СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЕВОГО БЕЛКОВОГО ИЗОЛЯТА
METHOD OF PRODUCING SOY PROTEIN ISOLATE

Изобретение относится к производству продуктов из бобов сои, в частности к получению соевого белкового изолята (SPI), и может быть использовано в пищевой промышленности, для нужд мясоперерабатывающей, хлебопекарной и кондитерской индустрий, а также в косметологии и фармацевтике; при производстве продуктов детского и спортивного белкового питания, пищевых добавок, высокоэнергетических напитков, в кормах для животных.
Необходимость развития производства продуктов из бобов сои, в основном, обусловлена нехваткой животных белков для человечества. Ценность сои заключена в большом содержании обладающего высокими биологическими свойствами сбалансированного белка, который прекрасно усваивается организмом человека. Она богата аминокислотами, витаминами, фосфолипидами и изофлавонами - одним из наиболее активных компонентов в соевых бобах. Они снижают риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и понижают содержание холестерина в сыворотке крови.
Соевый белок используют в колбасных изделиях для замены дорогостоящего миофибриллярного мышечного белка, для производства эмульсий из низкосортного мяса, для снижения содержания жира в рецептуре без ухудшения органолептических характеристик готового продукта. Высокие функционально-технологические свойства изолированного белка в сочетании с повышенной биологической ценностью и многовариантностью технологического применения делают этот продукт очень актуальным при решении вопросов производства продуктов для здорового образа жизни.
Существует много технологических процессов получения изолятов соевых белков. Более предпочтительны технологии, которые основаны на дальнейшей переработке шрота, получаемого после экстракции масла из семян. Большинство соевых изолятов, поступающих на рынок, производят экстракцией, осаждением и нейтрализацией, проводимыми при заданных значениях рН, и последующей распылительной сушкой полученного продукта.
В данном изобретении авторами предложен способ получения белкового изолята, где исходным сырьем, служит соевая мука или, преимущественно - "Белый лепесток" -обезжиренный гексаном соевый лепесток, полученный из пищевых сортов очищенных от оболочки соевых семян, международная аббревиатура (WF), со следующими показателями:
В выше приведенной таблице важны два показателя: PDI и толщина лепестка, которые являются основными при переработке белого лепестка на соевые белковые изоляты.
Чем выше индекс растворимости белка (PDI - Protein Dissolubility Index), тем выше выход дорогостоящего изолята в технологическом процессе, и меньше - клетчатки, и наоборот. К сожалению, этот показатель не всегда стабилен из-за неоднородности сырья, поступающего на переработку, а выход изолята прямо пропорционально зависит от этого показателя. Стандартные требования к исходному сырью в общепринятых технологиях переработки белого лепестка на изолированные белки сводятся к тому, что индекс растворимости PDI не должен быть ниже 80, а толщина лепестка не должна превышать 1 мм, в противном случае соевая мука сбивается в трудно растворимые комки, что значительно снижает конечный выход дорогостоящего белка.
Предлагаемый способ позволяет работать с сырьем - белым лепестком или белым лепестком с сорностью (мелкими частицами муки) и с низкой и с высокой растворимостью сырья - растворимость которого PDI - от 55 до 95, при толщине хлопьев от 0,1 мк до 1,5 мм.
Одной из главных проблем технологий получения соевых белковых изолятов. является проблема низкого выхода дорогостоящего изолята в технологическом процессе.
Причина этого возникает уже при подготовке сырья к процессу экстракции растворении содержащего белок вещества. Содержащее белок вещество размалывают до муки, затем муку суспендируют в водном растворе или в воде с добавлением щелочи. Часто в этом процессе используют ферментный препарат, например протеазу. Однако, необходимость использования при растворении высокой температуры и применяемые высокие значения рН приводят к повреждению белка.
