СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЩЕЛОЧНЫХ ГИДРОЛИЗАТОВ РАСТИТЕЛЬНЫХ БЕЛКОВ
METHOD OF PRODUCING ALKALINE HYDROLYSATES OF PLANT PROTEINS

Настоящее изобретение относится к способу получения щелочных гидролизатов растительных белков.
Настоящее изобретение также относится к щелочным гидролизатам растительных белков, характеризующихся растворимостью при рН 7,5, средней длиной пептидной цепи, эмульгирующей способностью при рН 7 и содержанием.
Растительные или животные белки и гидролизаты растительных или животных белков часто применяют в качестве пенообразователей в пищевых продуктах, в частности, в кондитерских изделиях:
- белки как таковые, выбранные в качестве пенообразователей, стабильных в течение долгого времени,
- гидролизаты белков, вследствие их более высокой пенообразующей способности, чем у белков.
Пенообразующие свойства гидролизатов белков описаны в многочисленных документах. В наиболее поздних документах обсуждается ферментативный гидролиз белков, тогда как в более ранних работах описывается щелочной гидролиз белков.
Например, щелочные гидролизаты молочных белков описывались в связи с их применением в пенных огнетушителях или в качестве заменителей яичных белков в газированных пищевых продуктах.
В патенте США №2522050 описывается способ производства пенообразователей с помощью щелочного гидролиза соевого белка или молочного белка в водном растворе, содержащем гидроксид кальция или гидроксид магния при рН по меньшей мере 10 и при так называемой хорошей температуре ниже 100°С (35-40°С) в течение длительного периода (по меньшей мере двое суток) в целях получения продукта, обладающего удовлетворительными пенообразующими свойствами.
Таким образом, необходимо отметить, что в этом документе рекомендуется:
- подбирать температуру реакции менее чем или равную 40°С,
- отдавать предпочтение гидроксидам кальция или магния, и в особенности гидроксидам кальция, для получения гидролизатов белков, демонстрирующих лучшие пенообразующие свойства,
- отдавать предпочтение длительным периодам реакции.
Таким образом, в патенте GB 670413 описывается способ получения пенообразователей путем гидролиза белков при комнатной температуре в течение периода по меньшей мере 24 часа, при осуществлении гидролиза при помощи гидроксида кальция.
В этом патенте также упоминается, что, хотя белки возможно гидролизовать при более высокой температуре порядка 100°С и выше, это будет в ущерб желательным пенообразующим свойствам.
Однако, хотя часто рекомендуют гидролиз с гидроксидом кальция, полученные гидролизаты обладают очень плохим привкусом, что является серьезным недостатком. Как правило, они, в сущности, являются известковыми и горькими на вкус, и, более того, обладают серным и резиновым привкусом.
Повышение температуры во время гидролиза с гидроксидом кальция может сократить время реакции, но увеличивает образование этих нежелательных привкусов.
Принимая во внимание все эти требования, в патенте ЕР 1327390, следовательно, предлагают способ насыщения газом пищевого продукта, содержащего углеводы, при помощи гидролизата растительного белка в качестве пенообразователя, причем указанный гидролизат получают путем подвергания растительного белка гидролизу в водном растворе с рН по меньшей мере 10.
Этот щелочной гидролизат в этом случае обладает средней длиной пептидной цепи от 5 до 20 аминокислот и количеством свободных аминокислот менее чем 15% по весу общего вещества, полученного из белков.
2
2
Однако для достижения этого результата, в первоначальном способе щелочного гидролиза, описанном в патенте ЕР 1327390, требуется сочетание гидроксидов щелочных металлов и гидроксидов щелочноземельных металлов, т.е. сочетание по меньшей мере одного гидроксида щелочного металла, такого как NaOH или KOH, с по меньшей мере одним гидроксидом щелочноземельного металла, например, Са(ОН) или Mg(OH).
Эффективный щелочной гидролиз согласно выражениям указанного патента ЕР 1327390, следовательно, может быть достигнут только путем совершенно конкретного способа выполнения гидролиза.
В международной патентной заявке WO 95/25437 описывается способ получения гидролизатов растительных белков с улучшенным окрашиванием путем экстрагирования белков, содержащихся в растительной муке, при рН выше изоэлектрической точки рН белка, необязательно в присутствии адсорбентов, и гидролиза белка, полученного таким образом, в присутствии адсорбентов с щелочами, кислотами и/или ферментами образом, описанным как «известный по существу».
Белковые гидролизаты, полученные таким образом, можно применять, в частности, в качестве поверхностно-активных веществ.
Способ, рекомендуемый для щелочного гидролиза, в сущности, заключается в обработке водной щелочной суспензии белковых изолятов вновь оксидами или гидроксидами кальция.
Полученный раствор необходимо отфильтровать для удаления остатков.
Для получения пептидов как таковых, пептиды необходимо обработать дополнительно в форме солей кальция гидроксидом натрия или гидроксидом калия, и остаточный кальций необходимо затем удалить, например, в форме сульфата кальция.
Разделение солей с низкой растворимостью, в конечном счете, необходимо проводить в присутствии ускорителей фильтрования на фильтрах и фильтр-прессах.
Полученные таким образом гидролизаты после концентрирования обладают средним молекулярным весом, варьирующим от 100 до 30000 дальтон, предпочтительно от 100 до 10000 дальтон и в особенности от 2000 до 5000 дальтон, и содержанием сухого вещества от 5 до 50 вес.%.
В патенте ЕР 1909592 описывается способ получения белковых гидролизатов, обогащенных марганцем, предназначенных для животноводческого хозяйства в качестве управляемых источников запаса марганца, в котором таким образом возможно избежать передозировки в рационе животных и уменьшить все явления перекрестного взаимодействия с другими пищевыми компонентами.
