ТЕКСТУРИРОВАННЫЕ БЕЛКИ ГОРОХА
TEXTURIASED PEA PROTEINS

Настоящее изобретение относится к гранулированной композиции белков гороха, характеризующейся высоким содержанием белков, размером частиц и коэффициентом сжимаемости. Указанная композиция характеризуется также плотностью сжимания (прессования).
Более конкретно, настоящее изобретение относится к применению указанной гранулированной композиции белков гороха для производства текстурированных белков гороха, предназначенных для использования в пищевых продуктах как для человека, так и для животных.
И, наконец, настоящее изобретение относится к полученным таким путем текстурированным белкам гороха, а также к способу их производства.
Техника текстурирования белков, в частности, способом "мокрого формования волокон" с целью получения продуктов с волокнистой структурой, предназначенных для производства аналогов мяса скота и рыбы, применялась ко многим растительным источникам.
Исторически достоверно, что первые белки, использовавшиеся в качестве аналогов мяса, были экстрагированы из сои и пшеницы. После этого соя быстро стала основным источником для указанной сферы использования.
Хотя большая часть проводившихся исследований касалась, естественно, белков сои, для текстурирования использовались и другие источники белков как животного, так и растительного происхождения, а именно: белки арахиса, кунжута, хлопчатника, подсолнечника, кукурузы, пшеницы, микробные белки, белки из побочного сырья боенских или рыбообрабатывающих предприятий.
Белки бобовых растений, таких как горох и конские бобы, также были предметом исследований как в плане их выделения, так и в плане их текстурирования.
Многочисленные исследования были предприняты и на белках гороха с учетом не только их специфических функциональных и питательных свойств, но и генетически не модифицированной природы.
Несмотря на успешные результаты значительного числа исследований, внедрение продуктов на основе указанных белков гороха на пищевой рынок остается весьма ограниченным. Высокая стоимость этих продуктов лимитирует их реализацию рамками специфических рынков ограниченного размера, таких как рынок диетических продуктов.
По мнению авторов обзорной статьи в Sciences des aliments [Food Sciences] (J. Culioli and P. Sale, vol. 5 (1985), pp.177-196), одной из причин этого относительного провала является тот факт, что первоначальные способы формования волокон являются сложными и дорогостоящими и что волокна, полученные этими способами, показывают не совсем удовлетворительные органолептические характеристики.
Так, указанные способы используют обработанное сырье (белковый изолят) и включают много стадий, которые являются дорогостоящими как в рамках трудовых затрат, так и в рамках стоимости химических продуктов.
Основная трудность, традиционно возникающая при текстурировании композиции белков гороха, заключается в том, что последняя должна быть обогащена белком более чем на 50% с тем, чтобы ее можно было текстурировать.
Таким образом, для указанной сферы применения лучше всего выбирать изоляты белка гороха, которые имеют общее содержание белка от 90% до 95%.
Кроме того, механические свойства, а также водоудерживающая способность полученных волокон, зачастую далеки от тех характеристик, которые требуются для имитирования традиционных волокнистых продуктов, таких как мясо и рыба.
В целях устранения указанного недостатка был предложен целый ряд способов, направленных на текстурирование только одних белков с применением техники не мокрого, а сухого формования (прядения) или формования (прядения) из полурасплава, либо направленных на текстурирование белков гороха в виде смеси с другими белками или полисахаридами.
Одним из первых был разработан способ текстурирования только одних белков из полурасплава, который предусматривает повторное растворение осажденных белков с последующим пропусканием их через матрицу в ванну для осаждения.
Полученный волокнистый материал подвергается затем повторной обработке путем его уплотнения, нанесения покрытия и варки.
Этот способ требует дорогостоящего исходного материала - белковых изолятов - и значительных начальных капиталовложений в оборудование для уплотнения, нанесения покрытия и варки.
Самым многообещающим способом остается способ экструзионной варки белков, который заключается в непрерывной варке кондиционированного белкового материала с целью получения "пластичной" массы путем осуществления стадий нагревания, воздействия давлением и механическим усилием сдвига (ср. обзор Laurie Keeler, опубликованный в сентябре 2004 г. на сайте www.Preparedfoods.com).
В дополнение к его текстурирующей способности способ экструзионной варки обеспечивает белки с такими важными свойствами, как уменьшение растворимости белков, улучшение их перевариваемости, инактивирование нагревом чувствительных к температуре ингибиторов роста, частичная сушка указанных белков и в большинстве случаев снижение их микробной нагрузки.
Однако существует целый ряд лимитирующих факторов, которые отрицательно влияют на процесс текстурирования белков гороха, в частности, содержание жира в последних. Слишком высокое содержание жира в экструдируемой белковой фракции на практике требует более высокого усилия сдвига (и, следовательно, больше энергозатрат) для получения промышленно приемлемого результата.
Традиционно считается, что содержание жира более 3% препятствует процессу текстурирования в ходе экструзии. Например, приложение только дополнительной тепловой и механической энергии способно обеспечить получение приемлемого продукта в том случае, если содержание жира составляет от 6% до 7%. Если же содержание жира превышает указанное значение, то качество текстурированных продуктов крайне быстро ухудшается.
Другое выбранное техническое решение заключалось в текстурировании белков гороха вместе с полисахаридами, такими как крахмалы (ср. статью Alonso et al. в Journal of the Science of Food and Agriculture, 80 (2000), 397-403).
Оно включает "разбавление" изолятов белков гороха крахмалом, предпочтительно крахмалом гороха, что влечет за собой значительное увеличение затрат на сырье.
