ПРОИЗВОДСТВО МУКИ ИЗ МАСЛИЧНЫХ СЕМЯН
OIL SEEDS FLOUR PRODUCTION

Область техники
Изобретение направлено на производство муки из масличных семян для извлечения белка из нее.
Предшествующий уровень техники
В совместно рассматриваемых заявках на патенты США №10/137391, поданной 3 мая 2002 г. (WO 02/089597), и №10/476830, правопреемником по которым является автор настоящей заявки и которые включены в перечень ссылок к настоящей заявке, описывается способ производства белкового изолята высокой чистоты, содержащего, по меньшей мере, примерно 100 мас.% белка при определении его по Кьельдалю или аналогичным методом в виде процентного содержания азота (N) при коэффициенте пересчета 6,25. Употребляемое в контексте описания выражение "содержание белка" относится к количеству белка в сухом веществе белкового изолята. В вышеупомянутых заявках на патенты США белковый изолят производится способом, в котором мука из масличных семян обрабатывается экстракцией раствором соли пищевого качества; полученный белковый раствор после предварительной обработки адсорбентом пигментов концентрируется, в случае необходимости, до содержания белка, по меньшей мере, примерно 200 г/л; концентрированный белковый раствор разбавляется охлажденной водой для образования белковых мицелл, которые осаждаются отстаиванием с получением агрегатированной, коалесцирующей, плотной, аморфной, клейкой, подобно клейковине, массы белкового изолята, обозначаемой термином «белковая мицеллярная масса» или РММ (БММ), которая отделяется от остаточной водной фазы и может использоваться как таковая или подвергаться сушке.
В одном из вариантов осуществления вышеуказанного способа, и особенно как описывается в заявках на патенты США №10/137391 и 10/476830, надосадочная жидкость от стадии осаждения РММ подвергается обработке с целью извлечения белкового изолята, содержащего сухой белок из влажной РММ и надосадочной жидкости. Эта процедура может осуществляться путем предварительного концентрирования надосадочной жидкости с использованием ультрафильтрационных мембран, смешивания концентрированной надосадочной жидкости с влажной РММ и сушки смеси. Полученный изолят белка канолы имеет высокую степень чистоты, по меньшей мере, примерно 90 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 мас.% белка (N×6,25).
В другом варианте вышеуказанного способа, и особенно как описывается в заявках №10/137391 и 10/476830, надосадочная жидкость от стадии осаждения РММ подвергается обработке с целью извлечения белка из надосадочной жидкости. Эта процедура может осуществляться путем предварительного концентрирования надосадочной жидкости с использованием ультрафильтрационных мембран и сушки концентрата. Полученный изолят белка канолы имеет высокую степень чистоты, по меньшей мере, примерно 90 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 мас.% белка (N×6,25).
Способы, описанные в вышеупомянутых заявках на патенты США, в основном являются периодическими (batch) способами. В совместно рассматриваемой заявке на патент США №10/298678, поданной 19 ноября 2002 г. (WO 03/043439), правопреемником по которой является автор настоящей заявки и которая включена в перечень ссылок к настоящей заявке, описывается непрерывный способ производства изолятов белка канолы. В соответствии с этим способом мука из масличных семян канолы непрерывно смешивается с раствором соли; смесь транспортируется по трубопроводу с одновременной экстракцией белка из муки из масличных семян канолы с образованием водного белкового раствора; водный белковый раствор непрерывно отделяется от остаточной муки из масличных семян канолы; водный белковый раствор непрерывно пропускается через операцию с селективной мембраной с целью повышения содержания белка в водном белковом растворе, по меньшей мере, примерно до 200 г/л при поддержании ионной силы раствора в основном постоянной; полученный концентрированный белковый раствор непрерывно смешивается с охлажденной водой с тем, чтобы вызвать образование белковых мицелл, и белковые мицеллы непрерывно осаждаются отстаиванием, в то время как надосадочная жидкость непрерывно сливается до тех пор, пока в резервуаре-отстойнике не накопится требуемое количество РММ. РММ удаляется из резервуара-отстойника и может подвергаться сушке. РММ имеет содержание белка, по меньшей мере, примерно 90 мас.% (N×6,25), предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 мас.%.
Мука, которая обрабатывается экстракцией на начальной стадии производства белкового изолята, содержит ряд компонентов, которые могут влиять на вкус и цвет белкового изолята. Например, она может включать частицы оболочек семян, содержащие некоторые фенольные соединения, которые могут выщелачиваться в экстракт. Такие фенольные соединения склонны к окислению с образованием окрашенных соединений.
