеспечивающего водный кислый раствор, удовлетворяющий определению предпочтительного уровня прозрачности. Как правило, белковый раствор нагревается до температуры от около 70°C до около 160°C в течение периода времени от около 10 секунд до около 60 минут, предпочтительно от около 80°C до около 120°C в течение периода времени от около 10 секунд до около 5 минут, более предпочтительно от около 85°C до около 95°C в течение периода времени от около 30 секунд до около 5 минут. Подвергнутый тепловой обработке подкисленный раствор соевого белка затем может быть охлажден для дальнейшей, описанной ниже обработки, предпочтительно до температуры от около 2°C до около 65°C, предпочтительно от около 50°C до около 60°C.
Полученный подкисленный прозрачный водный раствор соевого белка может быть непосредственно высушен для получения соевого белкового продукта. Для обеспечения соевого белкового продукта, имеющего уменьшенное содержание примесей и сниженную концентрацию солей, такого как соевый белковый изолят, прозрачный подкисленный водный раствор соевого белка перед сушкой может быть подвергнут обработке.
Прозрачный подкисленный раствор соевого белка может быть подвергнут концентрированию для увеличения концентрации содержащегося в нем белка при поддержании его показателя ионной силы по существу постоянным. Такое концентрирование, как правило, выполняется с тем, чтобы обеспечить концентрированный раствор соевого белка, имеющий концентрацию белка от около 50 до около 300 г/л, предпочтительно от около 100 до около 200 г/л.
Этап концентрирования может быть выполнен любым подходящем способом, совместимым с периодическим или непрерывным режимом, например, применением любой подходящей мембранно-селективной технологии, такой как ультрафильтрация или диафильтрация, с использованием таких мембран, как половолоконные мембраны или спирально-витые мембраны с подходящими молекулярными массами отсечения, например, от около 3000 до около 1000000 Да, предпочтительно от около 5000 до около 100000 Да, с обращением к различным материалам и конструкциям мембран, и для непрерывной работы имеющим такие размеры, чтобы допускать желательную степень концентрации, при которой водный белковый раствор проходит через мембрану.
Как известно, ультрафильтрация и подобные мембранно-селективные технологии позволяют низкомолекулярным соединениям проходить через них, не допуская этого в случае продуктов с более высокой молекулярной массой. Низкомолекулярные соединения включают не только ионные соединения пищевых солей, но также и низкомолекулярные материалы, экстрагируемых из исходного материала, такие как углеводы, пигменты, низкомолекулярные белки и антипитательные факторы, такие как ингибиторы трипсина, которые сами по себе являются низкомолекулярными белками. С учетом различных материалов и конструкций мембран показатель отсечения по молекулярной массе мембраны обычно выбирается так, чтобы гарантировать удержание значительной доли содержащегося в растворе белка, позволяя загрязнителям проходить насквозь.
Сконцентрированный раствор соевого белка после этого может быть подвергнут этапу диафильтрации с использованием воды или разбавленного раствора соли. Раствор для диафильтрации может находиться при своем естественном pH, или при pH подвергаемого диафильтрации белкового раствора, или при любом промежуточном значении pH. Такая диафильтрация может выполняться с использованием от около 1 до около 40 объемов диафильтрующего раствора, предпочтительно от около 2 до около 25 объемов диафильтрующего раствора. При выполнении диафильтрации из прозрачного водного раствора соевого белка пропусканием через мембрану с пермеатом удаляются дополнительные количества загрязнителей. Это очищает прозрачный водный раствор белка и может также снизить его вязкость. Операция диафильтрации может производиться до тех пор, пока в пермеате больше не будет присутствовать никаких значительных количеств загрязнителей или видимого окрашивания, или же пока ретентат не будет достаточно очищен для того, чтобы после сушки обеспечивать изолят соевого белка с содержанием белка по меньшей мере около 90 мас.% (N×6.25) в пересчете на сухую массу. Такая диафильтрация может выполняться с помощью той же самой мембраны, которая применяется на этапе концентрирования. Однако если желательно, этап диафильтрации может производиться с использованием отдельной мембраны с другим показателем отсечения по молекулярной массе, такой как мембрана, имеющая отсечение по молекулярной массе в диапазоне от около 3000 до около 1000000 Да, предпочтительно от около 5000 до около 100000 Да, с учетом при этом различных материалов и конструкций мембраны.