Указанное решение описывается как способное обеспечить:
- как сокращение стоимостных затрат за счет введения несколько меньшего количества белков и снижения, тем самым, трудоемкости процесса текстурирования сырья по сравнению с белковыми изолятами,
- так и компенсирование посредственной водоудерживающей способности, обычно наблюдающейся у волокон, полученных из одних только белковых изолятов, добавлением ингредиента, в данном случае - крахмала.
К тому же крахмал обладает выгодными функциональными свойствами, которые позволяют существенно улучшить характеристики волокон, в частности, их влагосодержание.
Однако присутствие слишком высоких количеств крахмала, равно как и слишком высоких количеств жира, вместе с белками, подлежащими текстурированию, приводит к блокированию взаимодействий или образования мостиков между молекулами белков, в то время как эти взаимодействия крайне необходимы для достижения хороших текстурирующих свойств для имитирования продуктов типа мяса.
Более того, указанный крахмал присутствует в зернах в нерастворимой форме; гранулы, которые достигают размеров до 40 мкм, могут модифицировать реологические характеристики белков гороха и, следовательно, условия текстурирования этих белков.
И, наконец, хотя введение крахмала в волокна растительных белков позволяет улучшить текстуру экструдированных продуктов за счет повышения их водоудерживающей способности и умеренного снижения механической прочности, указанный эффект становится особенно заметным только после клейстеризации (желатинизации) крахмальных зерен.
Однако набухание крахмальных зерен в процессе клейстеризации может служить причиной весьма значительного загустевания консистенции экструдируемого материала, что очень сильно осложняет выполнение операций экструзии. Рекомендуется даже проводить экструзию при значениях рН ниже 12,5 в присутствии не модифицированных зерен крахмала, а клейстеризацию проводить только на готовом продукте после введения связующего вещества.
Более того, необходимо вводить крахмал в количестве от 10% до 30% с тем, чтобы обеспечить ожидаемую механическую прочность.
Еще одно техническое решение заключалось в проведении экструзии белков гороха в виде смеси с другими белками, такими как белки пшеницы (ср. статью Lucas в Food Trade Review, 66-9 (1996), 53), что позволяет снизить содержание жира и повысить общее содержание белка в растительном материале, подлежащем экструзии.
По всей видимости, экструзия одних только белков гороха является малоэффективной для получения приемлемых текстурированных продуктов, и технические решения направлены скорее на их объединение с полисахаридами (такими как крахмал) или другими белками.
Однако признается, что качество композиций белков гороха и, следовательно, качество полученных текстурированных белков гороха напрямую зависит от рабочих режимов, применяемых для их производства.
Так, Wang et al. в Journal of Food Science, 64-3 (1999), 509-513, предложили исследовать влияние режимов экструзии на функциональные и питательные свойства текстурированных белков гороха, причем белков гороха, полученных процессом сухой экстракции с "воздушной сортировкой".
Указанные авторы сделали заключение, что текстурирование указанных белков, полученных воздушной сортировкой, вполне осуществимо и обеспечивает продукты, обладающие функциональными свойствами, сходными с такими же свойствами текстурированных соевых белков.
Однако для достижения этого необходимо точное регулирование режимов экструзии. На указанные функциональные свойства текстурированных белков оказывают влияние и уровень влагосодержания, и скорость, и температура экструзии: повышение влагосодержания индуцирует увеличение плотности полученных продуктов и биодоступности лизина, но ухудшает их водоудерживающую способность. В противоположность этому, увеличение скорости экструзии оказывает обратный эффект.
Температура оказывает прямое влияние на плотность и биодоступность лизина текстурированных продуктов в обратно пропорциональной зависимости.
Из всего вышесказанного следует, что существует потребность в композиции белков гороха с высоким содержанием белка, качеством и структурными характеристиками, позволяющими без труда проводить текстурирование белков без необходимости осуществления слишком строгого контроля режимов экструзионной варки и получать текстурированные продукты, чьи функциональные свойства делают возможным их эффективное использование в производстве пищевых продуктов, в частности аналогов мяса.
Компания-заявитель пересмотрела, что делает ей честь, все эти объективные технические решения, считавшиеся хорошо зарекомендовавшими себя, несмотря на то, что их трудно согласовать друг с другом, предложив гранулированную композицию белков гороха, отличающуюся тем, что она имеет:
- содержание белка в сухом веществе от 70% до 95 мас.% в пересчете на сухую массу, предпочтительно - от 70% до 90 мас.% в пересчете на сухую массу, более предпочтительно - от 70% до 88 мас.% в пересчете на сухую массу и наиболее предпочтительно - от 80% до 85 мас.% в пересчете на сухую массу,
- средний диаметр от 150 до 300 мкм,
- коэффициент сжимаемости (при определении методом Hosokawa) от 5% до 15%, предпочтительно - от 8% до 13%.
Компания-заявитель выбрала такое особое качество белков гороха, структурные параметры которых калибруются таким образом, чтобы можно было оптимизировать последующую работу экструдера (скорость подачи, рабочие температуру и давление, скорость вращения шнека), что подробно объясняется ниже.
Гранулированная композиция белков гороха согласно изобретению имеет содержание белка в сухом веществе от 70% до 95 мас.% в пересчете на сухую массу, предпочтительно - от 70% до 90 мас.% в пересчете на сухую массу, более предпочтительно - от 70% до 88 мас.% в пересчете на сухую массу и наиболее предпочтительно - от 80% до 85 мас.% в пересчете на сухую массу.