Другими компонентами, которые могут влиять на качество муки и продуктов из нее, являются глюкозинолаты и продукты их деградации. Деградация глюкозинолатов катализируется расщепляющими ферментами, называемыми мирозиназами, которые расщепляют глюкозинолаты на изотиоцианаты, тиоцианаты, нитрилы и элементарную серу. Продукты деградации глюкозинолатов снижают ценность содержащих глюкозинолаты растений при использовании их в пищевых продуктах для человека или в кормах для животных.
Канола известна также как рапс или масличная сурепка.
Краткое описание изобретения
В настоящем изобретении масличные семена канолы подвергаются тепловой обработке для инактивирования мирозиназ и обрушению перед дроблением обрушенных масличных семян с целью извлечения масла из них. Эта процедура минимизирует присутствие компонентов в муке, которые могут отрицательно влиять на цвет и вкус белкового изолята, полученного из муки из масличных семян с применением описанных выше способов. Проводимая тепловая обработка может применяться также для инактивирования других ферментов, которые могут присутствовать в масличных семенах.
Инактивирование мирозиназ и других ферментов, присутствующих в масличных семенах канолы, может осуществляться любым удобным образом, пригодным для инактивирования ферментов. Наиболее удобно проводить инактивирование с использованием пара при температуре примерно 90°С в течение минимум 10 минут, хотя могут применяться и другие температурно-временные режимы и методы, например инфракрасный, микроволновый или высокочастотный нагрев. Главное, чтобы достигалось инактивирование ферментов, включая мирозиназы.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения обеспечивается способ получения муки из масличных семян канолы, который включает тепловую обработку масличных семян канолы для инактивирования ферментов в них, обрушение масличных семян канолы и удаление масла канолы из прошедших тепловую обработку и обрушение масличных семян для обеспечения муки из масличных семян канолы.
Мука из масличных семян канолы, полученная таким способом, может затем подвергаться обработке с целью извлечения из нее изолятов белка канолы, имеющих содержание белка, по меньшей мере, примерно 90 мас.% (N×6,25), предпочтительно, по меньшей мере, 100 мас.%. Применяемая процедура выделения белка канолы предпочтительно является одной из тех, которые описываются в вышеупомянутых заявках на патенты США.
Краткое описание фигур
На фиг.1 представлена схема подготовительной процедуры для получения обрушенных и обезжиренных масличных семян канолы в соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения.
На фиг.2 представлена схема подготовительной процедуры для получения обрушенных и обезжиренных масличных семян канолы в соответствии с менее предпочтительным вариантом изобретения.
На фиг.3 представлена схема процесса получения изолята белка канолы из обрушенных и обезжиренных масличных семян канолы, подготовленных согласно процедуре фиг.1 или фиг.2.
На фиг.4 графически представлены температурные профили тепловой обработки масличных семян канолы и фракций общей массы обрушенных семян.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение касается способа обработки масличных семян канолы для получения муки из масличных семян канолы, из которой могут быть приготовлены изоляты белка канолы.
Способ включает тепловую обработку масличных семян канолы с целью инактивирования ферментов мирозиназ и других ферментов, присутствующих в семенах, и обрушение семян. Обрушение может осуществляться после тепловой обработки или перед тепловой обработкой. Затем обработанные семена подвергаются стадии удаления масла с получением муки из масличных семян канолы.
Тепловую обработку удобно осуществлять примерно при 90°С в течение минимум около 5 минут, предпочтительно около 10 минут, с использованием парового нагрева. Как упоминалось выше, могут применяться и другие температурно-временные режимы и методы, такие как обработка инфракрасным, микроволновым или высокочастотным нагревом. После тепловой обработки масличные семена обычно охлаждаются до температуры окружающей среды для последующей обработки.
В одном из вариантов изобретения, показанном на фиг.1, масличные семена канолы сначала инактивируются в аппарате для тепловой обработки примерно при 90°С в течение около 10 минут за счет инжекции пара. Затем инактивированные масличные семена охлаждаются до температуры окружающей среды с использованием, например, сушилки с кипящим слоем. Охлажденные инактивированные масличные семена канолы направляются затем в дробилку, в которой оболочки семян канолы дробятся и раздробленные оболочки отделяются от общей массы канолы, например, воздушной аспирацией. Общая масса канолы разделяется на более крупную фракцию (сход с сита) и более мелкую фракцию (проход сита) с использованием, например, вибрационного сита. В изображенном на фиг.1 примере для стадии разделения используется сито 14 меш.