Для получения этих богатых марганцем белковых гидролизатов обработка, например, известью при определенных условиях давления и температуры, соединительных тканей, полученных из дубленной кожи, уже описана в известном уровне техники.
В патенте ЕР 1909592, наоборот, предлагается получение белковых гидролизатов, обогащенных марганцем при помощи в качестве исходного материала общепринятого органического вещества растительного происхождения и, в частности, подвергания его обработке известью.
Обогащение этих белков марганцем в этом случае проводят путем обработки кальциевых солей белковых гидролизатов сульфатами марганца или другими солями марганца, предварительно растворенных в растворах серной кислоты, при высоких температурах.
Дополнительно необходимо осадить остаточные кальциевые соли бикарбонатом аммония, бикарбонатом натрия или непосредственно диоксидом углерода и/или другими осадителями, например, щавелевой кислотой и фосфорной кислотой.
В международной патентной заявке WO 2008/001183 описаны продукты питания в форме брусков, сухого печенья или экструдированных продуктов, богатых белковыми гидролизатами животного или растительного происхождения, с добавлением или смешанных с наполнителем или пищевым разбавителем.
Эти гидролизаты растительных или животных белков имеют содержание белка, большее или равное 60 вес.%.
Гидролизаты первоначально получают из растительных белков, животных белков или белков ферментации.
Они представляют собой пептиды или полипептиды, преимущественно растворимые в воде в диапазоне рН от 3 до 11.
Гидролизаты согласно заявке WO 2008/001183 предпочтительно получают воздействием протеолитических ферментов.
Молекулярный вес продуктов гидролиза составляет от 200 до 100000 дальтон с предпочтением для молекулярного веса от 200 до 20000 дальтон.
В патентной заявке WO 2007/079458 предлагается замещение белками жиров и углеводов. Однако, в своей нативной форме, белки обладают физическими и органолептическими свойствами, придающими им очень плохой привкус.
Чтобы сделать белки более привлекательными в качестве заместителей жиров, нативные белки гидролизовали с образованием пептидов и полипептидов, главным образом, посредством ферментов протеазного типа.
Эти белковые фрагменты являются более растворимыми в воде. Их можно тогда включить в состав напитков (получая так называемые «концентрированные белковые» напитки) или добавить к твердой пище для придания им меньшего известкового привкуса.
Однако ферментативный гидролиз нативных белков имеет основной недостаток: белковые гидролизаты остаются очень горькими и не все из них являются термостабильными.
Для уменьшения горечи было предложено множество решений, но они все еще скорее являются неудовлетворительными.
Например, гидролиз белков пытались продлить, таким образом, чтобы получить очень короткие пептиды, дипептиды или даже свободные аминокислоты.
Интенсивный гидролиз белков может существенно уменьшить горечь, однако приводит к возникновению «мыльных» привкусов. Более того, известковое и горькое послевкусие остается даже после гидролиза.
В заявке WO 2007/079458 в этом случае рекомендуется вернуться к более традиционному способу щелочного гидролиза, по сопрягая его с реакцией ферментативного гидролиза.
Эта двойная реакция гидролиза в этом случае приводит в результате к получению коротких пептидных цепей.
Способ, описанный в этой заявке, в сущности, заключается в приготовлении раствора белков, доведении рН раствора до значения 10,4 или более для приготовления основного белкового раствора и добавлении туда протеазы.
Полученные таким образом белковые гидролизаты в таком случае имеют очень малый молекулярный вес, в среднем от 2000 до 10000 дальтон.
Эти композиции могут быть термостабильными при температуре по меньшей мере 87,8°С (190°F) в течение по меньшей мере 5 минут и иметь уменьшенную горечь.
Что касается патентной заявки WO 2008/110515, в ней описывается композиция частично гидролизованных белков зерновых.
Эти белковые гидролизаты в этом случае имеют от 20 до 80 вес.% частично гидролизованных белков весом не более 25000 дальтон и порядка 8 вес.% частично гидролизованных белков весом не более 1400 дальтон.
Это частичное весовое распределение, т.е. относительно высокомолекулярная фракция, обеспечивает эти частичные гидролизаты белков зерновых свойствами, сопоставимыми с молочными белками, с меньшим количеством недостатков, чем у молочных белков.
Более того, такой частично гидролизованный белок зерновых имеет приятную текстуру во рту и легко переваривается.
Однако основной материал представляет собой предпочтительно жизненно важную пшеничную клейковину, и для способа требуется точный контроль ферментативного гидролиза таким образом, чтобы достичь степени гидролиза от 3 до 8.
Этот частичный гидролиз обычно проводят в присутствии одного или нескольких ферментов экзо- и эндопептидаз.
В конечном счете, в документе GB 705489 описывается гидролиз арахисовых белков гидроксидом натрия при 82°С в течение 30 минут; нейтрализация с HCl и получение «набухших» гидролизатов, тогда как в документе US 2999753 раскрываются щелочные гидролизаты растительных белков, полученные после обработки при 37-80°С (100-175°F) в течение от 8 до 20 часов при рН 10,7-10,8.
Исходя из изложенного, все еще существует потребность в гидролизатах гороховых, картофельных и кукурузных белков, имеющих превосходные растворимость, распределение молекулярного веса и степень гидролиза, что позволяет им демонстрировать превосходную эмульгирующую способность и также хорошие органолептические свойства.
Более того, должно представляться возможным получение этих гидролизатов способом, являющимся недорогим и простым в осуществлении, другими словами, экономически и в промышленном отношении оправданным.
