СОЕВЫЙ БЕЛКОВЫЙ ИЗОЛЯТ C ОТРЕГУЛИРОВАННЫМ рН И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ
SOY PROTEIN ISOLATE WITH ADJUSTED PH AND ITS APPLICATION

Область техники
Настоящее изобретение относится к соевым белковым изолятам с отрегулированным показателем рН и их применениям.
Уровень техники
В патентной заявке США №12/603,087, поданной 21 октября 2009 г. (патентная публикация US №2010-0098818, WO 2010/045727) (S701), принадлежащей данному патентообладателю, описание которой включено здесь посредством ссылки, описывается получение нового соевого белкового изолята, который дает прозрачные и термически стабильные растворы при низких показателях рН и поэтому может использоваться для белкового обогащения, в частности, безалкогольных напитков и спортивных напитков, а также других водных систем без выпадения белка в осадок.
Полученный соевый белковый изолят обладает уникальной комбинацией параметров, не обнаруживаемых у других соевых изолятов. Продукт является полностью растворимым при кислых значениях рН ниже около 4,4, а его растворы являются термически стабильными в этом диапазоне рН, делая возможной тепловую обработку, такую как применение горячего розлива. Никаких стабилизаторов или других добавок для поддержания белка в растворе или суспензии не требуется. Соевый белковый изолят не имеет никакого «бобового» вкуса или неприятных запахов. Продукт имеет невысокое содержание фитиновой кислоты и никаких ферментов для получения соевого белкового изолята не требуется. Соевый белковый изолят также является хорошо растворимым при рН около 7.
Новый соевый белковый изолят, имеющий содержание соевого белка по меньшей мере около 90 масс.%, предпочтительно по меньшей мере около 100 масс.%, (N × 6,25) в расчете на сухую массу (d.b.), производится способом, который включает:
(a) экстракционную обработку источника соевого белка водным раствором соли кальция, в частности, раствором хлорида кальция, в целях вызвать солюбилизацию Соевого белка в белковом источнике 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;
(a)  регулирование показателя рН 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;
(e) при необходимости тепловую обработку подкисленного раствора с целью снижения активности антипитательных ингибиторов трипсина и микробной нагрузки;
(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;
(h) при необходимости пастеризацию сконцентрированного раствора соевого белка с целью уменьшения микробной нагрузки, и
(i) при необходимости высушивание сконцентрированного раствора соевого белка.
Сущность изобретения
Одним из важных признаков соевых белковых продуктов, полученных в вышеупомянутой патентной заявке США, является чистый вкус, не имеющий бобового привкуса, в отличие от обычных соевых белковых изолятов, которые обладают характерным бобовым привкусом.
Соевые белковые продукты, полученные в вышеупомянутой патентной заявке США, при растворении в воде образуют раствор с низким рН. Притом, что это является желательным для применений в пищевых продуктах с кислым вкусом, таких как производство кислых напитков, низкий рН соевых белковых продуктов может оказаться не идеальным для других пищевых применений, например, пищевых продуктов, имеющих показатель рН, близкий к нейтральному; Вместо того чтобы получать белковый продукт с использованием кислого белкового ингредиента и затем добавлять другие ингредиенты с целью повышения рН до желательного уровня, предпочтительным может быть применение белкового продукта в уже близкой к нейтральной форме. Промышленные соевые белковые изоляты обычно выпускаются с нейтральным или близком к нейтральному рН.
В соответствии с настоящим изобретением обеспечиваются соевые белковые изоляты, у которых отсутствует характерный бобовый привкус обычных соевых белковых изолятов, которые обеспечиваются с близким к нейтральному рН, и, как и обычные соевые белковые изоляты, являются пригодными для пищевых применений в условиях рН, близкого к нейтральному. Некоторые из предлагаемых здесь продуктов являются плохо растворимыми в воде в диапазоне рН от около 4 до около 7, в то время как другие по существу нерастворимы в воде в диапазоне рН от около 2 до около 7.