Фракция сход с сита содержит, как правило, больше остаточных, нераздробленных оболочек семян и в большинстве случаев многократно рециркулирует через дробилку для удаления остаточных оболочек. После удаления остатков оболочек из фракции сход с сита она может подвергаться обработке с целью извлечения масла канолы и получения муки из масличных семян канолы путем переработки общей массы канолы в хлопья и проведения экстракции хлопьев растворителем. Из извлеченной муки растворитель обычно удаляется.
Фракция проход сита обрабатывается с целью удаления остаточных оболочек, например, воздушной аспирацией. После удаления остатков оболочек из фракции проход сита она может обрабатываться с целью извлечения масла канолы и производства муки из масличных семян канолы путем переработки общей массы канолы в хлопья и проведения экстракции хлопьев растворителем. Из полученной муки растворитель обычно удаляется. Обе фракции общей массы канолы - сход с сита и проход сита - можно объединить перед стадией переработки в хлопья.
В другом варианте изобретения, показанном на фиг.2, инактивирование ферментов проводится после обрушения семян. Мука из масличных семян канолы подается в дробилку, в которой оболочки семян дробятся и раздробленные оболочки отделяются от общей массы канолы. Общая масса канолы разделяется на более крупную фракцию (сход с сита) и более мелкую фракцию (проход сита) с использованием, например, вибрационного сита. Фракция сход с сита содержит, как правило, больше остаточных, нераздробленных оболочек семян и в большинстве случаев многократно рециркулирует через дробилку для удаления остатков оболочек.
Каждая из фракций - сход с сита и проход сита - подвергается инактивированию в аппарате для тепловой обработки примерно при 90°С в течение 10 минут за счет инжекции пара. Затем инактивированные фракции охлаждаются по отдельности, например, с использованием сушилки с кипящим слоем.
После этого охлажденные фракции подвергаются обработке с целью извлечения масла канолы и получения муки из масличных семян канолы. Фракция сход с сита подвергается переработке в хлопья, удалению остаточных оболочек, например воздушной аспирацией, и экстракции хлопьев растворителем. Растворитель из полученной муки может быть удален.
Фракция проход сита подвергается переработке в хлопья, а хлопья подвергаются экстракции растворителем. Растворитель из полученной муки может быть удален.
Остаточная мука, полученная в результате этих операций, подвергается последующей обработке для извлечения из нее изолята белка канолы с применением способа, описанного в вышеупомянутых заявках на патенты США, что более подробно описывается ниже.
Соответствующие изоляты белка канолы, полученные из РММ и из надосадочной жидкости, могут выделяться из муки из масличных семян канолы либо периодическим способом, либо непрерывным способом, либо полунепрерывным способом, как описывается в вышеупомянутых заявках на патенты США.
Начальная стадия способа получения изолятов белка канолы включает солюбилизацию белкового материала из муки из масличных семян канолы. Белковый материал, извлеченный из муки из семян канолы, может быть нативным белком семян канолы, либо белковый материал может быть генетически модифицированным белком, но обладающим характерными гидрофобными и полярными свойствами натурального белка. Мука канолы может быть любой мукой канолы, полученной в результате удаления масла канолы из масличных семян канолы, с варьирующим уровнем неденатурированного белка, что достигается, например, методами экстракции горячим гексаном или холодной экструзии масла. Удаление масла канолы из масличных семян канолы обычно осуществляется как отдельная операция в описываемом здесь способе извлечения белкового изолята.
Солюбилизация белка проводится в соответствии с настоящим изобретением с использованием раствора соли. В качестве соли обычно используется хлорид натрия, хотя могут использоваться и другие пригодные для данной цели соли, такие как хлорид калия и хлорид кальция. Раствор соли имеет ионную силу, по меньшей мере, примерно 0,10, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 0,15, чтобы обеспечить солюбилизацию значительных количеств белка. Как только ионная сила раствора соли начинает повышаться, степень солюбилизации белка в муке из масличных семян первоначально возрастает до достижения максимального значения. Последующее повышение ионной силы не будет приводить к увеличению общего количества солюбилизированного белка. Ионная сила раствора соли, которая вызывает максимум солюбилизации белка, варьирует в зависимости от выбранной муки из масличных семян.
С учетом необходимости достижения более высокой степени разбавления, требуемой для осаждения белка с увеличением ионной силы, обычно предпочитается, чтобы значение ионной силы было ниже примерно 0,8, более предпочтительно, чтобы оно составляло примерно от 0,15 до 0,6.