В настоящем изобретении, следовательно, стремятся преодолеть недостатки гидролизатов и способов известного уровня техники, и компания-заявитель смогла обнаружить после многих исследований, что этой цели можно достигнуть путем предложения особенного способа получения щелочных гидролизатов растительных белков.
Способ получения щелочных гидролизатов растительных белков согласно настоящему изобретению включает следующие этапы:
1) получения суспензии растительных белков, выбранных из группы, включающей гороховые белки, картофельные белки и кукурузные белки, с содержанием сухого вещества от 10 до 15%,
2) доведения рН при перемешивании до значения от 9,5 до 10,5 при помощи единственного щелочного средства, одного или нескольких гидроксидов щелочных металлов, выбранных из группы, включающей гидроксид натрия и гидроксид калия,
3) нагревание суспензии, полученной таким образом, при температуре от 70 до 80°С в течение от 4 до 6 часов,
4) нейтрализации указанной нагретой суспензии при помощи минеральной кислоты, предпочтительно хлористоводородной (соляной) кислоты,
5) сушки нейтрализованной суспензии для получения щелочного гидролизата.
Первый этап способа получения щелочных гидролизатов согласно настоящему изобретению заключается в получении суспензии растительных белков с содержанием сухого вещества (в дальнейшем «DM») от 10 до 15%.
Второй этап способа получения щелочных гидролизатов согласно настоящему изобретению заключается в доведении рН суспензии растительных белков, имеющих от 10 до 15% DM, при перемешивании до значения от 9,5 до 10,5, предпочтительно до значения 10,0, при помощи гидроксида натрия и гидроксида калия.
Доведение реакционной смеси до рН порядка 10 (которое может, например, вовлекать запас гидроксида натрия порядка 1,2% сухой вес / сухой вес гороховых белков) обеспечивает возможность получения продуктов, демонстрирующих лучшее поведение в отношении растворимости и эмульгирующей способности (в дальнейшем «ЕС»),
Компания-заявитель обнаружила, более того, что эти значения растворимости и ЕС не показывают сколько-нибудь существенного дополнительного изменения через 6 часов после реакции.
Что касается основности, то ее обеспечивают только гидроксидами щелочных металлов, предпочтительно гидроксидом натрия (NaOH)или гидроксидом калия (KOH).
Следовательно, не будут применять гидроксиды щелочноземельных металлов, такие как гидроксид кальция.
Третий этап способа заключается в нагревании суспензии при температуре от 70 до 80°С в течение от 4 до 6 часов.
После тестирования от 55 до 90°С, температуру реакции, в конечном счете, подобрали в значении от 70 до 80°С, предпочтительно порядка 75°С.
Что касается времени реакции, его устанавливают в значении от 4 до 6 часов.
Продолжая этим образом, компания-заявитель идет вразрез с ограничениями известного уровня техники, в том смысле, что:
- время реакции очень короткое, легкое в промышленном освоении: следовательно, больше не является необходимым проводить реакцию в течение от 24 до 48 часов или даже больше,
- не предлагается применять гидроксиды кальция или магния. С другой стороны, компания-заявитель обнаружила, что применение извести отрицательно влияет на качество полученных белковых гидролизатов.
Четвертый этап способа получения щелочных гидролизатов согласно настоящему изобретению заключается в нейтрализации рН посредством минеральной кислоты, предпочтительно хлористоводородной кислоты.
Например, 1 н хлористоводородную кислоту добавляют к смеси при перемешивании в целях доведения рН до 7.
Пятый этап способа получения щелочных гидролизатов согласно настоящему изобретению заключается в высушивании щелочного гидролизата, полученного таким образом.
Например, продукт сушат в распылительной турбосушилке типа NIRO прямоточного действия. Эта распылительная сушилка не имеет системы рециркуляции мелкой фракции; это, следовательно, является одноступенчатой сушкой. Воздух, поступающий в башню с распылительным орошением, нагревают до 180°С.Скорость подачи в башню регулируют таким образом, чтобы воздух на выходе из башни находился при температуре порядка 80-85°С.Эти условия распыления приводят к образованию порошка, имеющего от 6 до 7% остаточной влаги.
Путем применения способа согласно настоящему изобретению представляется возможным получать щелочные гидролизаты растительных белков, демонстрирующие исключительные функциональные характеристики.
Эти щелочные гидролизаты растительных белков, таким образом, характеризуются:
- значением водорастворимости при рН 7,5 от 60 до 100%, предпочтительно от 80 до 98%,
- эмульгирующей способностью от 60 до 90%, предпочтительно от 65 до 85%,
- средней длиной пептидной цепи от 10 до 20 аминокислот,
- содержанием от 60 до 95%, предпочтительно от 80 до 85%.
Щелочные гидролизаты согласно настоящему изобретению характеризуются их растворимостью, определяемой согласно тесту А.
Этот тест А заключается в определении содержания водорастворимого вещества при рН 7,5 способом диспергирования тестового образца в дистиллированной воде и анализа всплывающей жидкости, полученной после центрифугирования.
Таким образом, его можно, в частности, проводить, как указано далее. Тестовый образец с точным весом 2 г и намагниченный брусок (например, каталожный № ECN 442-4510 компании VWR) помещают в лабораторный стакан емкостью 400 мл. Находят общий вес тары, а затем добавляют 100 г дистиллированной воды при 20°С ±2°С.
рН доводили до 7,5 1 н HCl или 1 н NaOH, что с дистиллированной водой составило в итоге точно 200 г.
Перемешивали в течение 30 минут и затем центрифугировали в течение 15 минут при 3000 g.
После центрифугирования отобрали точно 25 г всплывающей жидкости в предварительно откалиброванный кристаллизатор. Ее выдерживали в сушиле при 103°С до постоянного веса.