Так, из патента DE-1203588 известно, что процессу щелочной экстракции при получении белка из содержащего белок вещества способствует предварительная обработка водной суспензии пероксидом водорода в щелочной области и протеолитическими ферментами. Для этого сначала повышают значение pH суспензии содержащего белок вещества, затем в процесс добавляют пероксид водорода, и затем повышают температуру для инициирования перекисного окисления. Устанавливают значение рН 4-9, и к суспензии добавляют ферменты, минимум активности которых находится в этой области значений рН. После этого суспензию перемешивают в течение двух часов. Используют растительные ферменты, такие, как бромелин, фицин и папаин. После ферментативного гидролиза белок растворяется благодаря тому, что значение pH повышают до 9-12. Используют при этом высокие температуры, между тем известно, что это в сочетании с высоким значением рН приводят к повреждению белка. Многократное изменения значения рН в случае этого известного способа делает дорогостоящим применение его в промышленном масштабе, и приводит к высокому расходу щелочи и кислоты, сопровождающемуся сильным солеобразованием.
Из патента DE-4429787-C2 также известно использование протеолитических ферментов для повышения растворимости соевых белков. В этом случае исходное вещество подвергают экстракции сначала с помощью спирта, а после этого измельчаю! и затем ферментативно расщепляют с помощью эндо- и экзопротеаз в области значений рН от кислой до нейтральной. За счет использования спирта для экстракции данный способ является дорогостоящим и поэтому убыточным. Необходимо постоянно учитывать взрывоопасность процесса, а также проводить процесс инактивации используемых ферментов за счет имеющегося спирта.
Второй причиной низкого выхода белка в известных процессах его получения являются очень жесткие условия экстракции, которые приводят к большим повреждениям белка, что ведет к его потерям. Так, при экстракции обычно используют рН до 9-12 и высокие температуры, что, как известно, ведет к денатурации белка.
Так, известен способ получения соевого белкового изолята, в котором белковый концентрат предварительно обрабатывают с помощью нагретой до температуры 50°C воды, так что концентрация твердого вещества в образовавшейся суспензии составляет 12.5%. После этого с помощью 25%-ного раствора гидроксида натрия устанавливают значение рН, равное 9. Соотношение фермент/белок составляет 1:5500. Суспензию перемешивают в течение 15 минут при температуре 45°С и подвергают разделению в сепараторе под вакуумом. Осадок снова обрабатывают водой, в полученной суспензии значение рН устанавливают равным 11,2 с помощью 25%-ного раствора гидроксида натрия и перемешивают в течение 15 минут. Добавляют протеазы с общей активностью 6 Anson-единиц/кг белка, что соответствует соотношению фермент/белок 1:400. Осадок разбавляют водой, промывают и инактивируют ферменты, нейтрализуют с помощью раствора гидроксида натрия и затем подвергают распылительной сушке. Патент РФ 2233097.
В этом способе с помощью щелочной экстракции по методу противотока осуществляют растворение белка за счет температурных градиентов, различных значений рН и одновременного воздействия расщепляющих белок ферментов. В отдельных случаях используют пероксид водорода и/или спирты.
В данном источнике, как и во всех вышеперечисленных, для создания условий выделения белка из твердого вещества перед экстракцией и во время ее используют ферменты, а также применяют жесткие условия экстракции, что ведет к большим повреждениям белка, значительному снижению его функциональных свойств (индекс растворимости PDI может снизиться до 50-55), неоднородности продукции и высокой себестоимости. Такие соевые изоляты не пригодны для производства пищевых продуктов, их можно использовать только в косметическом производстве.
Из описанных выше источников известна подача надосадочной жидкости после осаждения белков на стадию экстракции для уменьшения потерь белка, однако подготовку сырья и его растворение осуществляют либо с помощью воды, либо с помощью раствора щелочи. Между тем исследования авторов показали, что использование надосадочной жидкости (сыворотки), состоящей из остаточных растворенных сахаров и минералов и твердой фазы, содержащей в себе осажденные белки, на стадии подготовки сырья и его растворения позволяет сократить время растворения (замачивания), повысить однородность смеси, сократить время процесса и увеличить выход белка за счет повышения его экстрагируемости.
Наиболее близким к предложенному является способ получения соевого белкового изолята из белого лепестка и/или его отходов, включающий подачу сырья, воды и щелочи для получения суспензии соевого белка, получение суспензии соевого белка путем растворения сырья в водно-щелочном растворе, экстракцию полученной суспензии, отделение экстракта, кислотное осаждение белков при рН, соответствующем изоэлектрической точке соевых белков, отделение сыворотки от осажденных белков, промывку осажденных белков, сушку и упаковку готового продукта. Опубликованная заявка US 20060134310 A1. Известный способ обладает всеми вышеотмеченными недостатками.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения соевого белкового изолята, позволяющего сократить потери белка на основных стадиях процесса и получить однородный, содержащий в основном высокомолекулярные белки продукт.