В периодическом способе солюбилизация белка в растворе соли проводится при температуре, по меньшей мере, примерно 5°С и предпочтительно примерно до 35°С, что предпочтительно сопровождается перемешиванием для сокращения продолжительности солюбилизации, которая обычно составляет примерно от 10 до 60 минут. Солюбилизация предпочтительно проводится с целью экстрагировать как можно больше белка из муки из масличных семян, насколько это практически возможно, с тем, чтобы обеспечить высокий общий выход продукта.
В качестве нижнего температурного предела выбирается температура примерно 5°С, поскольку при температуре ниже указанной солюбилизация настолько замедляется, что становится практически нецелесообразной, тогда как в качестве предпочтительного верхнего температурного предела выбирается температура примерно 35°С, так как при более высоких температурных уровнях процесс становится неэкономичным при осуществлении его в периодическом режиме.
В непрерывном способе экстракция белка из муки из масличных семян канолы осуществляется любым образом, постоянно обеспечивающим непрерывную экстракцию белка из муки из масличных семян канолы. В одном из вариантов мука из масличных семян канолы непрерывно смешивается с раствором соли, и полученная смесь транспортируется по трубопроводу, длина которого и продолжительность нахождения смеси в котором при скорости потока достаточны для осуществления требуемой экстракции в соответствии с параметрами, указанными в настоящем описании. В таком непрерывном способе стадия солюбилизации в растворе соли происходит быстро, в течение времени примерно до 10 минут, что особенно предпочтительно, так как эффективная солюбилизация позволяет экстрагировать максимально возможное на практике количество белка из муки из масличных семян канолы. Солюбилизация в непрерывном способе предпочтительно проводится при повышенных температурах, предпочтительно выше примерно 35°С, в большинстве случаев примерно до 65°С.
Водный раствор соли и мука из масличных семян канолы имеют естественный рН примерно от 5 до 6,8, что делает возможным образование белкового изолята мицеллярным путем, как более подробно описано ниже.
При предельных значениях рН указанного диапазона и вблизи них образование белкового изолята мицеллярным путем происходит только частично и с более низким выходом, чем при других значениях рН в указанном диапазоне. Поэтому предпочтительными являются значения рН примерно от 5,3 до 6,2.
На стадии экстракции рН раствора соли может регулироваться при необходимости до любого требуемого значения в диапазоне примерно от 5 до 6,8 с использованием любой пригодной для данной цели кислоты, обычно соляной, или щелочи, обычно гидроксида натрия.
Концентрация муки из масличных семян в растворе соли на стадии солюбилизации может варьировать в широких пределах. Типичные значения концентрации составляют примерно от 5 до 15% мас./об.
Стадия экстракции белка водным раствором соли оказывает дополнительный эффект растворения жиров, которые могут присутствовать в муке канолы, что обусловливает их переход в водную фазу.
Белковый раствор, полученный от стадии экстракции, обычно имеет концентрацию белка примерно от 5 до 40 г/л, предпочтительно - примерно от 10 до 30 г/л.
Водная фаза от стадии экстракции может отделяться затем от остаточной муки канолы любым пригодным для этой цели образом с использованием, например, центрифуги-декантера с последующим центрифугированием в тарельчатой центрифуге и/или фильтрацией для удаления остаточной муки. Отделенная остаточная мука может подвергаться сушке для дальнейшего использования.
Цвет готового изолята белка канолы можно улучшить, т.е. сделать его более светлым с менее интенсивным желтым оттенком, путем смешивания активированного угля в порошке или другого агента, адсорбирующего пигменты, с отделенным водным белковым раствором и последующего удаления адсорбента, обычно фильтрацией, с получением белкового раствора. Для удаления пигментов может использоваться также диафильтрация.
Такая стадия удаления пигментов может проводиться в любых удобных для этой цели условиях, обычно при комнатной температуре отделенного водного белкового раствора с использованием любого подходящего агента, адсорбирующего пигменты. Активированный уголь в порошке используется в количестве примерно от 0,025 до 5% мас./об., предпочтительно - примерно от 0,05 до 2% мас./об.
В тех случаях, когда мука из семян канолы содержит значительное количество жира, могут быть предусмотрены стадии обезжиривания отделенного водного белкового раствора и концентрированного водного белкового раствора. Эти стадии описываются в патентах США №5844086 и 6005076, правопреемником по которым является автор настоящей заявки и которые включены в перечень ссылок к настоящей заявке, и обсуждаются ниже. Если проводится стадия улучшения цвета, то эта стадия может осуществляться после первой стадии обезжиривания.