Водорастворимость вычисляют исходя из следующего уравнения:
,
где w1 = вес в г кристаллизатора после высушивания,
w2 = вес в г пустого кристаллизатора.
Щелочные гидролизаты согласно настоящему изобретению, следовательно, обладают растворимостью от 60 до 100%, предпочтительно от 80 до 98%.
Щелочные гидролизаты согласно настоящему изобретению также характеризуются своей эмульгирующей способностью, определяемой согласно тесту В.
Этот тест заключается в определении эмульгирующей способности (в дальнейшем «ЕС»), соответствующей процентному отношению стабильного эмульсионного «крема», образованного после центрифугирования, как функции определенной концентрации белков и масла, с использованием гомогенизатора, такого как марки POLYTRON и типа РТ 45-80 (предпочтительно оборудованного легкоочищаемым шпинделем со ссылкой на В99582/компания Bioblock).
Точнее говоря, этот тест включает следующее:
- Приготовление раствора щелочных белковых гидролизатов, эквивалентного 2,0% белков (вес/объем белков N×6,25) в 250 мл деминерализованной воды, в высоком 2-литровом баке (т.е. например, высотой 23,5 см и диаметром 11,5 см).
- Введение намагниченного бруска (в частности, под каталожным № ECN 442-4510 компании VWR).
- Смешивание щелочных белковых гидролизатов в течение 10 минут в магнитной мешалке, например, марки IKA RCT Classic, при максимальной частоте 1100 об/мин.
- Получение 250 мл пищевого рапсового масла.
- Удаление намагниченного бруска.
- Погружение шпинделя гомогенизатора в раствор до достижения среднего уровня раствора щелочных белковых гидролизатов.
- Установку частоты вращения от 15200 до 15450 об/мин.
- Включение мешалки и вливание туда 250 мл рапсового масла за 1 минуту.
- Перенос эмульсии в лабораторный стакан.
- Двукратное взвешивание точного количества 35 г эмульсии в двух 50-миллиметровых калиброванных пробирках для центрифуги.
- Центрифугирование при 1500 g в течение 5 минут при 20°С.
- Измерение объема эмульсионного «крема» после центрифугирования.
- Измерение общего объема после центрифугирования (гранула+вода+эмульсионный крем).
- Контроль повторяемости в 2 трубках и в 2 идентичных тестах.
Эмульгирующая способность будет определяться из расчета с использованием следующего уравнения:
Щелочные гидролизаты согласно настоящему изобретению имеют значение ЕС от 60 до 90%, предпочтительно от 65 до 85%.
Щелочные гидролизаты согласно настоящему изобретению также характеризуются их средней длиной пептидной цепи, определяемой согласно тесту С.
Этот тест С состоит в расчете средней длины цепи, как указано далее, где
- TN=общий азот
- TAN=общий аминный азот
- FAA=свободные аминокислоты
- F=среднее содержание азота в аминокислотах рассматриваемого белка
- ALPC=средняя длина пептидных цепей
- РАА=количество аминокислот пептида
- PC=количество пептидных цепей
TN в этом случае определяется согласно способу из Dumas А., 1826, Annales de chimie, 33, 342, на что ссылаются в BUCKEE, 1994, в Journal of the Institute of BREWING, 100, СТР.57-64, способу, известному специалисту в данной области техники, и выражается в ммоль/г.
TAN определяется по титрованию формалином амидных групп «методом Серенсена», также известным специалисту в данной области техники, и выражается в ммоль/г.
FAA определяется посредством HPLC и выражается в ммоль/г.В зависимости от рассматриваемых белков, значение F (выражающееся в моль/моль) составляет, например:
- гороховые белки: 1,29;
- картофельные белки: 1,25;
- кукурузные белки: 1,24.
Средняя длина цепи равна количеству аминокислот пептида, деленному на число пептидных цепей, т.е.:
Щелочные гидролизаты согласно настоящему изобретению, следовательно, имеют среднюю длину пептидной цепи от 10 до 20 аминокислот, что отражает частично гидролизованный характер белков.
В конечном счете, щелочные гидролизаты согласно настоящему изобретению характеризуются их содержанием (выраженным в N×6,25), которое можно определить способом, известным специалисту в данной области техники.
Щелочные белковые гидролизаты согласно настоящему изобретению также характеризуются по:
- их органолептическому качеству,
- их пенообразующей способности (в дальнейшем «FC») и
- их степени гидролиза.
Органолептическое качество щелочных гидролизатов согласно настоящему изобретению определяется, в частности, на щелочных гидролизатах гороховых белков.
Щелочные гидролизаты гороховых белков согласно настоящему изобретению, в сущности, обладают вполне удовлетворительным органолептическим качеством в сравнении с гороховыми белками, из которых их получают.
Как будет описано в нижеследующих примерах, компания-заявитель получает профили чувствительности следующим образом: образцы получали в цветных стеклянных пробирках в количестве 5 г продукта в 150 г воды и выдерживают при 50°С, в этом случае они представляются скрытыми для экспертов.
Эксперты должны в этом случае понюхать и попробовать на вкус продукт и проверить боксы, соответствующие идентификаторам.
Этот профиль показывает, что аромат щелочных гидролизатов настоящего изобретения отличается от такового у гороховых белков.
Согласно совету экспертов, на основании либо ольфакторпого критерия, либо вкусового критерия, идентификаторы гидролизатов «гороховый», но также и «кислый», «горький», «едкий», «острый» и «квашеный» являются ослабленными относительно таковых у гороховых белков.
Пенообразующая способность, в свою очередь, определяется согласно тесту D, как указано далее.
Пена представляет собой дисперсию газовых пузырьков (азота, диоксида углерода, воздуха) в жидкой или твердой непрерывной фазе (содержащей белки или их гидролизаты), полученную механическим взбалтыванием.