Таким образом, компания-заявитель опровергла общераспространенное в технике предвзятое мнение, согласно которому производство текстурированных белков гороха требует применения изолятов белков гороха с высоким содержанием белка (от 90% до 95%).
Содержание белка в указанной белковой композиции согласно изобретению определяется методом определения азота согласно методу Дюма в образцах, в которых предполагаемое содержание азота составляет более 0,030% (мас./мас.), в соответствии со стандартом NF V 18-120 - март 1997 г.
Содержание азота или содержание белка (N×6,25) выражается в граммах на 100 граммов сухого продукта.
Гранулированная композиция белков гороха согласно изобретению имеет также средний диаметр от 150 до 300 мкм.
Приведенные значения среднего диаметра определяются показателями распределения частиц по размерам в анализируемом образце.
Указанное распределение частиц по размерам выражается в мас.% частиц, удерживаемых на виброситах Alpine со специфическим меш (число отверстий сетки вибросита на линейный дюйм), причем сита оборудованы всасывающим устройством и манометром для контроля рабочего давления.
Для этой цели используются 10 сит с меш 800 мкм, 500 мкм, 315 мкм, 250 мкм, 200 мкм, 150 мкм, 100 мкм, 80 мкм, 63 мкм, 50 мкм и 40 мкм; масса фракции частиц, удерживаемых на каждом сите, определяется путем взвешивания на лабораторных весах с точностью взвешивания до одной сотой грамма (1/100 г), а сход с сита выражается в мас.% продукта как такового.
Просеивание проводится на образце 50 г, который оставляют на вибросите на 3 минуты.
Падение давления регулируется таким путем, чтобы в процессе просеивания оно составляло от 3000 до 3500 Па.
Затем рассчитывается средний диаметр с помощью метода определения однородности порошка по Hosokawa. Процентное количество частиц, прошедших через сито, регистрируется на полулогарифмической бумаге как функция размера частиц в мкм.
Средний диаметр - это величина размера частиц, соответствующая 50% частиц, прошедших через сито.
Гранулированная композиция белков гороха согласно изобретению характеризуется также сыпучестью, выражаемой коэффициентом сжимаемости по Hosokawa.
Коэффициенты сжимаемости гранулированной композиции белков гороха согласно изобретению определяются с помощью аппарата для анализа порошков РТЕ Powder Tester, реализуемого компанией Hosokawa, в соответствии с инструкциями изготовителя.
Указанный аппарат позволяет определять (в стандартизированных и воспроизводимых условиях) сыпучесть порошка путем измерения, в частности, его объемной плотности в несжатом виде, т.е. с вкраплениями воздуха, и объемной плотности в сжатом (пресованном) виде и последующего расчета по результатам измерения коэффициента сжимаемости по следующей формуле
Коэффициент сжимаемости (уплотнения) является очень важным фактором для определения сыпучих характеристик гранулированного продукта.
Согласно методу с применением аппарата РТЕ компании Hosokawa, если коэффициент сжимаемости составляет около 20%, то порошок не обладает сыпучестью, а показывает тенденцию к образованию куполообразных пустот в бункере для хранения. При специфических коэффициентах сжимаемости от 40% до 50% выгрузка материала из бункера, в котором материал хранится, становится невозможной.
Гранулированная композиция белков гороха согласно изобретению, имеющая коэффициент сжимаемости от 5% до 15%, предпочтительно - от 8% до 13%, полностью соответствует понятию «сыпучий» в отличие от выпускаемых промышленностью изолятов белка гороха, что показано ниже в примерах.
Гранулированная композиция белков гороха согласно изобретению может характеризоваться также плотностью сжимания (прессуемости), измерение которой проводится с помощью аппарата РТЕ Powder Tester, упоминавшегося выше, в соответствии с методом, рекомендованным в инструкции по использованию указанного аппарата Powder Tester (устанавливаемого по умолчанию на 180 встряхиваний).
При таких условиях гранулированная композиция белков гороха согласно изобретению имеет плотность сжимания (прессуемости) от 0,450 до 0,650 г/мл, предпочтительно - от 0,550 до 0,600 г/мл.
Указанная параметры - плотность, сыпучесть и средний диаметр - делают гранулированную композицию особенно пригодной для операций экструзии, для которых собственно она и предназначена.
Насколько известно компании-заявителю, в предшествующем уровне техники не описывалась гранулированная композиция белков гороха, обладающая такими структурными характеристиками.
К примеру, изоляты белка гороха, реализуемые под торговой маркой Pisane HD компанией Cosucra S.A. (Momalle - Belgium) или реализуемые под торговой маркой Propulse™ компанией Parrheim (Canada), характеризуются плотностью сжимания (прессуемости), сходной с плотностью сжимания гранулированной композиции белков гороха согласно изобретению, меньшим размером частиц и коэффициентом сжимаемости порядка 45%, что означает, что они не особенно пригодны для операций экструзионной варки.
На самом деле зоны сжатия обычно формируются в ходе процесса экструзии per se (по сути). Если порошок, подлежащий экструзии, имеет высокий коэффициент сжимаемости (который в большинстве случаев объясняется присутствием большого количества вкраплений воздуха в порошке), то зоны высокой компрессии будут возникать в конвейерном устройстве, что в значительной степени нарушит работу аппарата.
В противоположность этому, гранулированная композиция белков гороха согласно изобретению обладает отличной сыпучестью (выраженной низким коэффициентом сжимаемости), что делает ее особенно пригодной для операции экструзионной варки.
Более того, этот низкий коэффициент сжимаемости особенно желателен для питателя экструдера, поскольку порошок до экструзии должен храниться в бункере, а затем в устройстве для объемного дозирования.