Техническим результатом изобретения является повышение выхода высокомолекулярного белка, за счет: обеспечения качественной подготовки сырья; сокращения времени пребывания сырья на стадиях экстракции и обеспечения мягких условий ее проведения; возврату и использованию в процессе практически всех жидкостей после осаждения и промывки белков, применению острого пара при снижении индекса растворимости сырья PDI менее 75; осуществлению перед этапом кислотного осаждения предварительного смешивания жидкой фазы с кислотой. При этом в качестве сырья могут быть использованы такие отходы (сорность) белого лепестка (соевая мука), экстрагировать белок из которых в других известных случаях не удается.
Для решения вышеобозначенной технической задачи в способе получения соевого белкового изолята из белого лепестка и его отходов, включающем подачу сырья, воды и щелочи для получения суспензии соевого белка, получение суспензии соевого белка путем растворения сырья в водно-щелочном растворе, экстракцию полученной суспензии, отделение экстракта, кислотное осаждение белков при рН, соответствующем изоэлектрической точке соевых белков, отделение сыворотки от осажденных белков, промывку осажденных белков, сушку и упаковку готового продукта используют сырье с индексом растворимости PDI - от 55 до 95, при толщине белого лепестка или его отходов от 0,1 мк до 1,5 мм,
перед растворением сырья осуществляют его водно-щелочную обработку в гравитационном закрученном потоке, при этом сырье, воду и щелочь подают в начало потока,
экстракцию ведут в две стадии при температуре (48°C-65°C) и рН (6,8-8,8),
жидкую фазу, образующуюся в процессе выделения белков, используют в рецикле при обработке и растворении сырья,
при снижении индекса растворимости PDI менее 75 после второй экстракции осуществляют обработку твердой фазы острым паром при температуре (82°C-102)°C, давлении (2,2-4,0) Bar в течение (0,5-2,5), а затем резко снижают температуру до 48°C-65°C,
перед этапом кислотного осаждения осуществляют предварительное смешивание жидкой фазы с кислотой.
При этом предпочтительно при обработке сырья в гравитационном закрученном потоке добавлять пеногаситель, в качестве которого предпочтительно использовать FOAM BLAST 300K.
При этом предпочтительно в качестве щелочи использовать (10%-98%) NaOH.
При этом предпочтительно кислотное осаждение белков вести соляной кислотой.
Заявитель защищает также продукт, полученный способом по п. 1. Преимущества предложенного способа по сравнению с известными состоят в следующем:
Данное изобретение позволяет увеличить выход высокомолекулярного белка, вне зависимости от качества исходного сырья (белого лепестка) на 5-7% по сухому веществу. В конечном итоге, выход соевого изолированного высокомолекулярного белка, составляет 45% на сухое вещество. При этом, в используемом сырье соотношение белый лепесток/мусор (отходы, сорность, белого лепестка) может достигать в процентном соотношении 70/30 при стабильном выходе готового продукта. Спектр выделенного в данном способе белка имеет среднюю молекулярную массу от 10000 Дальтон, до 800000 Дальтон. Такой диапазон говорит о том, что данный способ эффективен при работе не только с качественным сырьем, но и с сырьем, где высокая сорность. При этом в качестве сырья могут быть использованы отходы белого лепестка, экстрагировать белок из которых в других случаях не удается.
Водно-щелочная обработка сырья в гравитационном закрученном потоке перед растворением позволяет осуществить полноценное замачивание сырья и получить сырье однородной формы и одинакового удельного веса, что важно, т.к. сырье в этом случае поступает на экстракцию в виде абсолютно однородной массы, со стабильным показателем рН и полностью готовым к экстрагированию белков. В итоге, это позволяет выделить дополнительно 5-7% высокомолекулярного дорогостоящего белка.
Вторая стадия экстракции при дополнительном растворении (замачивании) и декантировании, также дает возможность выделить в совокупности с первой экстракцией дополнительное количества белка, при этом отделив нерастворимые углеводы - в основном клетчатку и остатки водонерастворимых белков.