В качестве варианта этап диафильтрации может быть применен к прозрачному подкисленному водному раствору белка перед его концентрированием или к частично сконцентрированному прозрачному подкисленному водному раствору белка. Также диафильтрация может применяться многократно в различные моменты времени в ходе выполнения концентрирования. Когда диафильтрация применяется перед концентрированием или к частично сконцентрированному раствору, получаемый диафильтрованный раствор в дальнейшем может быть подвергнут дополнительному концентрированию. Снижение вязкости, достигаемое многократной диафильтрацией в ходе концентрирования раствора белка, может обеспечить достижение более высокой конечной концентрации полностью сконцентрированного белка. Это уменьшает объем материала, предназначаемого для сушки.
Этап концентрирования и этап диафильтрации могут здесь выполняться таким образом, чтобы извлекаемый в дальнейшем соевый белковый продукт содержал менее чем около 90 мас.% белка (N×6,25) в пересчете на сухую массу, например, по меньшей мере около 60 мас.% белка (N×6,25) в пересчете на сухую массу Посредством частичного концентрирования и/или частичной диафильтрации прозрачного водного раствора соевого белка оказывается возможным лишь частичное удаление загрязняющих примесей. Такой раствор белка может быть затем высушен с обеспечением соевого белкового продукта с более низким уровнем чистоты. Соевый белковый продукт, имеющий содержание белка по меньшей мере около 60 мас.%, остается все еще способным давать в кислых условиях прозрачные белковые растворы.
В среде для диафильтрации во время по меньшей мере части этапа диафильтрации может присутствовать антиоксидант.Антиоксидант может быть любым подходящим антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество антиоксиданта, используемого в среде для диафильтрации, зависит от применяемых материалов и может варьировать от около 0,01 до около 1 мас.%, предпочтительно составляя около 0,05 мас.%. Антиоксидант служит для ингибирования окисления любых фенольных соединений, присутствующих в концентрированном растворе соевого белка.
Этап концентрирования и возможный этап диафильтрации могут проводиться при любой подходящей температуре, как правило, от около 2°C до около 65°C, предпочтительно от около 50°C до около 60°C, и в течение промежутка времени, обеспечивающего желательную степень концентрирования и диафильтрации. Характеристики температуры и других применяемых условий до некоторой степени зависят от мембранного оборудования, используемого при мембранной обработке раствора с целью обеспечения желательной концентрации белка и эффективного переноса загрязнителей в пермеат.
В сое имеются два основных ингибитора трипсина, а именно, ингибитор Кунитца, который является термолабильной молекулой с молекулярной массой приблизительно 21000 Да, и ингибитор Боумена-Берка, более термостабильная молекула с молекулярной массой около 8000 Да. Уровень активности ингибитора трипсина в конечном соевом белковом продукте может регулироваться путем манипуляций с различными переменными процесса.
Как отмечалось выше, для инактивации термолабильных ингибиторов трипсина может использоваться тепловая обработка подкисленного прозрачного водного раствора соевого белка. Частично сконцентрированный или полностью сконцентрированный подкисленный раствор соевого белка может быть также подвергнут тепловой обработке в целях инактивации термолабильных ингибиторов трипсина. Когда тепловая обработка применяется к частично сконцентрированному подкисленному раствору соевого белка, образующийся термически обработанный раствор после этого может быть дополнительно сконцентрирован.
Помимо этого, этапы концентрирования и/или диафильтрации могут осуществляться способом, благоприятным для перемещения ингибиторов трипсина в пермеат вместе с другими загрязнителями. Удалению ингибиторов трипсина способствует применение мембран с большим размером пор, например, от около 30000 до около 1000000 Да, функционирование мембраны при повышенных температурах, например, от около 30°C около до 65°C, предпочтительно от 50°C до около 60°C, и использование больших объемов среды для диафильтрации, например, от около 10 до около 40 объемов.