Хотя для использования в пищевых продуктах доступен ассортимент представленных соевым белковым изолятом продуктов с разнообразными функциональными свойствами и различными предполагаемыми применениями, некоторыми из наиболее общих применений коммерческих соевых белковых изолятов являются питательные батончики и подвергнутые технологической обработке мясные продукты. Изоляты соевого белка с отрегулированным рН настоящего изобретения не имеют бобового привкуса обычных изолятов и могут заменять обычные изоляты в различных пищевых продуктах, включая их упомянутые выше типы, с целью предоставления пищевых продуктов с улучшенными вкусоароматическими качествами. Приготовление описанных ниже соевых белковых изолятов с отрегулированным рН может включать этап тепловой обработки, который служит для модифицирования функциональных свойств изолята, а именно, снижения растворимости белка и увеличения способности материала к гидратации.
Соответственно, в другом объекте настоящего изобретения обеспечивается способ получения соевого белкового продукта, который включает:
обеспечение водного раствора соевого белкового продукта, имеющего содержание белка по меньшей мере около 60 масс.% (N × 6,25) d.b., который является полностью растворимым в водных средах при рН ниже около 4,4 и термически стабильным в этом диапазоне рН;
доведение рН раствора до величины около 6 с тем, чтобы осадить из него соевый белок, и
при необходимости сушку всего образца с отрегулированным рН, или при необходимости извлечение и сушку осажденного материала, или при необходимости тепловую обработку раствора с отрегулированным рН и последующую сушку всего образца, или
при необходимости тепловую обработку раствора с отрегулированным рН и последующее извлечение и сушку осажденного материала.
В еще одном объекте настоящего изобретения концентрированный соевый белковый продукт, полученный согласно методике упомянутой выше патентной заявки США, может быть подвергнут обработке с целью получения предлагаемых здесь соевых белковых продуктов с отрегулированным рН. Соответственно, в следующем объекте настоящего изобретения обеспечивается способ создания обеспечиваемого здесь соевого белкового продукта, который включает:
(a) экстракционную обработку источника соевого белка водным раствором соли кальция, в частности, раствором хлорида кальция, с целью вызвать солюбилизацию соевого белка в белковом источнике 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 рН 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;
(e) при необходимости тепловую обработку подкисленного раствора с целью снижения активности антипитательных ингибиторов трипсина и микробной нагрузки;
(f) 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;
(h) при необходимости пастеризацию сконцентрированного раствора соевого белка с целью уменьшения микробный нагрузки;
(i) доведение рН водного раствора соевого белка до величины около 6 для осаждения из него соевого белка и
при необходимости сушку всего образца с отрегулированным рН, или при необходимости извлечение и сушку осажденного материала, или при необходимости тепловую обработку раствора с отрегулированным рН и последующую сушку всего образца, или
при необходимости тепловую обработку раствора с отрегулированным рН и последующее извлечение и сушку осажденного материала.
Тепловая обработка раствора с отрегулированным рН обычно выполняется при температуре от около 70°С до около 160°С в течение времени от около 2 секунд до около 60 минут, предпочтительно от около 80°С до около 120°С в течение времени от около 15 секунд до около 15 минут, более предпочтительно от около 85°С до около 95°С в течение времени от около 1 до около 5 минут.
Варианты способа, описанные в настоящей заявке, позволяют получать соевые белковые изоляты с большим диапазоном функциональных свойств, расширяющим применимость соевого белкового изолята с отрегулированным рН в качестве пищевого ингредиента и в качестве заменителя обычных ингредиентов соевого белкового изолята.
Притом, что настоящее изобретение обращается главным образом к производству и применению соевых белковых изолятов, имеющих содержание белка по меньшей мере около 90 масс.% (N × 6,25) в расчете на сухую массу (d.b.), предпочтительно по меньшей мере около 100 масс.%, предусматривается возможность предоставления и применения соевых белковых продуктов меньшей чистоты, обладающих свойствами, подобными данному соевому белковому изоляту. Такие продукты с меньшей чистотой могут иметь концентрацию белка по меньшей мере около 60 масс.% (N × 6,25) d.b. Эти соевые белковые продукты могут использоваться в различных пищевых применениях в качестве заменителя обычных соевых белковых продуктов.
Подробное описание изобретения
Первый этап приготовления соевых белковых продуктов с отрегулированным рН настоящего изобретения состоит в приготовлении соевого белкового продукта согласно вышеупомянутой патентной заявки США №12/603,087 описанным далее образом.
Способ обеспечения этого соевого белкового продукта первоначально включает солюбилизацию соевого белка из источника соевого белка. Источник соевого белка 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, естественным образом встречающимся в сое, или же белковоподобный материал может являться белком, модифицированным генетическими манипуляциями, но обладающим характеристическими гидрофобными и полярными свойствами натурального белка.