Раствор 40 мл при 2% (вес/объем белков N×6,25) белковых гидролизатов готовят в деминерализованной воде в высоком лабораторном стакане объемом 250 мл (т.е., например, высотой 12 см и диаметром 6 см).
Вносят намагниченный брусок (в частности, каталожный.№ ECN 442-4510 компании VWR).
Белковые гидролизаты гидрируют в течение 10 минут в магнитной мешалке, такой как марки IKA RCT Classic, при частоте 1100 об/мин.
Намагниченный брусок удаляют.
Измеряют общий объем перед набуханием.
Шпиндель (например, по ссылке G45M) гомогенизатора, такого как марки IKA Werke типа ULTRA TURRAX T50 basic, погружают в раствор белковых гидролизатов до среднего уровня указанного раствора.
Частоту вращения устанавливают на уровне около 15200 об/мин (т.е. в положении «5» в случае ULTRA TURRAX) и проводят перемешивание в течение 1 минуты.
Общий объем переносят в калиброванный 100 мл цилиндр.
Измеряют общий объем после набухания.
Пенообразующую способность в этом случае находят согласно следующей формуле:
.
Потерю стабильности выражают потерей объема пены через 30 минут, выражаемой в процентном отношении от начального объема пены.
Щелочные гидролизаты согласно настоящему изобретению в этом случае имеют значение FC от 150 до 250%.
Более того, эти щелочные гидролизаты обладают степенью гидролиза (DH) преимущественно от 5 до 9. Последнюю можно определить путем расчета по следующей формуле:
DH=[(TAN%)×100]/[азот белка], где:
TAN представляет собой общий аминный азот, который определяется по титрованию формалином амидных групп «методом Серенсена», известным специалисту в данной области техники, и выражается в ммоль/г,
белковый азот выражается в N×6,25 и измеряется способом, хорошо известным специалисту в данной области техники.
Щелочные гидролизаты согласно настоящему изобретению могут применяться преимущественно в качестве эмульгаторов в отраслях пищевой промышленности человека или животных, фармацевтической промышленности, косметической промышленности и химической промышленности, особенно в пищевой отрасли.
Они могут также применяться в отраслях ферментации, производства строительных материалов, пластмасс, текстильных изделий, бумаги и картона.
В конечном итоге, настоящее изобретение относится к композициям, предпочтительно пищевым композициям, содержащим щелочные гидролизаты, как описано выше.
Эти пищевые композиции предпочтительно являются эмульсиями, эмульгированными с указанными щелочными гидролизатами.
Другие особенности и преимущества настоящего изобретения станут ясными после прочтения неограничивающих примеров, описанных ниже.
ПРИМЕРЫ
Пример 1: Получение гидролизатов гороховых белков
Щелочные гидролизаты гороховых белков согласно настоящему изобретению получают, как указано далее:
1) суспендируют 25 кг белков при 93% DM, т.е. 23,15 кг DM в 210 кг воды,
2) доводят рН до 10 гидроксидом натрия и нагревают полученную суспензию при температуре 75°С в течение 4 часов,
3) нейтрализуют до рН=7 1 н хлористоводородной кислотой,
4) подвергают щелочные гидролизаты, полученные таким образом, распылительной сушке.
Продукт высушивают в распылительной турбосушилке типа NIRO прямоточного действия. Эта распылительная сушилка не имеет системы рециркуляции мелкой фракции; следовательно, она является одноступенчатой сушкой. Воздух, поступающий в башню с распылительным орошением, нагревают до 180°С.Скорость подачи в башню контролируют таким образом, чтобы воздух на выходе из башни находился при температуре порядка 80-85°С.
Эти условия распылительной сушки приводят к образованию порошка, имеющего порядка 6% остаточной влаги.
Полученные результаты показаны в таблице I ниже:
Таблица I
Нативный белок перед гидролизом
Гидролизат согласно настоящему изобретению
Сухое вещество (%)
92,4
94,1
Растворимость при рН 7,5 (%)
70,1
93,0
ЕС (%)
67,0
80,0
Средняя длина пептидной цепи
16
14
Степень гидролиза
4,9
5,6
Содержание (%)
85,2
81,2
FC (% увеличения объема после набухания относительно исходного объема)
183
225
Гидролизованные гороховые белки согласно настоящему изобретению имеют среднюю длину пептидной цепи 14.
Гидролиз гороховых белков согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность увеличения:
- растворимости от 70,1 до 93%,
- эмульгирующей способности от 67 до 80%.
Более того, увеличивается пенообразующая способность.
Гидролизаты гороховых белков согласно настоящему изобретению демонстрируют свойства растворимости, эмульгирующей и пенообразующей способности лучшие, чем свойства этих же белков перед гидролизом.
Пример 2: Гидролиз очень обогащенных гороховых белков
Процедура, описанная в примере 1, применима к гороховым белкам, имеющим содержание белка свыше 90%.
При этом режиме работы получают порошок, обладающий следующими характеристиками (таблица II):
Таблица II
Нативный белок перед гидролизом
Гидролизат согласно настоящему изобретению
Сухое вещество (%)
94,8
94,1
Растворимость при рН 7,5 (%)
32
79,2
ЕС при рН 7
75
81
Средняя длина пептидной цепи
19
13
Степень гидролиза
4
6
Содержание (%)
92,2
89,6
Гороховые белки, имеющие содержание свыше 90%, при гидролизе согласно настоящему изобретению имеют среднюю длину пептидной цепи 13.
Гидролиз гороховых белков согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность увеличения:
- растворимости от 32 до 79,2%,
- эмульгирующей способности от 75 до 81%.