Сыпучесть гранулированного белка гороха согласно изобретению позволяет обеспечить равномерную подачу материала в экструдер.
Важно также заметить, что принцип действия экструдера заключается в непрерывном транспортировании некоторого объема материала. Следовательно, при одной и той же скорости вращения шнека экструдера, чем выше будет плотность пропускаемого через экструдер продукта, тем выше будет производительность экструдера.
Гранулированный белок гороха согласно изобретению обладает высокой плотностью, что означает, что он полностью соответствует указанным требованиям.
Гранулированная композиция белков гороха характеризуется также содержанием остаточной влаги и содержанием экстрагируемого жира.
Содержание влаги определяется термогравиметрией с применением аппарата TG 50, реализуемого компанией Mettler Toledo.
Точно 20 мг образца помещаются в плавильный тигель аппарата, изготовленный из оксида алюминия. Образец нагревается в печи с 25°С до 160°С при скорости нагрева 10°С/мин, вымывается инертным газом при его расходе 20 мл/мин. Регистрируется варьирование массы образца во времени.
Анализ кривой потерь массы (определение угла наклона кривой как функции температуры с использованием программы обработки данных, предоставленной изготовителем аппарата) дает содержание влаги в образце, выраженное в мас.%
Так, гранулированная композиция белков гороха имеет содержание остаточной влаги от 8% до 12 мас.%
И, наконец, гранулированная композиция белков гороха характеризуется содержанием экстрагируемого жира от 0,5% до 5 мас.% в пересчете на сухую массу, предпочтительно - от 0,5% до 3 мас.% в пересчете на сухую массу, более предпочтительно - от 0,5% до 1,5 мас.% в пересчете на сухую массу.
Указанный метод измерения содержания экстрагируемого жира заключается в определении содержания экстрагируемых липидов согласно процессу А 2-го исправленного руководства ЕЭС от 20 декабря 1983 г., изданного повторно в форме NF VI 8-117 от августа 1997 г. "Образцы категории А".
Принцип этого метода основан на экстрагировании гексаном липидов из образца 25 г в экстракторе Сокслета (расход обратного потока должен устанавливаться таким образом, чтобы обеспечить проведение 10 циклов в час), удалении растворителя и взвешивании полученного при этом осадка.
Содержание экстрагируемых липидов выражается в мас.% остатка по отношению к анализируемому образцу 25 г.
Гранулированная композиция белков гороха согласно изобретению имеет содержание экстрагируемого жира от 0,5% до 5 мас.% в пересчете на сухую массу, предпочтительно - от 0,5% до 3 мас.% в пересчете на сухую массу, более предпочтительно - от 0,5% до 1,5 мас.% в пересчете на сухую массу.
Низкое содержание влаги и указанное низкое содержание экстрагируемого жира вносят свой вклад в обеспечение пригодности гранулированной композиции белков гороха согласно изобретению для операций экструзионной варки, для которых она и предназначена.
Гранулированную композицию белков гороха согласно изобретению можно получить путем выполнения следующих стадий.
Экстракция компонентов гороховой муки может проводиться любым способом, в частности способом, описанным в патентной заявке ЕР 1400537, правопреемником по которой является компания-заявитель настоящей заявки.
Если говорить более конкретно, то указанный способ включает последовательность следующих стадий:
- приготовление муки путем измельчения сухого гороха, предварительно подвергнутого лущению, сортировке, бланшированию и очистке от пыли,
- суспендирование гороховой муки в воде,
- фракционирование полученной суспензии для выделения богатой белками фракции,
- выделение белкового компонента из указанной фракции методом термической флокуляции при изоэлектрическом рН указанных белков и при температуре от 40°С до 70°С в течение от 10 до 30 минут,
- центрифугирование осажденной смеси в центробежном декантаторе или пластинчатом сепараторе для извлечения растворимых белков в виде осадка,
- разбавление осадка водой до достижения содержания сухих веществ от 15% до 25%,
- корректирование рН раствора до значения от 7 до 7,5,
- необязательно тепловая обработка указанного осадка, ресуспендированного в воде, при температуре от 75°С до 95°С в течение от 10 минут до 1 часа,
- гранулирование и сушка указанного раствора в распылительной башенной сушилке,
- извлечение полученной таким путем гранулированной композиции белков гороха.
На первой стадии способа согласно изобретению мука, полученная из гороха, подвергнутого предварительному лущению, сортировке, бланшированию, очистке от пыли и измельчению, суспендируется в воде.
рН раствора не является лимитирующим фактором, но он не выбирается для корректирования рН суспензии, что означает, что процесс осуществляется в диапазоне рН от 6,2 до 7.
Компания-заявитель предпочтительно рекомендует помещать муку в воду при температуре от 5°С до 20°С, предпочтительно - порядка 15°С, преимущественно - при температуре 10°С, т.е. в охлажденную, с тем чтобы ограничить рост нежелательных бактерий.
Хотя это и не столь важно, но можно выбрать стадию оставления суспензии в указанной водной среде для диффузии на короткий период времени - от 5 мин до 2 часов - при указанной температуре от 5°С до 20°С, предпочтительно - порядка 15°С, преимущественно - при температуре 10°С, преимущественно - при температуре окружающей среды.
В качестве второй стадии способа согласно изобретению выбирается фракционирование указанной суспензии муки в воде с использованием оборудования, выбранного из группы, состоящей из гидроциклонов и центробежных декантаторов, для выделения фракции, богатой белками и растворимыми материалами.