Подкислением и подверганием мембранной обработке разбавленного белкового раствора при более низких величинах pH от около 1,5 до около 3 активность ингибитора трипсина может быть снижена по сравнению с обработкой раствора при более высоком pH от около 3 до 4,4. Когда белковый раствор является сконцентрированным и подвергнутым диафильтрации при нижних значениях диапазона показателей pH, может оказаться желательным повышение pH ретентата перед сушкой. pH сконцентрированного и подвергнутого диафильтрации белкового раствора может быть поднят до желательной величины, например, pH=3 добавлением любой подходящей щелочи пищевой категории качества, такой как гидроксид натрия.
Кроме того, снижение активности ингибитора трипсина может быть достигнуто посредством подвергания соевых материалов воздействию реагентов-восстановителей, которые разрывают или перегруппировывают дисульфидные мостики ингибиторов. Подходящие восстановители включают сульфит натрия, цистеин и N-ацетилцистеин.
Добавление таких восстановителей может выполняться на различных стадиях способа. Восстановитель может быть добавлен с исходным материалом соевого белка на этапе экстракции, может быть добавлен к осветленному водному раствору соевого белка после удаления остатков исходного материала соевого белка, может быть добавлен к сконцентрированному белковому раствору до или после диафильтрации или же может быть в сухом виде смешан с высушенным соевым белковым продуктом. Добавление восстановителя может объединяться с описанными выше этапами мембранной обработки или с этапом тепловой обработки.
Если является желательным сохранение активности ингибиторов трипсина в концентрированном растворе белка, это может быть обеспечено исключением или снижением интенсивности этапа тепловой обработки, отказом от применения восстановителей, осуществлением этапов концентрирования и диафильтрации в условиях верхней границы предела диапазона величин pH, например, при pH от 3 до около 4,4, применением при концентрировании и диафильтрации мембраны с меньшим размером пор, функционированием мембраны при более низких температурах и использованием меньших объемов среды диафильтрации.
Сконцентрированный и при необходимости подвергнутый диафильтрации белковый раствор может быть в дальнейшим, если необходимо, подвергнут операции обезжиривания, как это описано в патентах США №№5844086 и 6005076. В качестве варианта обезжиривание сконцентрированного и при необходимости подвергнутого диафильтрации белкового раствора может быть достигнуто с помощью любой другой подходящей методики.
Для удаления окрашивающих и/или придающих запах соединений подвергнутый концентрированию и при необходимости диафильтрации прозрачный водный раствор соевого белка может быть обработан адсорбентом, таким как порошкообразный активированный уголь или гранулированный активированный уголь. Такая обработка адсорбентом может выполняться в любых подходящих условиях, как правило, при температуре среды сконцентрированного белкового раствора. В случае порошкообразного активированного угля используются количества, составляющие от около 0,025% до около 5% (отношение массы к объему), предпочтительно от около 0,05% до около 2% (отношение массы к объему). Адсорбент может быть удален из раствора соевого белка любым удобным способом, например, фильтрацией.
Сконцентрированный и при необходимости подвергнутый диафильтрации прозрачный водный раствор соевого белка может быть высушен с помощью любой подходящей технологии, такой как распылительная сушка или лиофилизация. Перед сушкой может быть выполнен этап пастеризации раствора соевого белка. Такая пастеризация может выполняться под любыми желательными условиями пастеризации. Как правило, сконцентрированный и при необходимости подвергнутый диафильтрации раствор соевого белка нагревается до температуры от около 55°C до около 70°C, предпочтительно от около 60°C до около 65°C, в течение периода времени от около 30 секунд до около 60 минут, предпочтительно от около 10 минут до около 15 минут. Пастеризованный сконцентрированный раствор соевого белка может быть затем охлажден для выполнения сушки, предпочтительно до температуры от около 25°C до около 40°C.