Солюбилизация белка из материала источника соевого белка наиболее удобно выполняется 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. Далее может выполняться экстракция соевого белка из источника соевого белка с использованием раствора соли кальция в комбинации с раствором другой соли, такой как хлорид натрия. Кроме того, экстракция соевого белка из источника соевого белка может осуществляться с помощью воды или раствора другой 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 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°С до около 100°С, предпочтительно от около 15°С до около 60°С, более предпочтительно от около 15°С до около 35°С 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 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°С и около 100°С, предпочтительно между около 15°С и около 60°С, наиболее предпочтительно между около 15°С и около 35°С.
Экстракция обычно проводится при рН от около 5 до около 11, предпочтительно от около 5 до около 7. рН экстракционной системы (источник соевого белка и раствор соли кальция) для применения на экстракционном этапе может быть доведен по мере надобности 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 масс.%) от массы раствора, предпочтительно составляя около 0,05 масс.%). 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. 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.
В случаях, когда источник соевого белка содержит значительные количества жира, как это описывается в принадлежащих данному заявителю патентах США №№5 844086 и 6 005076, описание 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 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 может быть разбавлен 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 смешивается раствор соевого белка, имеет температуру от около 2°С до около 70°С, предпочтительно от около 10°С до около 50°С, более предпочтительно от около 20°С до около 30°С.
рН 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, 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.
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. Обычно белковый раствор нагревается до температур от около 70°С до около 160°С в течение времени от около 10 секунд до около 60 минут, предпочтительно от около 80°С до около 120°С в течение времени от около 10 секунд до около 5 минут, более предпочтительно от около 85°С до около 95°С в течение времени от около 30 секунд до около 5 минут. Подвергнутый тепловой обработке подкисленный раствор соевого белка затем может быть охлажден для дальнейшей, описанной нйже обработки, предпочтительно до температуры от около 2°С до около 60°С, предпочтительно от около 20°С до около 35°С.
При необходимости разбавленный, подкисленный и при необходимости подвергнутый тепловой обработке раствор белка может быть подвернут тонкой очистке с помощью любых удобных средств, таких как фильтрация, с целью удаления любых остаточных твердых частиц.
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 дальтон, предпочтительно от около 5000 до около 100000 дальтон, 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, экстрагируемые 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 мембраны молекулярная масса отсечения 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 рН, или при рН подвергаемого диафильтрации белкового раствора, или при любом промежуточном значении рН. Такая диафильтрация может выполняться с использованием от около 2 до около 40 объемов диафильтрующего раствора, предпочтительно от около 5 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 снижать его вязкость. Операция диафильтрации может производиться до тех пор, пока в пермеате не будет присутствовать никаких значительных дополнительных 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 масс.% (N × 6,25) d.b. Такая диафильтрация может выполняться с помощью той же самой мембраны, которая применяется на этапе концентрирования. Однако, при необходимости, этап диафильтрации может производиться с использованием отдельной мембраны с другой молекулярной массой отсечения, такой как мембрана, имеющая молекулярную массу отсечения в диапазоне от около 3000 до около 1000000 дальтон, предпочтительно от около 5000 до около 100000 дальтон, 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 может быть далее 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 около 90 масс.% белка (N × 6,25) d.b., например, по меньшей мере около 60 масс.% белка (N × 6,25) d.b. 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. Тем не менее, этот соевый белковый продукт является пригодным для получения прозрачных растворов белка в кислотных условиях.
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 масс.%, предпочтительно составляя около 0,05 масс.%. Антиоксидант служит для ингибирования окисления любых фенольных соединений, присутствующих в концентрированном растворе соевого белка.
Этап концентрирования и при необходимости этап диафильтрации могут проводиться при любой подходящей температуре, как правило, от около 2°С до около 60°С, предпочтительно от около 20°С до около 35°С, и в течение промежутка времени, обеспечивающего желательную степень концентрирования и диафильтрации. Характеристики температуры и других используемых условий до некоторой степени зависят от мембранного оборудования, применяемого 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 дальтон, и ингибитор Боумена-Берка, более теплостойкая молекула с молекулярной массой около 8000 дальтон. Уровень активности ингибитора трипсина в конечном соевом белковом продукте может регулироваться путем варьирования различных переменных 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 до около 60°С и использование больших объемов среды для диафильтрации, например, от около 20 до около 40 объемов.