В первом предпочтительном варианте воплощения этой второй стадии фракционирование суспензии муки в воде заключается во фракционировании указанной суспензии в центробежных декантаторах с тем, чтобы выделить фракцию, богатую белками и растворимыми материалами, из фракции, состоящей из смеси крахмала и внутренних волокон.
Во втором предпочтительном варианте воплощения этой второй стадии фракционирование суспензии муки в воде заключается во фракционировании указанной суспензии в гидроциклонах с тем, чтобы выделить фракцию, богатую крахмалом, из фракции, состоящей из смеси белков, внутренних волокон и растворимых материалов, и в последующей обработке фракции, состоящей из смеси белков, внутренних волокон и растворимых материалов, в центробежных декантаторах для отделения фракции, богатой внутренними волокнами, от фракции, богатой белками и растворимыми материалами.
На третьей стадии способа согласно изобретению выделение белков из фракции, содержащей смесь белков и растворимых материалов, полученной указанным выше путем (либо по первому, либо по второму предпочтительным вариантам воплощения), проводится способом, выбранным из группы, состоящей из ряда способов осаждения белков при изоэлектрическом рН этих белков и техники мембранного разделения типа ультрафильтрации.
Рекомендуемый выбор - это проведение термической флокуляции белков путем установления рН фракции, богатой белками, на уровне, соответствующем изоэлектрической точке (pI) указанных белков, т.е. на уровне рН 4,5.
Затем проводится флокуляция указанных белков при температуре от 40°С до 70°С в течение от 10 до 30 минут.
Такой температурно-временной режим флокуляции позволяет достигнуть выхода извлекаемых белков от 65% до 85% экстрагируемых белков/общего белка.
Отделение осадка (называемого в описании "floc" - флокулированный осадок), содержащего растворимые белки, осуществляется в центробежном декантаторе или пластинчатом сепараторе.
Супернатант (надосадочная жидкость) направляется затем в выпарные установки для концентрирования его до содержания сухих веществ от 30% до 35%.
После этого флок - осадок разбавляется до содержания сухих веществ от 15% до 25% с тем, чтобы его можно было подать в распылительные сушильные установки для гранулирования, сушки и кондиционирования.
рН разбавленного раствора корректируется до рН от 7 до 7,5.
Указанная распылительная сушка осуществляется при специфических режимах с целью гранулирования указанных белков гороха.
Для этой цели выбрана распылительная многоступенчатая (MSD) башенная сушилка с производительностью по испаренной влаге 7000 кг/ч.
Служащий сушильным агентом воздух поступает с температурой от 200°С до 250°С и выходит вновь с температурой от 70°С до 90°С, при этом статический слой на дне башни нагревается воздухом с температурой от 80°С до 90°С.
На выходе из распылительной сушильной башни продукт проходит над виброкипящим слоем, где он охлаждается до температуры окружающей среды.
Тонкая пыль может предпочтительно подаваться на рециркуляцию прямо из верхней части башни.
После стадии термической флокуляции и перед стадией распылительного гранулирования может проводиться дополнительная тепловая обработка, причем указанная обработка осуществляется при температуре от 75°С до 95°С в течение от 10 минут до 1 часа.
Эта дополнительная тепловая обработка и последующее распылительное гранулирование позволяют получить гранулированную композицию белков гороха согласно изобретению.
Композиция белков гороха согласно изобретению может предпочтительно использоваться, благодаря качеству ее структурных параметров, для производства текстурированных белков гороха.
Если говорить более конкретно, то текстурированные белки гороха отличаются тем, что они характеризуются:
- влагопоглощением от 5 до 6 г/г,
- плотностью от 80 до 90 г/л, предпочтительно - от 85 до 90 г/л.
Влагопоглощение текстурированных белков изобретения измеряется согласно тесту, разработанному компанией-заявителем.
Тест предусматривает введение 20,0 г образца анализируемых текстурированных белков гороха в условиях перемешивания в 380,0 г питьевой воды при 100°С (перемешивание с помощью магнитной мешалки при 200 об/мин).
Затем текстурированные белки гороха оставляются для гидратации в течение 10 мин при температуре окружающей среды.
После этого образец извлекается на предварительно оттарированное металлическое сито 2000 мкм и дренируется в течение 5 минут.
Затем рассчитывается количество поглощенной влаги (г/г) по отношению разности (масса регидратированного образца - масса сухого образца) к массе используемого образца.
Масса определяется на лабораторных весах с точностью до 0,1 г.
Текстурированные белки гороха согласно изобретению характеризуются влагопоглощением от 5 до 6 г/г.
Затем измеряется плотность текстурированных белков изобретения.
Измерение заключается, прежде всего, в измельчении и просеивании образца текстурированных белков гороха таким образом, чтобы извлечь фракцию, имеющую размер от 2000 до 8000 мкм.
Измельчение проводится на скорости 1 в "Robot Coupe" R4 в течение 30 секунд, а просеивание - на вибропросеивающем устройстве, оборудованном двумя ситами 2000 и 8000 мкм.
Плотность (г/л) рассчитывается по результатам измерения (массы текстурированных белков, требуемой для наполнения градуированного цилиндра до отметки 250 мл), умноженной на 4.
Текстурированные белки гороха согласно изобретению имеют плотность от 80 до 90 г/л, предпочтительно - от 85 до 90 г/л.
Как будет представлено ниже, для продуктов с намного более низкой плотностью текстурированные белки изобретения ведут себя аналогично или даже лучше, чем текстурированные белки гороха, которые можно получить из выпускаемых промышленностью изолятов белка гороха, или даже лучше, чем выпускаемые промышленностью текстурированные соевые белки, используемые здесь в качестве контроля.