Жидкую фазу, образующуюся в процессе выделения белков, подают в начало технологического цикла для растворения и активизации экстрагируемых свойств поступающего на обработку белого лепестка. Это позволяет значительно снизить потребление воды (на 80%), и в тоже время с помощью содержащихся в жидкой фазе белков и сахаров, смешанных с щелочным раствором, максимально активировать экстрагируемые свойства сырья.
При низком значении индекса растворимости (PDI), ниже 75, что является критическим для полноценной экстракции белка из сырья, после второй экстракции осуществляют обработку суспензии острым паром при температуре (82°C-102)°C, давлении (2,2-4,0) Bar в течение (0,5-2,5), а затем резко снижают температуру до 48°C-65°C. Это способствует усилению эффекта экстрагирования такого белка из сырья, который ранее не мог быть экстрагирован. Резкое снижение температуры экстракта за счет направления его в вакуумную емкость позволяет избежать денатурации белка. Это позволяет сохранять стабильный выход белка при наличии высокой сорности сырья и низком индексе растворимости (PDI).
Перед этапом кислотного осаждения осуществляют предварительное смешивание жидкой фазы с кислотой, например уже в трубопроводе. Это позволяет снизить рН экстракта до изоэлектрической точки уже в самом потоке и в емкости осаждения не происходит колебаний значения рН от уровня РН 4.5. Тем самым белок полноценно выпадает в осадок, и при последующем декантировании высокомолекулярные белки полностью отделяются от минералов, сахаров, а так же других небелковых соединений. На практике это приводит к повышенному выходу дорогостоящего белка на 3-4%.
Использование в качестве пеногасителя, например, FOAM BLAST 300K позволяет на этапе экстракции выдерживать все технологические параметры с высокой степенью точности, что в последствии приводит к высоким показателям при декантировании. В свою очередь, полноценное декантирование поступающего сырья, на каждом последующем этапе позволяет разделить высокомолекулярные белки молекулярной массой в диапазоне 1000-800000, при соотношении декантирования G фактра 3625 × g и выше, до концентрации 90% + на сухое вещество.
В качестве щелочи используют NaOH (10%-98%) а кислоты - соляную кислоту, что связано в дальнейшем с использованием продукта в пищевой промышленности.
Предлагаемый способ реализуют следующим образом:
Дозированное количество белого лепестка с индексом растворимости PDI - от 55 до 95, при толщине белого лепестка или его отходов от 0,1 мк до 1,5 мм, подают в верхнюю часть вертикальной трубы одновременно с раствором воды, щелочи и жидкой фазы со второй экстракции, содержащей водорастворимые белки -10-15%, сахара и минералы, в гравитационный закрученный поток для полного замачивания поступающего лепестка без образования комков.
Использование белого лепестка с индексом растворимости менее 55 уменьшает выход белка, т.к. много низкомолекулярного белка уходит в сыворотку, а более - 95 невозможно при любом способе получения белого лепестка.
Использование белого лепестка с толщиной менее 0,1 мк невозможно, т.к. такой тонкий порошок не может быть подвергнут экстрагированию, а более - 1,5 мм - неоправданно увеличивает время экстрагирования, повышая технологические затраты.
В процессе замачивания добавляют пеногаситель, так как возможно образование большого количества пены. В качестве пеногастителя используют FOAM BLAST 300K.
Щелочь NaOH (10%-98%) разводят в воде для увеличения уровня рН и улучшения растворимости белка.
Вся эта масса, уже смешанная и обработанная при гравитационном падении, поступает в емкость растворения и смешивания; затем подается в первую экстракционную емкость при температуре (48°C-65°C) и рН (6,8-8,8), влажности 90%. Время экстракции от 2 минут до 40 минут, в зависимости от технологического баланса процесса. Осадка в жидкой фазы нет.
Уменьшение температуры экстракции менее 48°С и рН процесса менее 6,8 увеличивает время экстракции и уменьшает выход белка, а увеличение температуры экстракции более 65°C и рН процесса более 8,8 - недопустимо, поскольку в дальнейшем происходит налипание сырья на оборудование и начинается процесс денатурации сырья.