Пример 3: Получение гидролизатов картофельных белков
Процедура, описанная в примере 1, применима к картофельным белкам.
При этом режиме работы получают порошок, обладающий следующими характеристиками (таблица III):
Таблица III
Нативный белок перед гидролизом
Гидролизат согласно настоящему изобретению
Сухое вещество (%)
91,6
92,7
Растворимость при рН 7,5 (%)
31,0
85,2
ЕС при рН 7 (%)
60
67
Средняя длина пептидной цепи
13
13
Степень гидролиза
6,2
8,0
Содержание (%)
70,7
65,3
На удивление и неожиданно, следовательно, можно видеть, что щелочной гидролиз, не воздействуя на среднюю длину пептидной цепи (значение, равное 13 в обоих случаях), тем не менее, приводит к образованию гидролизата с намного лучшей растворимостью и улучшенной эмульгирующей способностью.
Гидролиз картофельных белков согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность увеличения:
- растворимости от 31,0 до 85,2%,
- эмульгирующей способности от 60 до 67%.
Пример 4: Получение гидролизатов кукурузных белков
Процедура, описанная в примере 1, применима к кукурузным белкам. При этом режиме работы получают порошок, обладающий следующими характеристиками (таблица IV):
Таблица IV
Нативный белок перед гидролизом
Гидролизат согласно настоящему изобретению
Сухое вещество (%)
95,1
91,4
Растворимость при рН 7,5 (%)
5,1
97,4
ЕС при рН 7 (%)
0
67
Средняя длина пептидной цепи
59
16
Степень гидролиза
1,4
5,9
Содержание (%)
86,5
81
FC (% увеличения объема после набухания относительно исходного объема)
0
250
Гидролизованные кукурузные белки согласно настоящему изобретению имеют среднюю длину пептидной цепи 16.
Гидролиз кукурузных белков согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность увеличения:
- растворимости от 5,1 до 97,4%,
- эмульгирующей способности от 0 до 67%.
Более того, нативные кукурузные белки не обладают никакой пенообразующей способностью, тогда как гидролизованные кукурузные белки согласно настоящему изобретению обладают исключительными пенообразующими способностями.
Гидролизаты кукурузных белков согласно настоящему изобретению обеспечивают возможность улучшения свойств растворимости, эмульгирующих и в особенности пенообразующих способностей.
Пример 5: Сравнительная таблица различных гидролизатов растительных белков согласно настоящему изобретению
Таблица V
Ботаническое происхождение гидролизированных белков
Горох
Картофель
Кукуруза
Содержание (%)
81,2
65,3
81
Степень гидролиза
5,6
8,0
8,4
Средняя длина пептидной цепи
14
13
16
% растворимости
93,0
85,2
97,4
ЕС (%)
80,0
67,0
67,0
FC: % увеличения объема после набухания
225
150
250
Несмотря на ботаническое происхождение белков (горох, картофель, кукуруза), гидролиз согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность получения белков, имеющих:
- среднюю длину пептидной цепи от 10 до 20 аминокислот,
- растворимость от 85,2 до 97,4%,
- эмульгирующую способность от 67 до 80%,
- пенообразующую способность, определяемую процентным увеличением объема после набухания, от 150 до 250%.
Пример 6: Применение гидролизатов согласно настоящему изобретению для инкансулировання масел
Рыбий жир инкапсулируют путем распыления эмульсии при 45% DM и при рН=8.
В масле представлено 15% сухого вещества, с инкапсулирующим носителем и эмульгатором, варьирующим в зависимости от формул.
Эмульсию получают согласно следующей процедуре:
- Растворяют инкапсулирующий носитель и эмульгатор в деминерализованной воде, нагретой до 80°С (=инкапсулирующий раствор).
- Доводят рН до 8 1 н NaOH.
- Перемешивают в течение 20 минут.
- Развешивают масло за 5 минут до конца этого периода, чтобы избежать окисления.
- Составляют эмульсию при помощи гомогенизатора POLYTRON типа РТ 45-80 (оборудованного легкоочищаемым шпинделем по ссылке В99582/компания Bioblock), с частотой 9000 об/мин: для этого заливают масло в инкапсулирующий раствор (полученный на этапах 1 и 2), перемешивают в течение 2 минут.
- Переносят полученную эмульсию в гомогенизатор высокого давления при 160 бар (30 бар на втором этапе, добавляя до 160 бар на первом этапе).
- Затем перемешивают эмульсию с сохранением температуры, близкой к 50°С.
Эмульсию, полученную таким образом, распыляют в одноступенчатой распылительной сушилке (без рециркуляции мелкодисперсных частиц). Температура поступающего воздуха составляет 185°С; скорость потока контролируют для получения Т° на выходе=90°С.
Полученные порошки характеризуются содержанием воды, активностью воды (aw), степенью инкапсулирования и степенью окисления масла.
Степень инкапсулирования измеряют разницей между общим содержанием жиров и содержанием экстрагируемых жиров (количество масла, связанного с носителем):
Липиды определяют экстракцией в аппарате Сокслета с гексаном:
- в продукте как есть экстрагируемые липиды,
- в продукте после гидролиза общие липиды.
Стойкость к окислению определяют согласно стандарту NF ISO 6886.
Время проявления индукции соответствует времени на окисление жира в данных условиях (температура, скорость потока воздуха, вес продукта).
Пример 6.1
Распыление эмульсий при 45% DM и рН=8, содержащих:
- 15% рыбьего жира,
- 1,2 или 1,8% эмульгатора: нативный гороховый белок/гидролизат горохового белка из примера 1,
- соответственно 83,5% или 83,2% носителя: мальтодекстрин с DE 12
(GLUCIDEX 12, продаваемый компанией ROQUETTE FRERES).