Альтернативным способом является экстракция муки из масличных семян раствором соли при относительно высоком значении рН - выше примерно 6,8, в большинстве случаев - примерно до 9,9. рН раствора хлорида натрия может регулироваться до требуемого значения в щелочной области рН с помощью любой подходящей щелочи пищевого качества, например водного раствора гидроксида натрия. Альтернативно мука из масличных семян может подвергаться экстракции раствором хлорида натрия при относительно низком значении рН - ниже примерно рН 5, в большинстве случаев - ниже примерно рН 3. При применении такой альтернативы водная фаза от стадии экстракции муки из масличных семян отделяется затем от остаточной муки канолы любым пригодным для этой цели образом, например с использованием центрифуги-декантера с последующим центрифугированием в тарельчатой центрифуге, для удаления остаточной муки. Отделенная таким образом остаточная мука может подвергаться сушке для последующего использования.
Затем рН водного белкового раствора от стадии экстракции, проводившейся при высоком или низком значениях рН, устанавливается в диапазоне рН примерно от 5 до 6,8, предпочтительно - примерно от 5,3 до 6,2, что обсуждалось выше, перед последующей обработкой, что обсуждается ниже. Указанное регулирование рН может проводиться соответственно с использованием любой подходящей кислоты, такой как соляная кислота, или щелочи, такой как гидроксид натрия.
После этого водный белковый раствор концентрируется для повышения концентрации белка в нем при поддержании ионной силы раствора в основном постоянной. Такое концентрирование обычно проводится с целью получения концентрированного белкового раствора, имеющего концентрацию белка, по меньшей мере, примерно 50 г/л, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 200 г/л, более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 250 г/л.
Стадия концентрирования может проводиться любым пригодным для этой цели методом, надежным в периодическом или непрерывном режиме, например с применением любой удобной селективной мембранной технологии, такой как ультрафильтрация или диафильтрация, с использованием мембран, таких как мембраны из полых волокон или закрученные в спирали мембраны, с требуемой проницаемостью для соединений с молекулярной массой, например, примерно от 3000 до 100000 дальтон, предпочтительно - примерно от 5000 до 10000 дальтон, в зависимости от материалов, из которых изготовлены мембраны, и конфигураций мембран, а в случае непрерывного режима - с использованием мембран определенных размеров, обеспечивающих требуемую степень концентрации белка в пропускаемом через мембраны водном белковом растворе.
Концентрированный белковый раствор может подвергаться затем стадии диафильтрации с использованием водного раствора хлорида натрия такой же молярности и с таким же рН, что и экстракционный раствор. Указанная диафильтрация может осуществляться с использованием примерно от 2 до 20 объемов диафильтрационного раствора, предпочтительно - примерно от 5 до 10 объемов диафильтрационного раствора. В процессе диафильтрации из водного белкового раствора в проходящий через мембрану пермеат удаляется дополнительное количество загрязняющих веществ. Операция диафильтрации может проводиться до перехода в пермеат значительных количеств фенольных соединений и заметно окрашенных соединений. Такая диафильтрация может осуществляться с использованием мембран с проницаемостью для соединений с молекулярной массой примерно от 3000 до 100000 дальтон, предпочтительно - примерно от 5000 до 10000 дальтон, в зависимости от материалов, из которых изготовлены мембраны, и конфигураций мембран.
В диафильтрационной среде в процессе, по меньшей мере, части стадии диафильтрации может присутствовать антиоксидант. Антиоксидант может быть любым пригодным для данной цели антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество антиоксиданта, используемое в диафильтрационной среде, зависит от используемых материалов и может варьировать примерно от 0,01 до 1 мас.%, предпочтительно - примерно 0,05 мас.%. Антиоксидант служит для предупреждения окисления фенольных соединений, присутствующих в концентрированном растворе белкового изолята канолы.
Стадия концентрирования и стадия диафильтрации могут проводиться при любой подходящей температуре - в большинстве случаев при температуре примерно от 20°С до 60°С, предпочтительно - при температуре примерно от 20°С до 30°С, и в течение периода времени, достаточного для достижения требуемой степени концентрирования. Применяемые температура и другие условия в определенной степени зависят от мембранного оборудования, используемого для осуществления концентрирования, и от требуемой концентрации белка в растворе.
Концентрирование белкового раствора до предпочтительной концентрации белка в нем более примерно 200 г/л на этой стадии не только повышает выход продукта в ходе процесса до уровня, превышающего примерно 40%, предпочтительно примерно 80%, в пределах того количества экстрагированного белка, из которого получают сухой белковый изолят, но и снижает концентрацию соли в готовом белковом изоляте после сушки. Возможность контроля концентрации соли в изоляте очень важна с точки зрения последующего использования изолята, так как варьирование концентрации соли может повлиять на функциональные и сенсорные свойства белкового изолята в составе тех пищевых продуктов, в производстве которых он будет использоваться.