Подкислением и подверганием мембранной обработке разбавленного белкового раствора при более низких величинах рН от около 1,5 до около 3 активность ингибитора трипсина может быть снижена по сравнению с обработкой раствора при более высоком рН от около 3 до 4,4. Когда белковый раствор является сконцентрированным и подвергнутым диафильтрации при нижних значениях диапазона показателей рН, может оказаться желательным повышение рН ретентата перед сушкой. рН сконцентрированного и подвергнутого диафильтрации белкового раствора может быть поднят до желательной величины, например, рН=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 рН, например, при рН 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°С до около 70°С, предпочтительно от около 60°С до около 65°С, в течение времени от около 30 секунд до около 60 минут, предпочтительно от около 10 минут до около 15 минут. Пастеризованный концентрированный раствор соевого белка может быть затем охлажден для выполнения сушки, предпочтительно до температуры от около 25°С до около 40°С.
Сухой соевый белковый продукт имеет содержание белка, превышающее около 60 масс.% (N × 6,25) d.b. Предпочтительно сухой соевый белковый продукт является изолятом с высоким содержанием белка, превышающим около 90 масс.% белка, предпочтительно по меньшей мере около 100 масс.% (N × 6,25) d.b.
Может использоваться множество различных способов для обеспечения соевого белкового изолята с отрегулированным рН согласно изобретению из растворимого в. кислой среде соевого белкового изолята и для воздействия на его функциональные свойства.
В одной такой методике продукт в виде кислого соевого белкового изолята, полученный, как описано выше, преобразуется в водный раствор, рН этого водного раствора поднимается до величины около 6 и материал высушивается. В качестве варианта осадок, образующийся при доведении рН до 6, извлекается и этот твердый материал высушивается для получения соевого белкового изолята. В качестве следующего альтернативного варианта, раствор с рН 6 может нагреваться до температуры от около 70°С до около 160°С в течение времени от около 2 секунд до около 60 минут, предпочтительно от около 80°С до около 120°С в течение времени от около 15 секунд до около 15 минут, более предпочтительно от около 85°С до около 95°С в течение времени от около 1 до около 5 минут до высыхания всего образца, или при еще одной альтернативной методике выполняется извлечение из подвергнутого тепловой обработке образца и высушивание только нерастворимого твердого материала.
В другом альтернативном варианте рН подвергнутого концентрированию раствора белка с описанного выше этапа (h) для приготовления кислоторастворимого соевого белкового продукта может быть доведен до величины около 6, чтобы вызвать осаждение белка. После этого может быть высушен весь образец или могут быть отобраны осажденные твердые вещества и только они подвергнуты сушке для получения изолята. В качестве возможного варианта, раствор с рН 6 может нагреваться до температуры от около 70°С до около 160°С в течение времени от около 2 секунд до около 60 минут, предпочтительно от около 80°С до около 120°С в течение времени от около 15 секунд до около 15 минут, более предпочтительно от около 85°С до около 95°С в течение времени от около 1 до около 5 минут до высыхания всего образца или же может быть извлечен и высушен только осадившийся материал.
При методиках, согласно которым отбираются и высушиваются осажденные твердые вещества, остающаяся растворимая белковая фракция также может быть переработана для образования соевого белкового продукта. Растворимая фракция может непосредственно высушиваться или же перед сушкой может быть дополнительно подвергнута концентрированию с использованием мембранной технологии, и/или диафильтрации, и/или тепловой обработки.
Примеры
В следующих далее примерах все подвергнутые сублимационной сушке продукты были измельчены до состояния порошка, содержание белка в порошках было определено методом анализа сжиганием с помощью Leco Nitrogen Determinator, а влагосодержание порошков определялось способом высушивания в сушильном шкафу. Продукты, полученные распылительной сушкой, анализировались аналогичным образом, но не требовали измельчения перед выполнением анализов.
Была выполнена сенсорная оценка образцов следующим образом.
Образцы для сенсорной оценки были представлены в виде 2% (отношение массы к объему) дисперсии белка в очищенной питьевой воде с рН около 6. Неофициальную дегустационную комиссию из 6-8 дегустаторов просили вслепую сравнить экспериментальный образец с образцом обычного продукта IEP S013-K19-09A с рН 6, приготовленным как описано в нижеследующем примере 1, и указать, какой из образцов продемонстрировал более выраженный бобовый привкус.