Из первой экстракционной емкости суспензию подают в центрифугу-декантер для разделения экстракта 1 (жидкой фазы, содержащей экстрагированный белок, низкомолекулярные белки и сахара) от твердой фазы (содержащей нерастворимые углеводы - в основном клетчатку и неэкстрагированные белки). Экстракт 1 подают в емкость кислотного осаждения, а твердая фаза подается в емкость второй экстракции, где она смешивается с водой и жидкостью процесса для дальнейшего более полного выделения остаточных белков и сахаров. Во время второй экстракции дополнительно растворяется в воде примерно 5-10% белков, не растворившихся при первой экстракции.
Параметры второй экстракции: температура (48°C-65°C) и рН (6,8-8.8), влажности 89-92%. Время экстракции от 2 минут до 40 минут, в зависимости от технологического баланса процесса. Осадок жидкой фазы 2-3%.
При снижении индекса растворимости PDI менее 75 (при котором уже возникают потери белка), и который контролируют в режиме On-Lain спектрометром, включается в работу система дополнительного «термического шокового демпинга». Суспензию обрабатывают острым насыщенным паром по всему поперечному сечению потока, чтобы обеспечить тщательное перемешивание и равномерное распределение температуры, что способствует резкому увеличению температурного режима с 60°C до (82°-102°)C. При этом давление в трубопроводе поддерживают (2,2-4,0) Bar в течение (0,5-2,5). Затем резко снижают температуру до 48°C-65°C путем направления потока в вакуумную емкость.
Это способствует усилению эффекта экстрагирования белка из сырья, который ранее не мог быть экстрагирован. Дальнейшее резкое снижение температуры экстракта до 48°C-65°C за счет направления его в вакуумную емкость позволяет избежать денатурации белка и также усиливает способность к экстрагированию. Это сохраняет стабильный выход белка при наличии высокой сорности сырья и низком индексе растворимости (PDI).
При этом использование параметров меньше нижнего предела не увеличивает выход белка, при этом увеличиваются энергозатраты. Использование параметров выше верхнего предела ведет к денатурации белка.
Из второй экстракционной емкости суспензию подают во вторую центрифугу-декантер, в которой происходит отделение второй жидкой фазы (экстракт 2 - содержащий дополнительно выделенные 5-10% водорастворимых белков и сахара) от второй твердой фазы (содержащей нерастворимые углеводы - в основном клетчатку и остатки водонерастворимых белков). Жидкую фазу (экстракт 2) подают в начало технологического цикла обработки и растворения вновь поступающего сырья, а твердую (при влажности около 80%) подают в промежуточную емкость.
Жидкую фазу с растворенными балками и сахарами с первой экстракции (экстракт 1) подают в емкость для кислотного осаждения белков при рН, соответствующем изоэлектрической точке соевых белков. Для достижения уровня рН в интервале 4,45-4,55 в раствор добавляют соляную кислоту HCL.
При этом перед этапом кислотного осаждения осуществляют предварительное смешивание жидкой фазы с кислотой, например уже в трубопроводе. Это дает возможность равномерно понизить рН жидкой фазы уже на этапе движения в трубе перед попаданием экстракта в емкость осаждения. Практическое преимущество такого введения кислоты приводит к тому, что в емкости осаждения не происходит колебания значений рН от уровня изоэлектрической точки, равного 4.5. Этот уровень рН, контролируемый специальным сенсором (рН-метром), известный как изоэлектрическая точка соевых белков или уровень минимальной растворимости белка, при которой примерно 85% растворимых белков выпадают в осадок (осаждаются) и могут быть отделены от растворимых сахаров и так называемых «сывороточных» белков.
Тем самым белок полноценно выпадает в осадок, и при последующем декантировании высокомолекулярные белки полностью отделяются от минералов и сахаров, а так же других небелковых соединений. На практике это приводит повышению выхода дорогостоящего белка на 3-4%.
Затем осажденную суспензию выдерживают в течение определенного времени для созревания и «успокоения» белков и подают в центрифугу-декантер для разделения жидкой фазы (сыворотки), состоящей из растворенных сахаров и сывороточных белков и твердой фазы, содержащей осажденные белки. Сыворотку с влажностью 97% направляют на сепаратор - осветлитель, затем в систему выпаривания, где ее влажность уменьшают до 50%, и она в виде соевой мелассы поступает на участок производства комбикормов.