Как хорошо известно, ультрафильтрация и аналогичные селективные мембранные технологии обеспечивают прохождение низкомолекулярных соединений через мембраны, удерживая в то же время соединения с высокой молекулярной массой. Низкомолекулярные соединения включают не только ионные разновидности солей пищевого качества, но и низкомолекулярные материалы, экстрагированные из различного сырья, такие как углеводы, пигменты и антипитательные факторы, а также низкомолекулярные формы белка. Проницаемость мембран по молекулярной массе обычно выбирается с учетом необходимости удержания значительной части белка в растворе при свободном прохождении загрязнителей через мембраны и зависит от различных материалов, из которых изготовлены мембраны, и от конфигураций мембран.
Концентрированный и необязательно диафильтрованный белковый раствор может подвергаться, если это требуется, следующей операции обезжиривания, как описано в патентах США №5844086 и 6005076.
Концентрированный и необязательно диафильтрованный белковый раствор может подвергаться операции по удалению цвета, альтернативной вышеописанной операции удаления цвета. Для этой цели может использоваться активированный уголь в порошке, а также гранулированный активированный уголь (GAC). Другим материалом, который может использоваться в качестве адсорбирующего цвет агента, является поливинилпирролидон.
Стадия обработки адсорбирующим цвет агентом может осуществляться в любых удобных для этого условиях, обычно при комнатной температуре раствора белка канолы. Активированный уголь в порошке может использоваться в количестве примерно от 0,025 до 5% мас./об., предпочтительно - примерно от 0,05 до 2% мас./об. Если в качестве адсорбирующего цвет агента используется поливинилпирролидон, то его количество составляет примерно от 0,5 до 5% мас./об., предпочтительно - примерно от 2 до 3% мас./об. Адсорбирующий цвет агент может удаляться из раствора белка канолы любыми удобными средствами, например фильтрацией.
Концентрированный и необязательно диафильтрованный белковый раствор от необязательной стадии удаления цвета может подвергаться пастеризации с целью уничтожения бактерий, которые могли попасть в исходную муку в процессе ее хранения или каким-либо иным образом и перейти из муки в раствор изолята белка канолы на стадии экстракции. Указанная пастеризация может проводиться в любых требуемых для пастеризации условиях. В большинстве случаев концентрированный и необязательно диафильтрованный белковый раствор нагревается до температуры примерно от 55 до 70°С, предпочтительно - примерно от 60 до 65°С, в течение примерно от 10 до 15 минут, предпочтительно - примерно 10 минут. Затем пастеризованный концентрированный белковый раствор может охлаждаться для последующей обработки, как описывается ниже, предпочтительно до температуры примерно от 25 до 40°С.
В зависимости от применяемой на стадии концентрирования температуры концентрированный белковый раствор может подогреваться до температуры, по меньшей мере, примерно от 20 до 60°С, предпочтительно - примерно от 25 до 40°С, с целью уменьшения вязкости концентрированного белкового раствора для облегчения выполнения последующей стадии разбавления и образования мицелл. Концентрированный белковый раствор не рекомендуется нагревать до температуры, выше которой температура концентрированного белкового раствора не будет вызывать образование мицелл при разбавлении охлажденной водой. Концентрированный белковый раствор может подвергаться, если потребуется, последующей операции обезжиривания, как описано в вышеупомянутых патентах США №5844086 и 6005076.
Концентрированный белковый раствор от стадии концентрирования и необязательной стадии диафильтрации, необязательной стадии удаления цвета, необязательной стадии пастеризации и необязательной стадии обезжиривания разбавляется с целью вызвать образование мицелл путем смешивания концентрированного белкового раствора с охлажденной водой, имеющей объем, требуемый для достижения желательной степени разбавления. Степень разбавления концентрированного белкового раствора может варьировать в зависимости от относительного количества белка канолы, которое требуется получить мицеллярным путем, и относительного количества белка канолы из надосадочной жидкости. В большинстве случаев при повышенных уровнях разбавления большая часть белка канолы остается в водной фазе.
Если требуется, чтобы большая часть белка была получена мицеллярным путем, то в этом случае концентрированный белковый раствор разбавляется примерно в 15 раз или менее, предпочтительно - примерно в 10 раз или менее.