Пример 1
Этот пример иллюстрирует приготовление соевого белкового изолята обычным изоэлектрическим осаждением.
30 кг соевых белых хлопьев было добавлено к 300 л воды RO (очищенной обратным осмосом) с температурой окружающей среды и рН, доведенным добавлением 1 М раствора гидроксида натрия до 8,5. Образец перемешивался в течение 30 минут для получения водного раствора белка. На протяжении 30 минут экстракции отслеживалась величина рН и поддерживалась равной 8,5. Остаточные белые соевые хлопья были удалены, а образовавшийся раствор белка осветлялся центрифугированием и фильтрацией с получением 278,7 л отфильтрованного белкового раствора, имеющего содержание белка 2,93 масс.%. рН раствора белка доводился до 4,5 добавлением НС1, которая была разбавлена равным объемом воды, и образовывался осадок. Осадок отделялся центрифугированием, затем промывался и повторно суспендировался в 2 объемах воды RO. Промытый осадок после этого отделялся центрифугированием. Всего было получено 32,42 кг промытого осадка с содержанием белка 18,15 масс.%. Что составило выход белка в осветленном экстрагирующем растворе в 72,0%. Аликвота в 16,64 кг промытого осадка была объединена с равной массой воды RO и затем рН образца был доведен гидроксидом натрия до 6. Образец с отрегулированным рН был подвергнут распылительной сушке с получением изолята с содержанием белка 93,80% (N × 6,25) d.b. Продукт был идентифицирован как обычный IEP S013-K19-09A с рН 6.
Пример 2
Этот пример иллюстрирует одну методику приготовления соевого белкового изолята с отрегулированным рН.
2
2
30 кг обезжиренной, подвергнутой минимальной тепловой обработке соевой муки было добавлено при температуре окружающей среды к 300 л 0,15 М раствора CaCl и перемешивалось в течение 30 минут для получения водного белкового раствора. Было дополнительно добавлено 300 л 0,075 М раствора CaCl и удалена остаточная соевая мука, образовавшийся белковый раствор был осветлен центрифугированием с получением 532,5 л центрифугированного раствора белка, имеющего содержание белка 1,22 масс.%. После чего рН образца снижен до 3,09 разбавленной НС1.
Разбавленный и подкисленный экстракционный белковый раствор был уменьшен в объеме с 532 л до 107 л концентрированием на полиэфирсульфоновой (PES) мембране, имеющей отсечение по молекулярной массе 100000 дальтон. Все этапы концентрирования и последующей мембранной обработки проводились приблизительно при 30°С. Раствор был подвергнут диафильтрации с 370 л очищенной обратным осмосом (RO) воды, сопровождаемой дальнейшим концентрированием для обеспечения 37,86 кг сконцентрированного белкового раствора с содержанием белка 13,97 масс.%. Что составило выход в 81,4 масс.% от исходного осветленного раствора белка.
1,5 кг образец сконцентрированного раствора белка был обработан 25% (отношение массы к объему) водным раствором гидроксида натрия для повышения рН образца до 6 и выпадения осадка. Осадок отбирался центрифугированием при 10000 g и затем подвергался лиофилизации с образованием продукта, именуемого S009-D27-09A S701N и имеющего содержание белка в 106,53 масс.% (N × 6,25) в расчете на сухую массу.
Все оценивавшие S009-D27-09A S701N члены дегустационной комиссии (6 из 6) сочли этот образец как обладающий менее выраженным бобовым привкусом, чем контрольный образец обычного IEP, приготовленный, как описано в примере 1.
Пример 3
Этот пример иллюстрирует еще одну методику приготовления соевого белкового изолята с отрегулированным рН.
2
2
60 кг обезжиренной, подвергнутой минимальной тепловой обработке соевой муки было добавлено при температуре окружающей среды к 600 л 0,15 М раствора CaCl и перемешивалось в течение 30 минут для получения водного белкового раствора. Было дополнительно добавлено 600 л 0,075 М раствора CaCl и удалена остаточная соевая мука, образовавшийся белковый раствор был осветлен центрифугированием и фильтрацией с получением 975 л отфильтрованного белкового раствора, имеющего содержание белка 1,15 масс.%. Была добавлена вода в количестве половины его объема и рН образца снижен до 3,05 разбавленной НС1.