Сухой соевый белковый продукт имеет содержание белка, превышающее около 60 мас.% (N×6,25) в пересчете на сухую массу Предпочтительно сухой соевый белковый продукт является изолятом с высоким содержанием белка, превышающим около 90 мас.%) белка, предпочтительно по меньшей мере около 100 мас.% (N×6,25) в пересчете на сухую массу
Получаемый здесь соевый белковый продукт является растворимым в кислой водной среде, что делает такой продукт идеальным для его внесения в напитки, как газированные, так и негазированные, в целях обеспечения их белкового обогащения. pH таких напитков варьирует в широких пределах кислотной части диапазона, границы которых составляют от около 2,5 до около 5. Предлагаемый здесь продукт из соевого белка в целях белкового обогащения напитков может добавляться к таким напиткам в любом подходящем количестве, обеспечивая, например, по меньшей мере около 5 г соевого белка на порцию. Добавленный соевый белковый продукт растворяется в напитке и не ухудшает прозрачность напитка даже после тепловой обработки. Соевый белковый продукт может смешиваться с сухим напитком перед восстановлением такого напитка растворением в воде. Иногда может быть необходима модификация стандартной рецептуры напитков для обеспечения возможности внесения в нее соевого белкового продукта в случаях, когда присутствующие в напитке компоненты могут оказывать неблагоприятное воздействие на способность соевого белкового продукта оставаться в растворенном в напитке состоянии.
Примеры
Пример 1
Этот пример иллюстрирует эффект от наличия тонкодисперсных частиц в источнике соевого белка на прозрачность как разбавленного, подкисленного и термически обработанного раствора соевого белка, так и на прозрачность водного кислого раствора конечного соевого белкового продукта.
2
30 кг обезжиренных соевых белых хлопьев, содержащих "а" мас.% хлопьев в виде проходящих через сито в 20 меш тонкодисперсных частицы, было добавлено к "b" л 0,15 М раствора CaCl при температуре окружающей среды и перемешивалось в течение 30 минут для получения водного белкового раствора. Остаточные количества соевых белых хлопьев были удалены, а образовавшийся белковый раствор осветлялся центрифугированием с получением "с" л белкового раствора, имеющего содержание белка в "d" мас.% и показатель поглощения на 600 нм, равный "e".
Раствор белка после этого был добавлен к "f объему(-ам) очищенной обратным осмосом воды и рН образца снижен до значения "g" разбавленной "h" (один объем концентрированной "h" плюс один объем воды). Разбавленный и подкисленный раствор был после этого подвергнут тепловой обработке в течение 30 секунд при 90°C. А600 белкового раствора после такой тепловой обработки составил "i".
Подвергнутый тепловой обработке, подкисленный раствор белка был уменьшен в объеме от "j" л до "k" л концентрированием на полиэфирсульфоновой мембране, имеющей отсечение по молекулярной массе 100000 Да и использовавшейся при температуре приблизительно "1"°C. Подкисленный белковый раствор с содержанием белка "m" мас.% был подвергнут диафильтрации "n" л очищенной обратным осмосом (RO) воды с выполнением диафильтрации приблизительно при "о"°C. Подвергнутый диафильтрации раствор был после этого дополнительно сконцентрирован до объема "p" л и подвергнут диафильтрации дополнительными "q" л RO-воды с выполнением диафильтрации приблизительно при "r"°C. После этой второй диафильтрации раствор белка был сконцентрирован от содержания белка в "s" мас.% до содержания белка в "t" мас.%, а затем разбавлен водой до содержания белка в "u" мас.% с тем, чтобы облегчить сушку распылением. Данный белковый раствор перед сушкой распылением был восстановлен с выходом в "v" мас.% от исходного центрифугированного раствора белка. Подвергнутый диафильтрации подкисленный, сконцентрированный белковый раствор затем высушивался с получением продукта, содержание белка в котором было найдено равным "w"% (N×6,25) в пересчете на сухую массу Продукту было присвоено обозначение "x" S701H. Был приготовлен раствор S701H растворением сухого белка в количестве, достаточном для обеспечения 0,48 г белка в 15 мл RO-воды, который имел pH, равный "y". С помощью прибора HunterLab Color Quest ХЕ, использовавшегося в режиме пропускания, был оценен показатель мутности этого раствора и найден равным "z".