Насколько известно компании-заявителю, в предшествующем уровне техники не описывались текстурированные белки гороха, имеющие такие функциональные свойства.
Текстурированные белки гороха имеют также структуру, состоящую из хорошо ориентированных длинных волокон, и индекс цвета, имеющий значение от 75 до 95, предпочтительно - от 79 до 81 в рамках показателя светлоты; от 1 до 5, предпочтительно - от 2,5 до 3,5 в рамках показателя красноты, и от 10 до 30, предпочтительно - от 23 до 27 в рамках показателя желтизны.
Определение структуры текстурированных белков гороха согласно изобретению состоит в оценке (сенсорным анализом) волокнистого состояния полученных белков.
Формируется комиссия из 10 экспертов, каждый из которых должен высказать свое мнение относительно природы представленных ему текстурированных продуктов - является ли она «волокнистой» или «агломерированной». Сумма оценок, полученных каждым образцом, позволяет сравнивать их друг с другом согласно следующей системе обозначений:
- обозначение "-": волокнистая структура отсутствует, агломерированный внешний вид;
- обозначение "+": агломерированная структура, но с наличием коротких волокон;
- обозначение "++": волокнистая структура с короткими волокнами;
- обозначение "+++": выраженная волокнистая структура с длинными и хорошо ориентированными волокнами.
По этой системе текстурированные белки гороха классифицируются как "+++", т.е. они имеют выраженный волокнистый вид без агломерированной зоны.
Колориметрический тест состоит в определении с помощью хромометра Minolta CR 200 среднего значения показателей светлоты (L), красноты (а) и желтизны (b) в измельченном и просеянном образце текстурированных белков гороха.
Условия измельчения и просеивания идентичны таким же условиям при измерении плотности текстурированных белков, описанного выше, но в данном случае извлекается фракция размером менее 2000 мкм.
Затем этот измельченный порошок помещается в прозрачную чашку Петри диаметром 90 мм.
Цвет образца измеряется через чашку Петри по отражению с помощью хромометра в соответствии с инструкциями изготовителя.
Измерение проводится трижды и выражается как "L" для коэффициента светлоты (от темного (0) до светлого (+)); "а" для коэффициента от зеленого (-) до красного (+) и "b" для коэффициента от синего (-) до желтого (+).
Текстурированные белки гороха обладают полностью приемлемой волокнистой структурой, соответствующей лучшим волокнистым структурам текстурированных соевых белков, и сходными или даже лучшими колориметрическими показателями.
И, наконец, текстурированные белки гороха характеризуются содержанием остаточной влаги от 10% до 15%, предпочтительно - от 12% до 14%.
Измерение содержания остаточной влаги заключается в точном взвешивании 2,0 г контрольного образца и измерении содержания влаги в нем на инфракрасных весах Sartorius MA 40 при 135°С в соответствии с инструкциями изготовителя.
Содержание остаточной влаги рассчитывается по следующей формуле
ef
где P соответствует массе образца после автоматического прекращения взвешивания, которое имеет место, как только аппарат перестает измерять колебание массы.
Текстурированные белки гороха согласно изобретению можно получать экструзионной варкой гранулированной композиции белков гороха, описанной выше.
Экструзионная варка осуществляется путем выполнения последовательности следующих стадий:
- добавление 0,4 мас.% метасульфита натрия и 2 мас.% гипса к гранулированной композиции белков гороха, заявленной по пунктам 1 и 2 формулы изобретения,
- введение полученной смеси вместе с водой в устройство для экструзионной варки, имеющее конфигурацию вращающегося в одном направлении двухшнекового экструдера, предпочтительно с 5 камерами,
- проведение экструзии при температуре в первом бойлере от 80°С до 90°С и температуре во втором бойлере от 150°С до 190°С и скорости вращения шнека экструдера от 450 до 500 об/мин,
- извлечение текстурированных белков гороха на выходе из экструдера в виде разрезанных узких длинных полосок.
Композиция белков гороха сначала кондиционируется перед операцией экструзионной варки с добавлением 0,4% метасульфита натрия и 2% гипса в смеситель Hobart, содержащий 97,6% белков гороха.
Компанией-заявителем установлено, что метасульфит натрия в количестве 0,4 мас.%/мас. предпочтительно позволяет сократить самопроизвольное образование дисульфидных мостиков в белках в процессе экструзионной варки и облегчает формирование волокнистой и аэрированной структуры получаемых текстурированных белков, и что гипс в количестве 2 мас.%/мас. позволяет упрочнить их структуру.
Устройство для экструзионной варки может иметь конфигурацию вращающегося в одном направлении двухшнекового экструдера, предпочтительно с 5 камерами.
В этой конфигурации камера 1 соответствует зоне подачи/смешивания порошка белков в экструдере, причем в этой зоне происходит также подача воды, реализуемая в камере N 1. Камеры N 2 и 3 соответствуют транспортирующим зонам (подача тепловой энергии); камера N 4 соответствует зоне плавления (подача механической энергии (в противотоке) и тепловой энергии) и зоне 5 для транспортирования и формования (выталкивание через матрицу-фильеру).
Первая матрица-фильера имеет диаметр 3 мм, вторая закрыта.
Термическая конфигурация устройства для экструзионной варки следующая:
- камеры 1 и 5 не обогреваются,
- камеры 2 и 3 обогреваются первым масляным бойлером при 90°С в целях обеспечения необходимой тепловой энергией,
- камера 4 обогревается вторым масляным бойлером при 190°С (обеспечение механической энергией за счет значительного усилия сдвига (двойной противоток) и дополнительное обеспечение тепловой энергией).