Разбавленный и подкисленный экстракционный белковый раствор был уменьшен в объеме с 1505 л до 305 л концентрированием на полиэфирсульфоновой (PES) мембране, имеющей отсечение по молекулярной массе 100000 дальтон. Все этапы концентрирования и последующей мембранной обработки проводились приблизительно при 30°С. Раствор был подвергнут диафильтрации с 650 л очищенной обратным осмосом (RO) воды, сопровождаемой дальнейшим концентрированием для обеспечения 59,44 кг сконцентрированного белкового раствора с содержанием белка 15,51 масс.%. Что составило выход в 82,2 масс.% от исходного отфильтрованного раствора белка.
10,20 кг образец сконцентрированного раствора белка был разбавлен равным объемом воды для облегчения перемешивания в ходе последующего этапа нагревания.
рН разбавленного раствора был доведен до 6 с помощью 25% (отношение массы к объему) водного раствора гидроксида натрия, а затем он нагревался в течение 5 минут до 95°С при перемешивании в снабженном паровой рубашкой котле. При доведении рН до 6 происходило интенсивное выпадение осадка.
После этого горячий раствор охлаждался и центрифугировался при 4000 g для отделения от растворимой фракции осадившегося материала. Образовавшийся осадок повторно суспендировался в очищенной обратным осмосом (RO) воде для выполнения сушки распылением. Сухой продукт был идентифицирован как S008-E11-09A S701NH и имел содержание белка в 101,02 масс.% (N × 6,25) в расчете на сухую массу.
Большинство оценивавших S008-E11-09А S701NH членов дегустационной комиссии (5 из 8) сочли этот образец как обладающий менее выраженным бобовым привкусом, чем контрольный образец обычного IEP, приготовленного как описано в примере 1.
Пример 4
Этот пример иллюстрирует еще одну методику приготовления соевого белкового изолята с отрегулированным рН.
2
2
30 кг обезжиренной, подвергнутой минимальной тепловой обработке соевой муки было добавлено при температуре окружающей среды к 300 л 0,15 М раствора CaCl и перемешивалось в течение 30 минут для получения водного белкового раствора. Было дополнительно добавлено 300 л 0,075 М раствора CaCl и удалена остаточная соевая мука, образовавшийся белковый раствор был осветлен центрифугированием и фильтрацией с получением 525 л отфильтрованного белкового раствора, имеющего содержание белка 1,32 масс.%. Была добавлена вода в количестве половины его объема и рН образца снижен до 3,08 разбавленной НС1. Разбавленный и подкисленный белковый раствор после этого нагревался при 90°С в течение 1 минуты, а затем охлаждался до 50°С для мембранной обработки.
Разбавленный, подкисленный и подвернутый тепловой обработке экстракционный белковый раствор был уменьшен в объеме с 781,5 л до 156,5 л концентрированием на полиэфирсульфоновой (PES) мембране, имеющей отсечение по молекулярной массе 100000 дальтон. Все этапы концентрирования и последующей мембранной обработки проводились приблизительно при 50°С. После чего раствор был подвергнут диафильтрации со 150 л очищенной обратным осмосом (RO) воды с последующим дальнейшим концентрированием до объема в 43,5 л. Затем раствор был подвергнут диафильтрации дополнительными 150 л очищенной обратным осмосом (RO) воды, после чего далее сконцентрирован до 19,5 л. Вслед за чем к образцу была добавлена вода RO с получением разбавленного белкового раствора общей массой 72,74 кг, имеющего концентрацию белка 9,47 масс.%. Что составило выход в 99,4 масс.% от исходного отфильтрованного раствора белка.
рН 30 кг образца разбавленного белкового раствора был доведен до 6 с помощью 25% (отношение массы к объему) водного раствора гидроксида натрия и затем он нагревался в течение 5 минут до 90°С при перемешивании в снабженном паровой рубашкой котле. При доведении рН до 6 происходило интенсивное выпадение белкового осадка.
Горячий раствор был охлажден и обеспечена возможность для выпадения осадка. Растворимая фракция декантировалась и заменялась равным объемом воды для ресуспендирования твердых веществ. Суспензии давали разделиться, после чего жидкая фаза вновь декантировалась для удаления оставшихся следов растворимой фракции.