В следующей Таблице 1 представлены параметры от "а" до "z" для тринадцати серий.
Таблица 1
Параметры партий при получении S701H
x
S013-J29-09A
S013-K05-09A
S013-K12-09A
S016-K23-09A
S015-A14-10A
S017-B18-10A
S014-B24-10A
S017-C10-10A
S017-D13-10A
S019-D15-10A
S019-D19-10A
S019-D20-10A
S019-D21-10A
а
44,3
44,3
44,3
33
45,8
48
44,6
48
52,7
30,7
30,7
30,7
30,7
b
300
300
300
300
300
400
300
300
300
300
300
300
300
с
250
269
230,5
273
251
306,3
232
230
219,6
209,3
233
228
221
d
2,19
2,61
2,14
2,27
2,52
2,20
2,74
2,79
2,76
2,76
2,83
2,69
2,79
е
0,216
0,454
0,166
0,202
0,435
0,298
0,264
0,343
0,248
0,251
0,377
0,248
0,271
f
1
1
1
1
0,75
1
1
1
1
1
1
1
1
g
2,66
2,99
2,95
3,08
2,57
3,19
3,03
2,82
3,18
3,27
3,14
3,05
3,29
h
H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>
HCl
HCl
HCl
HCl
HCl
HCl
HCl
HCl
HCl
HCl
HCl
HCl
i
0,034
0,041
0,039
0,026
0,056
0,056
0,022
0,060
0,061
0,027
0,013
0,016
0,023
j
510
535
475
518
390
670
465
503
475
408
485
500
480
к
95
100
82
107
88
120
100
115
117
89
96
108
107
1
30
30
29
29
30
31
30
30
30
30
50
29
50
m
4,53
5,30
5,15
4,53
6,25
4,28
4,70
4,95
4,53
4,99
5,81
4,77
4,73
n
120
125
123
160,5
132
180
150
173
176
134
144
162
160
o
29
30
30
31
30
30
30
30
30
30
51
29
50
P
48
50
41
54
44
60
42
51
49
41
48
47
48
q
365
375
307,5
405
330
450
315
383
368
308
360
353
360
r
29
30
30
30
31
30
30
30
30
30
49
30
51
s
8,33
9,02
9,91
7,92
10,87
9,38
9,69
10,51
9,87
9,66
10,85
9,89
9,34
t
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
12,42
12,29
11,78
13,49
11,78
11,86
u
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
8,62
8,17
5,78
5,71
5,94
6,22
5,02
5,55
v
77,6
65,1
81,9
66,8
73,9
79,1
64,8
83,0
77,2
74,0
79,2
66,4
77,3
w
100,67
101,68
100,24
100,95
102,61
102,25
101,56
101,07
100,62
100,53
102,43
102,10
102,45
У
3,29
3,38
3,42
3,47
3,05
3,19
3,51
3,32
3,42
3,22
3,25
3,42
3,45
z
3,1
9,7
5,5
5,9
16,8
23,6
9,2
16,7
12,1
5,4
1,8
3,8
2,8
N/A означает «неприменимо».
Из данных в Таблице 1 видно, что образцы соевых белых хлопьев, содержащие менее чем около 45 мас.%, предпочтительно менее чем около 35 мас.% тонкодисперсных частиц, проходящих сквозь сито в 20 меш, обеспечили разбавленные, подкисленные и термически обработанные белковые растворы, имеющие А600 ниже около 0,055, предпочтительно ниже около 0,040, и водные кислые растворы соевого белкового изолята, имеющие предпочтительный уровень мутности менее 10%.
Пример 2
Данный пример демонстрирует влияние скорости выполнения процесса на прозрачность разбавленного, подкисленного и термически обработанного белкового раствора.