Подача порошка осуществляется с помощью объемного дозирующего устройства, например, Dosapro Milton Roy, а подача питьевой воды в камеру N 1 - с помощью насоса, например, типа Ismatec MV.
После выталкивания через матрицу-фильеру текстурированные белки гороха извлекаются в виде длинных узких разрезанных полосок и подсушиваются при температуре окружающей среды.
Текстурированные белки гороха согласно изобретению могут предпочтительно использоваться в качестве текстурирующего агента в пищевых продуктах - мясных, рыбных продуктах, готовых блюдах, а также в продуктах для вегетарианцев и в закусках.
Другие характеристики и преимущества изобретения станут очевидны из нижеприведенных примеров, не ограничивающих масштаба изобретения.
Пример 1
Гороховая мука приготавливается путем измельчения лущеного кормового гороха в молотковой дробилке Alpine, оборудованной ситом 100 мкм.
300 кг муки, содержащей 87% сухих веществ, вымачиваются затем в воде при конечной концентрации 25% в пересчете на сухую массу и рН 6,5.
1044 кг мучной суспензии, содержащей 25% сухих веществ (т.е., следовательно, 261 кг сухой муки), вводятся вместе с 500 кг воды в батарею гидроциклонов, состоящую из 14 ступеней. Питание батареи мучной суспензией осуществляется на ступени N 5.
Такое разделение приводит к получению легкой фазы, которая соответствует сходу со ступени No 1. Указанная фаза состоит из смеси белков, внутренних волокон и растворимых материалов.
Эта легкая фаза на выходе из гидроциклона содержит в виде смеси (в целом 142 кг в переводе на сухую массу) волокна (примерно 14,8 мас.%, т.е. 21 кг в пересчете на сухую массу), белки (примерно 42,8 мас.%, т.е. 60,8 кг в пересчете на сухую массу) и растворимые материалы (примерно 42,4 мас.%, т.е. 60,2 кг в пересчете на сухую массу). Указанная фракция имеет содержание сухих веществ 10%.
Отделение волокон проводится на центробежных декантаторах Westfalia, применяющихся в промышленном производстве картофельного крахмала.
Легкая фаза на выходе из центробежного декантатора содержит смесь белков и растворимых материалов, в то время как тяжелая фаза содержит волокна гороха. Тяжелая фаза содержит 105 кг волокон с содержанием сухих веществ 20%. Следует отметить, что почти все волокна обнаруживаются именно в этой фракции.
Что касается фракции, содержащей белок и растворимые материалы, то она содержит 1142 кг смеси в растворе растворимых материалов и белков (фракция, содержащая 6% сухих веществ).
Флокуляция белков проводится в их изоэлектрической точке путем регулирования рН легкой фазы на выходе из центробежного декантатора на уровне рН 4,5 и нагревания до 60°С за счет пропускания через сопло.
Осажденные таким путем белки оставляются на 10 минут в баке для выдерживания. После этого растворимые материалы/белки разделяются в центробежном декантаторе.
3
Смесь, полученная на выходе из бака для выдерживания, подается затем в центробежный декантатор при расходе 5 м/ч. Тяжелая фаза или флок-осадок с содержанием сухих веществ 35% разбавляется до 18% сухих веществ путем добавления воды. рН флок-осадка, составляющий 4,5, корректируется до значения 7,5 добавлением гидроксида натрия.
Затем проводится тепловая обработка полученного таким путем флок-осадка при 85°С в течение 10 минут в теплообменнике с шероховатой поверхностью. В заключение осуществляется распылительная сушка в MSD (многоступенчатая сушилка) башне при следующих режимах.
Для распылительной MSD сушки выбрана башенная сушилка с производительностью по испаренной влаге 4000 кг/ч, в которую подается гранулированная композиция белков гороха согласно изобретению при расходе 2000 кг/ч. Воздух в качестве сушильного агента поступает с температурой 180°С, а выходит с температурой 80°С; статический слой на дне башни нагревается воздухом с температурой 80°С.
После выхода из сушильной башни продукт проходит над виброкипящим слоем, где он охлаждается до температуры окружающей среды. Тонкая пыль может предпочтительно направляться на рециркуляцию прямо из верхней части башни.
Все эти операции позволяют получить гранулированную композицию белков гороха согласно изобретению, имеющую характеристики, приведенные в табл.I.
Таблица I
Полученная гранулированная композиция белков гороха
Общее содержание белка (% N×6,25 в пересчете на сухую массу)
84
Распределение частиц по размерам:
% частиц размером>
800 мкм
0
500 мкм
0,1
315 мкм
0,8
250 мкм
56,6
200 мкм
79,6
150 мкм
84,8
100 мкм
92
80 мкм
93,6
63 мкм
95,4
50 мкм
95,6
40 мкм
96,8
% частиц размером<
40 мкм
3,2
Средний диаметр (мкм)
260
Коэффициент сжимаемости (%)
8,1
Плотность сжимания (прессуемость) (г/мл)
0,555
Содержание остаточной влаги (%)
8,4
Содержание экстрагируемого жира (%)
0,5
Пример 2
Гранулированная белковая композиция согласно изобретению, полученная способом, описанным в Примере 1, сравнивается (см. ниже табл.II) с белковыми изолятами промышленного производства, реализуемыми компаниями Cosucra и Parrheim.