Распыляемые порошки имеют активность воды 0,1.
Содержание воды в них составляет 5% для тестов с 1,2% эмульгатора и 4% для тестов с 1,8% эмульгатора.
Таблица VI: степень инкапсулирования (%) и время проявления индукции (ч) эмульсий, распыляемых с мальтодекстрином с DE 12
Таблица VI
Природа и содержание эмульгатора
Степень инкапсулирования (%)
Время проявления индукции (ч)
1,2% нативных гороховых белков
78,3
6,0
1,2% гидролизатов гороховых белков согласно настоящему изобретению
87,9
8,5
1,8% нативных гороховых белков
83,2
6,7
1,8% гидролизатов гороховых белков согласно настоящему изобретению
90,0
11,0
С мальтодекстриновым носителем с DE 12 применение гидролизата горохового белка согласно настоящему изобретению на уровне 1,2% обеспечивает возможность повышения степени инкапсулирования до 87,9% масла по сравнению с 78,3% в случае применения нативного горохового белка.
Масло в этом случае имеет время проявления индукции 8,5 ч по сравнению с 6 ч.
Для обеих концентраций эмульгатора степень инкапсулирования выше в случае применения гидролизата горохового белка согласно настоящему изобретению, нежели нативного горохового белка.
Также, время проявления индукции больше в случае применения гидролизата горохового белка согласно настоящему изобретению, нежели нативного горохового белка.
Следовательно, масло окисляется медленнее.
Пример 6.2
Распыление эмульсий при 45% DM и рН=8, содержащих:
- 15% масла,
- 1,2 или 1,8% эмульгатора: нативный гороховый белок / гидролизат горохового белка согласно изобретению,
- соответственно 83,8% или 83,2% носителя: гороховый декстрин (TACKIDEX C760, продаваемый компанией ROQUETTE FRERES).
Распыляемые порошки имеют активность воды 0,1.
Содержание воды сопоставимо с данным содержанием эмульгатора.
Таблица VII: степень инкапсулирования (%) и время проявления индукции (ч) эмульсий, распыляемых с гороховым декстрином
Таблица VII
Природа и содержание эмульгатора
Содержание воды
Степень инкапсулирования (%)
Время проявления индукции (ч)
1,2% нативных гороховых белков
4,6
62,0
6,1
1,2% гидролизатов гороховых белков согласно настоящему изобретению
4,2
82,9
7,7
1,8% нативных гороховых белков
3,6
48,0
6,0
1,8% гидролизатов гороховых белков согласно настоящему изобретению
4,0
88,9
8,5
С гороховыми декстринами в качестве инкапсулирующих носителей и без учета содержания эмульгатора степень инкапсулирования выше в случае применения гидролизата горохового белка согласно настоящему изобретению, нежели нативного горохового белка.
Также, время проявления индукции больше в случае применения гидролизата горохового белка согласно настоящему изобретению, нежели нативного горохового белка.
Применение гидролизата горохового белка согласно настоящему изобретению в качестве эмульгатора обеспечивает возможность повышения степени инкапсулирования по сравнению с нативным гороховым белком.
Более того, применение гидролизата горохового белка согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность повышения времени проявления индукции масел.
Другими словами, масла лучше защищены от окисления, когда эмульсия составлена с гидролизатом горохового белка согласно настоящему изобретению, нежели с нативным гороховым белком.
Пример 7: Получение пережиренных сывороточных фильтратов
Количества сыворотки, имеющейся в мире, значительны, поскольку они представляют собой по меньшей мере 85% молока, преобразованного в сыр.
Существует много возможных применений сыворотки в пище человека и корме животных, но текущая тенденция заключается во фракционировании сыворотки.
Конкретно, концентраты сывороточных белков особенно подходят для применения в детском питании.
Белки отделяют от сыворотки путем ультрафильтрации, что дает в результате большие объемы сывороточных фильтратов, главным образом содержащих лактозу, минералы и труднорастворимые белки.
Задача состоит в использовании этой депротеинизированной растворимой фракции.
Следовательно, предлагается повторное обогащение растворимой фракции, полученной в результате ультрафильтрации сыворотки:
- жирами до уровня, более-менее эквивалентного таковому для коровьего молока, и
- белками в питательных и функциональных целях, последнее - для стабилизации сформированной эмульсии.
В конечном счете, эту смесь высушили для облегчения хранения. Порошки, главным образом, применяют в кормах для телят-сосунков.
Следовательно, в этом применении тестируют способность гидролизатов гороховых белков к успешному замещению белков.
Для этого выбирают следующее:
- нативный гороховый белок,
- гидролизат горохового белка согласно настоящему изобретению (из примера 1).
Суспензии получают при 60% DM, в котором 40% составляют жиры и 16% белки, относительно формулы без жиров.
Формулы получают следующим образом: воду нагревают и поддерживают при 50°С в баке с двойной рубашкой.
Сывороточный фильтрат добавляют в качестве источника белка.
рН смеси затем корректируют до 7 гидроксидом натрия.
Затем добавляют жидкий жир.
Смесь гомогенизируют в двухступенчатом гомогенизаторе высокого давления, первый этап устанавливают при 20 бар и второй этап при 80 бар.
Продукт затем высушивают в башне с распылительным орошением типа NIRO с форсунками и без рециркуляции мелкой фракции.
Условия распыления сходны для двух формул: температура поступающего воздуха составляет 165°С, таковая для исходящего воздуха составляет 94°С.
Давление распыления составляет порядка 175 бар. Температура поступающего воздуха в неподвижном слое составляет 85°С.