Полученный осадок затем высушивался распылением. Высушенный продукт был идентифицирован как S010-E26-09A S701NH и имел содержание белка в 101,46 масс.% (N × 6,25) в расчете на сухую массу.
Все оценивавшие S010-E26-09A S701N члены дегустационной комиссии (6 из 6) сочли этот образец как обладающий менее выраженным бобовым привкусом, чем контрольный образец обычного IEP, приготовленный как описано в примере 1.
Пример 5
Этот пример иллюстрирует еще одну методику приготовления соевого белкового изолята с отрегулированным рН.
2
30 кг обезжиренных соевых белых хлопьев было добавлено к 300 л 0,13 М раствора CaCl при 60°С и перемешивалось в течение 30 минут для получения водного белкового раствора. Остаточные белые соевые хлопья были удалены, а образовавшийся белковый раствор был осветлен центрифугированием с получением 252,4 л центрифугированного белкового раствора, имеющего содержание белка 2,72 масс.%. Осветленный раствор белка был после этого добавлен к 188,7 л очищенной обратным осмосом (RO) воды при 60°С, и рН образца был снижен до 3,38 с помощью разбавленной НС1.
420 л разбавленного и подкисленного экстракционного белкового раствора было уменьшено в объеме до 100 л концентрированием на полиэфирсульфоновой (PES) мембране, имеющей отсечение по молекулярной массе 100000 дальтон и использовавшейся при температуре приблизительно 55°С. На этой стадии подкисленный белковый раствор с содержанием белка 4,82 масс.% был подвергнут диафильтрации 150 л очищенной обратным осмосом воды, с выполнением диафильтрации приблизительно при 56°С. Подвергнутый диафильтрации раствор был после этого сконцентрирован до объема 52 л и подвергнут диафильтрации дополнительными 468 л воды RO с выполнением диафильтрации приблизительно при 60°С. После этой второй диафильтрации раствор белка был сконцентрирован от содержания белка в 9,99 масс.% до содержания белка в 13,12 масс.%, а затем разбавлен водой до содержания белка в 6,44 масс.% с тем, чтобы облегчить сушку распылением или дальнейшую переработку. Разбавленный белковый раствор перед сушкой распылением или дальнейшей переработкой представил выход полезного компонента в 74,7 масс.% от исходного осветленного раствора белка.
1,8 кг образец разбавленного раствора белка был обработан 6 М водным раствором гидроксида натрия для повышения рН образца до 6,08 и выпадения осадка. Образец был после этого лиофилизирован с получением продукта, именуемого S023-L09-10A S701N (без фракционирования). Этот продукт имел содержание белка 103,47 масс.% (N × 6,25) d.b.
Другой 1,8 кг образец разбавленного белкового раствора был далее разбавлен 1,8 л очищенной RO воды и затем обработан 6 М водным раствором гидроксида натрия для повышения рН образца до 6,00 и образования осадка. Раствор с рН 6 в течение 5 минут нагревался до 95°С и затем лиофилизировался. Сухой продукт был назван S023-L09-10A S701NH (без фракционирования) и имел содержание белка 103,14 масс.% (N × 6,25) d.b.
Пример 6
Этот пример включает оценку растворимости в воде изолятов соевого белка, полученных способами из примера 2-5. Растворимость белка оценивалась с помощью модифицированной версии метода Morr и др., J.Food Sci. 50:1715-1718.
В лабораторном стакане был взвешен сухой белок в количестве, достаточном для обеспечения 0,5 г белка, после чего было добавлено небольшое количество очищенной обратным осмосом (RO) воды и смесь перемешана до образования однородной пасты. Затем была добавлена дополнительная вода, чтобы довести объем приблизительно до 45 мл. После чего содержимое лабораторного стакана медленно перемешивалось в течение 60 минут с помощью магнитной мешалки. Сразу же после диспергирования белка определялся рН и доводился до подходящего уровня (2, 3, 4, 5, 6 или 7) разбавленными NaOH или НС1. Также был приготовлен образец при его естественном показателе рН. В случае образцов с отрегулированным рН показатели рН в течение 60 минут перемешивания измерялись дважды и дважды корректировались. После перемешивания в течение 60 минут общий объем образцов был увеличен вплоть до 50 мл добавлением RO воды, приводя к получению 1% (отношение массы к объему) белковой дисперсии. Содержание белка в дисперсии измерялось методом сжигания образца с помощью установки Leco. Аликвоты дисперсий после этого центрифугировались при 7800 g в течение 10 минут, что приводило к получению седиментированного нерастворимого материала и прозрачного супернатанта. Содержание белка в супернатанте было измерено анализом Leco, после чего вычислялась растворимость белка в продукте следующим образом: Растворимость, %=(% белка в супернатанте / % белка в исходной дисперсии) × 100.