Для производства высококачественного изолята с содержанием не менее 90% белка, сгусток осажденных белков еще раз промывают водой для более качественного удаления сахаров и минералов. Затем суспензию еще раз направляют на центрифугу-декантер для разделения жидкой фазы (неконцентрированной сыворотки), состоящей из остаточных растворенных сахаров и минералов и твердой фазы, содержащей осажденные белки. Неконцентрированная сыворотка поступает в рециркуляционную емкость и в дальнейшем ее используют при обработке сырья, а твердая фаза (осажденный белок) может быть подвергнута нейтрализации, модификации, пастеризации, удалению бобового запаха. Затем продукт подвергают распылительной сушке, а высушенный продукт (изолят) в порошкообразной форме с содержанием влаги около 5-7%, поступает на упаковку.
Характеристика выпускаемого продукта.
Следующие примеры иллюстрируют предложение заявителя, не ограничивая предложение по существу.
Пример 1. Получают соевый белковый изолят с индексом растворимости PDI - 75, с содержанием сорности в качественном сырье до 30%. Толщина белого лепестка и его отходов (соевой муки) от 0,1 мк до 1,5 мм.
Из буферной емкости дозированное с помощью дозирующего бункера количество белого лепестка - 5000 кг с индексом растворимости PDI - 75, направляют на обработку в гравитационном закрученном потоке в вертикальной трубе. В режиме on lain качество сырья анализирует спектрометр. В данном случае автоматическая система анализа качества сырья получила сигнал о низком PDI - меньше 76. Одновременно из емкости накопления конденсата в верхнюю часть вертикальной трубы начинают подавать воду и жидкую фракцию после декантирования на этапе второй экстракции. Соотношение подаваемой жидкости для замачивания и растворения белого лепестка и сырья составляет 1:10. Чистая вода составляет 2000 литров (до 13% от общего количества поступающей на замачивание жидкости), остальное - 23000 литров - это смесь конденсата и жидкой фракции декантирования после второй экстракции. Одновременно начинают подавать щелочь (NaOH 40%) для увеличения уровня рН и улучшения растворимости белка. Расход щелочи составляет 180 литров в час. В процесс обработки и замачивания белого лепестка добавляют пеногаситель, так как возможно образование большого количества пены. В качестве пеногастителя используют FOAM BLAST 300K.
Щелочь NaOH (10%-98%) разводят в воде для увеличения уровня рН и улучшения растворимости белка.
Вся эта масса, уже смешанная и обработанная при гравитационном падении, поступает в первую экстракционную емкость. Параметры первой экстракции - температура - 58°C, влажность - 90%, рН - 7.7, время - 40 мин.
Из первой экстракционной емкости суспензию подают в центрифугу-декантер для отделения экстракта 1 (жидкой фазы, содержащей экстрагированный белок и водорастворимые белки и сахара) от твердой фазы (содержащей нерастворимые углеводы - в основном клетчатку и неэкстрагированные белки). Экстракт 1 подают в емкость кислотного осаждения, а твердая фаза подается в емкость второй экстракции, где она смешивается с водой и жидкостью процесса для дальнейшего более полного выделения остаточных белков и сахаров. В емкость для второй экстракции добавляют 10000 литров конденсата, образующегося при выпаривании мелассы. Параметры второй экстракции: температура - 60°C и рН - 7.3, влажность - 91%. Время экстракции - 40 минут.
Поскольку в начале процесса автоматическая система зафиксировала низкое значение индекса растворимости (PDI), при транспортировании суспензии на вторую экстракцию включается в работу система дополнительного термического шокового демпинга. Суспензию обрабатывают острым паром, что способствует резкому повышению температуры с 60°C до 90°C, в совокупности с увеличением давления в трубопроводе до 2.8 Bar. Время нахождения сырья под воздействием острого пара составляет до 1 секунды. При этом при попадании суспензии во вторую экстракционную емкость ее температура резко снижается до 60°С.
Из второй экстракционной емкости суспензию подают во вторую центрифугу-декантер, в которой происходит разделение жидкой фазы (содержащей водорастворимые белки и сахара) от твердой фазы (содержащей нерастворимые углеводы - в основном клетчатку и остатки водонерастворимых белков). Жидкую фазу (экстракт 2) подают в начало процесса, с целью обработки и замачивания белого лепестка, а твердую (при влажности около 70%) подают шнековым конвейером на систему высушивания клетчатки. Остаточное содержание белков в клетчатки составляет 8%, что свидетельствует о том, что с помощью термического демпинга удалось выделить дополнительно - 15% водорастворимых белков, что невозможно было бы сделать без применения термического шокового демпинга.