Содержание экстрагируемых липидов и общих липидов определяется способом анализа с гексаном с экстракцией в аппарате Сокслета.
Отношение экстрагируемых липидов к общим липидам является индикатором эффективности эмульгатора: чем ниже уровень экстрагируемых липидов и, следовательно, ниже отношение, тем лучше эмульсия, которая позволяет прогнозировать хорошую стабильность конечного ресуспендированного продукта. Этот аспект является фундаментальным в оценке вкусовой привлекательности продукта.
В дополнение, характеристики порошков определяются тестом на текучесть, который состоит в расчете времени течения порошка в воронке в размерах, применяемых в фармакопейном тесте (тест 2.9.16 Европейской фармакопеи 6.0).
Точнее говоря, тест заключается в:
- закреплении указанной воронки на высоте 20 см,
- блокировании верхушки воронки,
- заполнении воронки 100 г порошка,
- разблокировании верхушки и запуске таймера,
- остановке таймера, когда весь порошок вытек,
- фиксации времени вытекания на таймере.
Полученные результаты представлены в таблице VIII ниже:
Таблица VIII
Природа эмульгатора
% DM порошка
% общих липидов
% экстрагируемых липидов
Отношение EL/TL (%)
Тест на текучесть (с)
Нативный гороховый белок
99,0
42,9
26,2
61
Отсутствие течения
Гидролизат горохового белка согласно настоящему изобретению
98,6
41,9
6,3
15
14
Пример 8: Сенсорный анализ
Сенсорный профиль был получен компанией-заявителем следующим образом: образцы получают в цветных стеклянных пробирках в количестве 5 г продукта в 150 г воды и выдерживают при 50°С, затем их вслепую представляют экспертам.
10 экспертам, принимавшим участие в тесте, предложили понюхать и попробовать на вкус продукт и проверить идентификатор или идентификаторы в соответствии с каждым образцом согласно предложенным категориям идентификаторов.
Результаты представлены ниже в таблице IX.
Таблица IX
Ольфакторный критерий: процентное отношение упоминания идентификаторов
Идентификаторы
Нативный гороховый белок
Гидролизат горохового белка согласно настоящему изобретению
Земля-бетон-пыль
30%
20%
Солома-зерно
0%
10%
Крахмал-бумага-мука-крахмальный порошок-картон
30%
10%
Картофель
10%
10%
Горох-клейковина-белки
40%
10%
Кислый-горький-едкий-острый-квашеный
60%
50%
Вкусовой критерий: процентное отношение упоминания идентификаторов
Идентификаторы
Нативный гороховый белок
Гидролизат горохового белка согласно настоящему изобретению
Земля-бетон-пыль
10%
10%
Солома-зерно
10%
20%
Крахмал-бумага-мука-крахмальныйпорошок-картон
50%
70%
Картофель
0%
0%
Горох-клейковина-белки
70%
20%
Кислый-горький-едкий-острый-квашеный
40%
20%
На этом профиле показано, что аромат щелочных гидролизатов настоящего изобретения отличается от такового у гороховых белков.
Согласно совету экспертов, на основании либо ольфакторного критерия, либо вкусового критерия идентификаторы гидролизатов «горох», а также «кислый», «горький», «едкий», «острый» и «квашеный» являются ослабленными относительно таковых у нативных гороховых белков.
Пример 9 (сравнительный): Получение гидролизатов растительных белков согласно другим способам
Пример 9-1
Гидролизаты гороховых, картофельных и кукурузных белков получали, следуя процедуре, указанной в качестве примера в документе GB 705489, включающей последовательные этапы:
1) получения белкового раствора с 10-15% сухого вещества (10% горохового белка, 13% картофельного и кукурузного белков),
2) добавления 25 мл 40% NaOH,
3) нагревания в течение 30 минут при 82°С,
4) нейтрализации до рН=7 при помощи HCl,
5) нагревания в течение 2 минут при 82°С,
6) лиофилизации.
Полученные результаты представлены в таблице Х ниже:
Таблица Х
Согласно настоящему изобретению
Сравнительный тест
Горох
Картофель
Кукуруза
Содержание
60-95
77,6
51
64,4
Растворимость/сухой
60-100
99,5
83,3
65,5
Степень гидролиза
5-8,5*
4
7
2
Эмульгирующая способность
60-90
86,7
76
66,7
Длина цепи
10-20
21
20
54
* смотри таблицу V выше
Способ согласно GB 705489, следовательно, не обеспечивает возможность получения гидролизатов растительных белков, обладающих хорошим соотношением свойств, желательных согласно настоящему изобретению.
Пример 9-2
Гидролизаты гороховых, картофельных и кукурузных белков получали, следуя процедуре, указанной в качестве примера в документе US 2999753, включающей последовательные этапы:
1) получения белкового раствора с 10-15% сухого вещества (10% горохового белка, 12% картофельного и кукурузного белков),
2) доведения рН до 10,7 при помощи NaOH,
3) нагревания в течение 20 ч при 40°С,
4) нейтрализации до рН=5,5 при помощи HCl,
5) лиофилизации.
Полученные результаты представлены в таблице XI ниже:
Таблица XI
Согласно настоящему изобретению
Сравнительный тест
Горох
Картофель
Кукуруза
Содержание
60-95
79,9
54,4
66,9
Растворимость/сухой
60-100
28,95
35,1
17,7
Степень гидролиза
5-8,5*
1
4
1
Эмульгирующая способность
60-90
57,3
60
58,3
Длина цепи
10-20
102
87
160
* смотри таблицу V выше
Способ согласно US 2999753, следовательно, не обеспечивает возможность получения гидролизатов растительных белков, обладающих хорошим соотношением свойств, желательных согласно настоящему изобретению.