Охлажденная вода, с которой смешивается концентрированный белковый раствор, имеет температуру ниже примерно 15°С, обычно - примерно от 3 до 15°С, предпочтительно - ниже примерно 10°С, поскольку повышенный выход белкового изолята в форме белковой мицеллярной массы достигается именно при этих пониженных температурах при указанной кратности разбавления.
В периодическом способе партия концентрированного белкового раствора добавляется к статической массе охлажденной воды, имеющей требуемый объем, как обсуждалось выше. Разбавление концентрированного белкового раствора и, как следствие этого, снижение его ионной силы вызывают образование хлопьевидной массы высоко ассоциированных белковых молекул в виде дискретных белковых капель в мицеллярной форме. В периодическом способе белковые мицеллы осаждаются отстаиванием в массе охлажденной воды с образованием агрегатированной, коалесцирующей, плотной, аморфной, клейкой, подобной клейковине, белковой мицеллярной массы (РММ). Осаждение можно ускорить, например, путем центрифугирования. Такое ускоренное осаждение снижает содержание жидкости в белковой мицеллярной массе, уменьшая тем самым влагосодержание в большинстве случаев примерно с 70 мас.% - 95 мас.% до примерно 50 мас.% - 80 мас.% общей мицеллярной массы. Снижение влагосодержания мицеллярной массы таким путем уменьшает также содержание поглощенной соли в мицеллярной массе и, следовательно, содержание соли в сухом изоляте.
Альтернативно операция разбавления может осуществляться непрерывно путем непрерывной подачи концентрированного белкового раствора в одно входное отверстие Т-образного трубопровода, в то время как вода для разбавления подается в другое входное отверстие Т-образного трубопровода, что обеспечивает их смешивание в трубопроводе. Вода для разбавления подается в Т-образный трубопровод в количестве, достаточном для достижения требуемой степени разбавления концентрированного белкового раствора.
Смешивание концентрированного белкового раствора с водой для разбавления в трубопроводе инициирует образование белковых мицелл, и полученная смесь отводится из выходного отверстия Т-образного трубопровода в резервуар-отстойник, из которого при его наполнении сливается надосадочная жидкость. Смесь предпочтительно подается в массу жидкости в резервуаре-отстойнике таким образом, чтобы минимизировать турбулентность в массе жидкости.
В непрерывном способе белковые мицеллы осаждаются отстаиванием в резервуаре-отстойнике с образованием агрегатированной, коалесцирующей, плотной, аморфной, клейкой, подобной клейковине, белковой мицеллярной массы (РММ), и эта процедура продолжается до тех пор, пока на дне резервуара-отстойника не накопится требуемое количество РММ, после чего накопленная РММ удаляется из резервуара-отстойника. В периодическом способе осаждение может ускоряться, например, центрифугированием.
Комбинация параметров процесса концентрирования белкового раствора до предпочтительного содержания белка, по меньшей мере, примерно 200 г/л и кратности разбавления менее примерно 15 обеспечивает более высокий выход продукта, зачастую намного более высокий выход, в пределах того количества белка, которое извлекается в форме белковой мицеллярной массы из экстракта исходной муки, и получение намного более чистых изолятов с точки зрения содержания в них белка, чем это достигается при использовании любого из известных из предшествующего уровня техники способов получения белковых изолятов, обсуждаемых в вышеупомянутых патентах США.
По сравнению с периодическим способом при применении непрерывного способа извлечения изолята белка канолы начальная стадия экстракции белка может значительно сокращаться во времени при том же уровне экстракции белка, и на стадии экстракции могут применяться значительно более высокие температуры. В дополнение к этому в непрерывном способе риск заражения меньше, чем в периодическом способе, что приводит к более высокому качеству продукта и к возможности осуществления способа на более компактном оборудовании.
Осажденный отстаиванием изолят отделяется от остаточной водной фазы или надосадочной жидкости, например, путем декантации остаточной водной фазы из осажденной массы или путем центрифугирования. РММ может использоваться во влажном виде или может подвергаться сушке любым удобным способом, таким как распылительная сушка, сублимационная сушка или вакуумная вальцовая сушка, до сухого продукта. Сухая РММ имеет высокое содержание белка, превышающее примерно 90 мас.% белка, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 мас.% белка (при расчете по Кьельдалю N×6,25), и является, по существу, неденатурированной (что установлено дифференциальной сканирующей калориметрией). Сухая РММ, выделенная из жиросодержащей муки из масличных семян, может иметь также низкое остаточное содержание жира, которое может составлять менее примерно 1 мас.%, в том случае, когда появляется необходимость применения способов патентов США 5844086 и 6005076. Изолят белка канолы содержит более низкое количество фитиновой кислоты по сравнению с экстракцией муки водным раствором хлорида натрия при тех же условиях реакции, и оно предпочтительно может составлять менее примерно 1 мас.%.