Естественные показатели рН белковых изолятов, полученных в примерах 2-5, представлены в следующей таблице 1.
Таблица 1
Естественные показатели рН 1% (отношение массы к объему) белковых дисперсий в воде
Партия
Продукт
Естественный рН
S009-D27-09A
S701N
5,31
S008-E11-09A
S701NH
5,86
S010-E26-09A
S701NH
6,10
S023-L09-10A
S701N (без фракционирования)
5,81
S023-L09-10A
S701NH (без фракционирования)
5,71
Полученные данные по растворимости представлены в следующей таблице 2.
Таблица 2
Растворимость продуктов при различных значениях рН
Растворимость (%)
Партия
Продукт
рН2
рН3
рН4
рН5
рН6
рН7
Естеств. рН
S009-D27-09А
S701N)
89,1
100
41,4
5,4
31,3
77,1
5,1
S008-E11-09А
S701NH
13,8
5,5
4,0
0,0
11,7
9,0
4,1
S010-E26-09A
S701NH
6,6
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Растворимость (%)
Партия
Продукт
рН2
рН3
рН4
рН5
рН6
рН7
Естеств. рН
S023-L09-10А
S701N (без фракционирования)
97,7
100
8,3
0,0
4,8
8,9
0,0
S023-L09-10А
S701NH (без фракционирования)
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Из данных таблицы 2 видно, что продукты S701N оказались довольно хорошо растворимыми при рН 2 и 3, но не настолько растворимыми при других проверенных значениях рН. Добавление тепловой обработки для образования S701NH привело к продукту, который оказался почти полностью нерастворимым при всех проверенных значениях рН.
Пример 7
Этот пример включает оценку способности к гидратации изолятов соевого белка, полученных способами из примеров 2-5.
Порошок белка (1 г) взвешивался в центрифужных пробирках (50 мл) известной массы. К этому порошку добавлялось приблизительно 20 мл очищенной обратным осмосом воды (RO) с естественным рН. Содержимое пробирок перемешивалось с помощью вихревой мешалки на умеренной скорости в течение 1 минуты. Образцы выдерживались при комнатной температуре в течение 5 минут, после чего перемешивались вихревой мешалкой еще 30 секунд. Это сопровождалось выдерживанием при комнатной температуре в течение еще 5 минут, сопровождаемым еще одним циклом вихревого перемешивания в течение 30 секунд. После чего образцы центрифугировались при 1000 g в течение 15 минут при 20°С. После центрифугирования супернатант аккуратно сливался, обеспечивая, чтобы весь твердый материал оставался в пробирке. После этого центрифужная пробирка взвешивалась повторно и определялась масса водонасыщенного образца.
Способность к гидратации (WBC) была рассчитана как:
(мл/г)=(масса водонасыщенного образца - масса исходного образца) / (масса исходного образца × общее содержание растворенных и нерастворенных веществ образца).
Полученные данные по способности к гидратации представлены в следующей таблице 3.
Таблица 3
Способность к гидратации различных продуктов
Партия
Продукт
WBC (мл/г)
S009-D27-09A
S701N
2,40
S008-E11-09A
S701NH
3,71
S010-E26-09A
S701NH
3,60
Партия
Продукт
WBC (мл/г)
S023-L09-10A
S701N (без фракционирования)
2,90
S023-L09-10A
S701NH (без фракционирования)
5,96
По результатам из таблицы 3 можно видеть, что включение в процесс приготовления продукта с отрегулированным рН тепловой обработки привело к более высокой способности к гидратации.
Выводы
Подытоживая приведенное в данном описании, настоящее изобретение обеспечивает способы для получения соевых белковых изолятов с близкими к нейтральным естественными значениями рН, которые могут заменить обычные соевые белковые изоляты в разнообразных пищевых применениях. В пределах объема настоящего изобретения возможны его различные модифицирования.