2
60 кг обезжиренных соевых белых хлопьев были добавлены при температуре окружающей среды к 600 л 0,15 М раствора CaCl и перемешивались в течение 30 минут для получения водного белкового раствора. Остаточные белые соевые хлопья были удалены, а образовавшийся белковый раствор был осветлен центрифугированием с получением 473,5 л белкового раствора, имевшего содержание белка 2,75 мас.% и показатель А600, равный "a".
Раствор белка после этого был добавлен к 1 объему очищенной обратным осмосом воды и pH образца снижен до значения 3 разбавленной HCl (один объем концентрированной HCl плюс один объем воды). Показатель А600 белкового раствора после разбавления и регулирования pH составил "b". Разбавленный и подкисленный раствор был после этого подвергнут тепловой обработке в течение 30 секунд при 90°C. А600 белкового раствора после этой тепловой обработки составил "с".
Процедура повторялась с образцами фугата, отбиравшимися после отделения от остаточных количеств соевых белых хлопьев каждые 10 минут вплоть до 70 минут. Полученные результаты представлены в следующей Таблице 2.
Таблица 2
Влияние на прозрачность раствора времени, прошедшего между осветлением и дальнейшей обработкой
Время между осветлением и разбавлением/регулированием pH/тепловой обработкой
"а"
"b"
"с"
Немедленное разбавление и регулирование pH
0,225
0,043
0,037
10 минут
0,252
0,050
0,047
20 минут
0,280
0,053
0,046
30 минут
0,310
0,058
0,050
40 минут
0,325
0,068
0,053
50 минут
0,338
0,069
0,056
60 минут
0,362
0,087
0,059
70 минут
0,378
0,094
0,067
Из представленных в Таблице 2 данных следует, что максимальное рекомендуемое время между осветлением и последующими этапами разбавления и подкисления составляет около 20 минут, если раствор предназначается для последующей переработки без тепловой обработки, или 40 минут, если используется последующий этап тепловой обработки. Свыше этих периодов времени показатель А600 белкового раствора может стать выше величины (0,055), служащей в качестве индикатора того, что водный кислый раствор конечного соевого белкового продукта имеет показатель мутности ниже 10%. Из Таблицы 2 можно видеть, что чем скорее осветленный экстракт подвергается дальнейшей обработке, тем выше оказывается прозрачность разбавленного, подкисленного и при необходимости термически обработанного белкового раствора.
Пример 3
Этот пример иллюстрирует действие на прозрачность температуры.
2
Сравнение выполнялось по отношению к прозрачности фугата после отстойника шлама в выражении поглощения видимого света при 600 нм (А600) для каждой из восьми серий способа. В каждой серии проводилось экстрагирование в течение 30 минут 30 кг соевой муки с использованием 300 л 0,15М раствора CaCl. Каждый экстракт проводился через отстойник для удаления остаточных количеств источника соевого белка, а затем через дисковую шламовую центрифугу для дополнительного осветления раствора. Четыре партии обрабатывались при приблизительно 50°C, в то время как другие четыре партии были подвергнуты обработке при температуре окружающей среды от приблизительно 20°C до 25°C.
Для каждой партии регистрировались данные по А600 образцов фугата после отстойника и полученные результаты представлены в следующей далее Таблице 3.
Таблица 3
50°C
Температура окружающей среды
Партия
Фугат А600
Партия
Фугат А600
BW-S020-H09-10A
0,084
BW-S020-G20-10A
0,385
BW-S020-H16-10A
0,070
BW-S020-H03-10A
0,375
BW-S020-H31-10A
0,133
BW-S020-H23-10A
0,461
BW-S020-I16-10A
0,120
BW-S020-H26-10A
0,375
Из результатов в Таблице 3 видно, что в тех партиях, где экстракция и осветление проводились при приблизительно 50°C, была продемонстрирована значительно более низкая, определяемая величинами А600 мутность.
Краткое изложение описания
Резюмируя данное описания, настоящее изобретение относится к технологическим операциям, которые обеспечивают получение соевого белкового продукта, который может вноситься в кислый раствор и обеспечивать при этом предпочтительный уровень прозрачности. В пределах объема настоящего изобретения возможны его различные модификации.