Результаты лабораторных исследований:
Жидкую фазу с растворенными балками и сахарами после экстракции и использования ее для замачивания и обработки белого лепестка подают в емкость для кислотного осаждения белков при рН, соответствующем изоэлектрической точке соевых белков. Для достижения уровня рН в интервале 4,45-4,55 в жидкую фазу добавляют соляную кислоту HCL. При этом для достижения уровня рН именно - 4,5 во время движения жидкости по трубопроводу осуществляют предварительное смешивание ее с соляной кислотой HCL - 35%.. Это позволяет значительно снизить время осаждения белка. В емкость кислотного осаждения с помощью мембранного насоса добавляют пеногаситель в количестве 20 литров в час для предотвращения формирования избыточной пены. Поскольку необходимый уровень рН достигается быстро, суспензию не выдерживают длительное время в емкости кислотного осаждения, а практически сразу подают в центрифугу-декантер для отделения жидкой фазы (сыворотки), состоящей из растворенных сахаров и сывороточных белков и твердой фазы, содержащей в себе осажденные белки. Параметры в емкости кислотного осаждения: температура - 60°C, влажность - 89-90%, рН - 4,5.
Затем осажденную суспензию выдерживают в течение определенного времени для созревания и «успокоения» белков и подают в центрифугу-декантер для разделения жидкой фазы (сыворотки), состоящей из растворенных сахаров и сывороточных белков и твердой фазы, содержащей осажденные белки. Сыворотку с влажностью 97% направляют на сепаратор - осветлитель, затем в систему выпаривания, где ее влажность уменьшают до 50%, и она в виде соевой мелассы поступает на участок производства комбикормов.
Для производства высококачественного изолята с содержанием не менее 90% белка, сгусток осажденных белков еще раз промывают водой для более качественного удаления сахаров и минералов. Затем суспензию еще раз направляют на центрифугу-декантер для разделения жидкой фазы (неконцентрированной сыворотки), состоящей из остаточных растворенных сахаров и минералов и твердой фазы, содержащей осажденные белки. Неконцентрированная сыворотка поступает в рециркулирующую емкость и в дальнейшем ее используют при обработке сырья, а твердая фаза (осажденный белок) может быть подвергнута нейтрализации, модификации, пастеризации, удалению бобового запаха. Затем продукт подвергают распылительной сушке, а высушенный продукт (изолят) в порошкообразной форме с содержанием влаги около 5%, поступает на упаковку. Общая потребность в водной подпитке составит около 5000 литров в час.
Объем и характеристики выпускаемых продуктов (в час):
Выход белка равен 45% по отношению к используемому сырью низкого качества, что в других технологиях сделать не возможно, потери белка будут превышать 15% и более.
Пример 2. Получают соевый белковый изолят с индексом растворимости PDI - 80, с содержанием сорности в качественном сырье до 30%. Толщина белого лепестка и его отходов (соевой муки) от 0,1 мк до 1,0 мм.
Из буферной емкости дозированное с помощью дозирующего бункера количество белого лепестка - 5000 кг с индексом растворимости PDI - 80, направляют на обработку в гравитационном закрученном потоке в вертикальной трубе. В режиме on lain качество сырья анализирует спектрометр. В данном случае автоматическая система анализа качества сырья получила сигнал о PDI - 80. Одновременно из емкости накопления конденсата в верхнюю часть вертикальной трубы начинают подавать воду и жидкую фракцию после декантирования на этапе второй экстракции. Соотношение подаваемой жидкости для замачивания и растворения белого лепестка и сырья составляет 1:10. Чистая вода составляет 2000 литров (до 13% от общего количества поступающей на замачивание жидкости), остальное - 23000 литров - это смесь конденсата и жидкой фракции декантирования после второй экстракции. Одновременно начинают подавать щелочь (NaOH 40%) для увеличения уровня рН и улучшения растворимости белка. Расход щелочи составляет 180 литров в час. В процесс обработки и замачивания белого лепестка добавляют пеногаситель, так как возможно образование большого количества пены. В качестве пеногасителя используют FOAM BLAST 300К.