Таблица II
Pisane HD от Cosucra
Propulse™ от Parrheim
Гранулированная композиция белков гороха согласно изобретению
Общее содержание белка (% N×6,25 в переводе на сухую массу)
88,4
84,5
84
Распределение частиц по размерам: % частиц размером>
800 мкм
0
0
0
500 мкм
0
0
0,1
315 мкм
0,1
0
0,8
250 мкм
0,3
0
56,6
200 мкм
1
0
79,6
150 мкм
1,4
0,1
84,8
100 мкм
7,3
2,4
92
80 мкм
13,8
7,6
93,6
63 мкм
34,2
28
95,4
50 мкм
42,1
37,8
95,6
40 мкм
61,4
59,4
96,8
% частиц размером<
40 мкм
38,6
40,6
3,2
Средний диаметр (мкм)
45
44
260
Коэффициент сжимаемости (%)
45,05
45,95
8,1
Плотность сжимания (прессуемость) (г/мл)
0,455
0,555
0,555
Содержание остаточной влаги (%)
10,2
9,7
8,4
Содержание экстрагируемого жира (%)
1,2
1,9
0,5
Гранулированная композиция белков гороха согласно изобретению характеризуется лучшей сыпучестью (коэффициент сжимаемости ниже порогового значения 20%), увеличенным размером частиц и намного меньшим содержанием экстрагируемого жира, чем выпускаемые промышленностью изоляты белка гороха.
Эти специфические свойства делают ее намного более пригодной в качестве сырья для производства текстурированных белков гороха.
Пример 3
Две партии текстурированных белков гороха приготавливаются экструзионной варкой композиции белков гороха Примера 1; контролем служат такие же партии Pisane HD и Propulse™, описанные в Примере 1.
В табл.III (см. ниже) представлены четыре серии параметров процесса экструзионной варки, который проводили в устройстве для экструзионной варки Bühler DNDL 44 в двухшнековом экструдере, где шнеки вращаются в одном направлении, и 5 камерами.
Таблица III
Pisane HD от Cosucra
Propulse™ от Parrheim
Партия 1
Партия 2
Метка дозирующего устройства
8
8
8
8
Расход смеси (кг/ч)
28,23
24,9
22,40
22,40
Метка насоса
290
250
350
400
Расход воды (л/ч)
2,45
2,09
5,20
5,90
Скорость вращения шнека (об/мин)
365,7
366
475
475
Давление (бар)
52
70-100
43
35
Темп-ра в бойлере N 1 (°C)
80
80
80
90
Темп-ра в бойлере N 2 (°С)
150
150
150
190
Темп-ра на выходе (°С)
163
175-180
177
173
После обсушки при температуре окружающей среды продукты обладают всеми функциональными свойствами, представленными в табл.IV (см. ниже).
Таблица IV
Pisane HD от Cosucra
Propulse™ от Parrheim
Партия 1
Партия 2
Общее содержание белка (% N×6,24)
92
92,2
81,2
79,2
Влагопоглощение (г/г)
6
4,4
5,3
5,4
Плотность (г/л)
171,2
72
87
87,7
Волокнистая текстура
+++
+
+++
+++
Цветность
L: баланс светлоты
82,61
100,58
80,59
79,22
а: баланс красноты
+0,71
+0,12
+2,68
+3,36
b: баланс желтизны
+24,94
+1,89
+23,89
+25,97
Содержание влаги (Sartorius) (%)
13,28
11,69
12,08
13,77
Текстурированные белки гороха (партии 1 и 2), полученные экструзионной варкой гранулированной композиции белков гороха согласно изобретению Примера 1, имеют очень высокое качество, намного превышающее качество текстурированных белков, полученных из изолята белка гороха Propulse™.
Текстурированные белки гороха (партии 1 и 2) обладают высокой водопоглотительной способностью при плотности, превышающей плотность текстурированных белков, полученных из Propulse™, и значительно более низкой, чем плотность текстурированных белков, полученных из Pisane HD.
Структура текстурированных белков гороха (партии 1 и 2) является хорошо ориентированной с хорошо сформированным волокнистым аспектом.
Цвет текстурированных белков гороха (партии 1 и 2) является полностью удовлетворительным.
В табл.V (см. ниже) приводятся результаты сравнительного исследования текстурированных белков гороха согласно изобретению и выпускаемых промышленностью текстурированных белков пшеницы и сои.
Таблица V
Торговое название
WHEATPRO
RESPONSE SOY 4410
DANPROTEX B50TS
РТВ60
TEXTURATEIN
Изготовитель
FPS
Rector Foods Limited
FPS
Sotexpro
Cargill
Текстуриванные белки гороха согласно изобретению
Ботаническое происхождение
Пшеница
Соя
Соя
Пшеница
Соя
Горох
Благо-поглощение (г/г)
4
3,4
6,5
6,8
6,5
5-6
Плотность (г/л)
139,6
292,4
237.6
129,2
649,2
80-90
Цветность
L: баланс светлоты
91,09
69,71
75,09
79,13
75,25
79-81
а: баланс красноты
+2,19
+3,37
+2,50
+2,72
+5,24
2,5-3,5
b: баланс желтизны
+15,91
+20,11
+18,32
+17,21
+20,56
23-27
Содержание влаги (Sartorius) (%)
10,4
8,4
10,6
9,3
10,4
10-15
Текстурированные белки гороха, полученные согласно изобретению, обладают свойствами, сходными со свойствами текстурированных белков, полученных из сои, и превосходящими свойства текстурированных белков, полученных из пшеницы, а именно: хорошей водоудерживающей способностью, низкой плотностью и хорошо ориентированной волокнистой структурой.