Щелочь NaOH (10% - 98%) разводят в воде для увеличения уровня рН и улучшения растворимости белка. Вся эта масса, уже смешанная и обработанная при гравитационном падении, поступает в первую экстракционную емкость. Параметры первой экстракции -температура - 58°С, влажность - 90%, рН -7.5, время - 20 мин.
Из первой экстракционной емкости суспензию подают в центрифугу-декантер для отделения экстракта 1 (содержащей водорастворимые белки и сахара) от твердой фазы (содержащей нерастворимые углеводы - в основном клетчатку и неэкстрагированные белки). Экстракт 1 подают в емкость кислотного осаждения, а твердая фаза подается в емкость второй экстракции, где она смешивается с водой и жидкостью процесса для дальнейшего более полного выделения остаточных белков и сахаров. В емкость для второй экстракции добавляют 10000 литров конденсата, образующегося при выпаривании мелассы. Параметры второй экстракции: температура - 60°C и рН - 7.3, влажность - 91%. Время экстракции - 20 минут.
Поскольку в начале процесса автоматическая система не зафиксировала низкое значение индекса растворимости (PDI), при транспортировании суспензии на вторую экстракцию система дополнительного термического шокового демпинга не используется.
Из второй экстракционной емкости суспензию подают во вторую центрифугу-декантер, в которой происходит разделение жидкой фазы (содержащей водорастворимые белки и сахара) от твердой фазы (содержащей нерастворимые углеводы - в основном клетчатку и остатки водонерастворимых белков). Жидкую фазу (экстракт 2) подают в начало процесса, с целью обработки и замачивания белого лепестка, а твердую (при влажности около 70%) подают шнековым конвейером на систему высушивания клетчатки.
Жидкую фазу с растворенными балками и сахарами после экстракции и использования ее для замачивания и обработки белого лепестка подают в емкость для кислотного осаждения белков при рН, соответствующем изоэлектрической точке соевых белков. Для достижения уровня рН в интервале 4,45-4,55 в жидкую фазу добавляют соляную кислоту HCL. При этом для достижения уровня рН именно - 4.5 во время движения жидкости по трубопроводу осуществляют предварительное смешивание ее с соляной кислотой HCL - 35%. Это позволяет значительно снизить время осаждения белка. В емкость кислотного осаждения с помощью мембранного насоса добавляют пеногаситель в количестве 20 литров в час для предотвращения формирования избыточной пены. Поскольку необходимый уровень рН достигается быстро, суспензию не выдерживают длительное время в емкости кислотного осаждения, а практически сразу подают в центрифугу-декантер для отделения жидкой фазы (сыворотки), состоящей из растворенных сахаров и сывороточных белков и твердой фазы, содержащей в себе осажденные белки. Параметры в емкости кислотного осаждения: температура - 60°C, влажность - 89-90%, рН - 4,5.
Затем осажденную суспензию выдерживают в течение определенного времени для созревания и «успокоения» белков и подают в центрифугу-декантер для разделения жидкой фазы (сыворотки), состоящей из растворенных сахаров и сывороточных белков и твердой фазы, содержащей осажденные белки. Сыворотку с влажностью 97% направляют на сепаратор - осветлитель, затем в систему выпаривания, где ее влажность уменьшают до 50%, и она в виде соевой мелассы поступает на участок производства комбикормов.
Для производства высококачественного изолята с содержанием не менее 90% белка, сгусток осажденных белков еще раз промывают водой для более качественного удаления сахаров и минералов. Затем суспензию еще раз направляют на центрифугу-декантер для разделения жидкой фазы (неконцентрированной сыворотки), состоящей из остаточных растворенных сахаров и минералов и твердой фазы, содержащей осажденные белки. Неконцентрированная сыворотка поступает в рециркулирующую емкость и в дальнейшем ее используют при обработке сырья, а твердая фаза (осажденный белок) может быть подвергнута нейтрализации, модификации, пастеризации, удалению бобового запаха. Затем продукт подвергают распылительной сушке, а высушенный продукт (изолят) в порошкообразной форме с содержанием влаги около 5%, поступает на упаковку. Общая потребность в водной подпитке составит около 5000 литров в час.
Объем и характеристики выпускаемых продуктов (в час):
Выход белка равен 45% по отношению к используемому сырью. Потери белка сокращаются на 15% по сравнению с известными технологиями.