Надосадочная жидкость от стадии образования и осаждения РММ содержит значительное количество белка канолы, не осажденного на стадии разбавления, и подвергается обработке с целью извлечения из нее изолята белка канолы. Надосадочная жидкость от стадии разбавления (после удаления РММ) концентрируется с целью повышения концентрации белка в ней. Такое концентрирование проводится с использованием любой удобной селективной мембранной технологии, такой как ультрафильтрация, с применением мембран с требуемой проницаемостью для низкомолекулярных соединений, включая соль и другие небелковые низкомолекулярные материалы, экстрагируемые из белкового сырья, которые проходят через мембрану, в то время как белок канолы удерживается в растворе. Могут использоваться ультрафильтрационные мембраны, обладающие проницаемостью для соединений с молекулярной массой примерно от 3000 до 100000 дальтон в зависимости от материалов, из которых изготовлены мембраны, и конфигураций мембран. Концентрирование надосадочной жидкости таким путем сокращает также объем жидкости, который требуется высушить с целью извлечения белка. В большинстве случаев надосадочная жидкость концентрируется перед сушкой до концентрации белка примерно от 100 до 400 г/л, предпочтительно - примерно от 200 до 300 г/л. Такая операция концентрирования может осуществляться в периодическом режиме или в непрерывном режиме, как описывается выше для стадии концентрирования белкового раствора.
Концентрированная надосадочная жидкость может подвергаться сушке любым удобным способом, таким как распылительная сушка, сублимационная сушка или вакуумная вальцовая сушка, с получением ее в сухом виде для извлечения из нее дополнительного изолята белка канолы. Этот дополнительный изолят белка канолы имеет высокое содержание белка - более примерно 90 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 мас.% белка (при расчете по Кьельдалю N×6,25), и является, по существу, неденатурированной (что установлено дифференциальной сканирующей калориметрией).
При необходимости, по меньшей мере, часть влажной РММ может комбинироваться, по меньшей мере, с частью концентрированной надосадочной жидкости перед сушкой комбинированных потоков белка любым удобным способом для получения комбинированной композиции изолятов белка канолы согласно одному из вариантов изобретения. Относительное количество белковых материалов, смешиваемых вместе, может выбираться таким, которое способно обеспечить конечную композицию изолятов белка канолы, имеющую требуемый профиль 2S/7S/12S белков. Альтернативно можно комбинировать сухие белковые изоляты в любых требуемых соотношениях в целях обеспечения требуемых профилей специфических белков 2S/7S/12S в смеси и для обеспечения тем самым композиции согласно изобретению. Комбинированная композиция изолятов белка канолы имеет высокое содержание белка, превышающее примерно 90 мас.% белка, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 мас.% белка (при расчете по Кьельдалю N×6,25), и является, по существу, неденатурированной (что установлено дифференциальной сканирующей калориметрией).
В другом альтернативном варианте, в котором только часть концентрированной надосадочной жидкости смешивается только с частью РММ и полученная смесь подвергается сушке, оставшаяся часть концентрированной надосадочной жидкости может подвергаться сушке, равно как и оставшаяся часть РММ. Кроме того, могут также смешиваться в требуемых соотношениях сухая РММ и сухая надосадочная жидкость, что обсуждается выше.
Действуя таким образом, можно извлечь несколько видов изолятов белка канолы - в форме сухой РММ, высушенной надосадочной жидкости и сухих смесей с различным соотношением (в мас. частях) между изолятом белка канолы из РММ и изолятом белка канолы из надосадочной жидкости, составляющим в большинстве случаев примерно от 5:95 до 95:5, что может быть желательно с точки зрения различных функциональных и питательных свойств, обусловленных разными соотношениями между 2S/7S/12S белками в композициях.
В качестве альтернативы разбавлению концентрированного белкового раствора охлажденной водой и обработке полученных осадка и надосадочной жидкости, как описывается выше, белок может выделяться из концентрированного белкового раствора путем диализа концентрированного белкового раствора для снижения в нем содержания соли. Снижение содержания соли в концентрированном белковом растворе приводит к образованию белковых мицелл в диализных трубках. По окончании диализа белковые мицеллы могут осаждаться отстаиванием, накапливаться и подвергаться сушке, как описывается выше. Надосадочная жидкость от стадии осаждения белковых мицелл может подвергаться обработке, как описывается выше, с целью извлечения из нее дополнительного белка. Альтернативно подвергаться сушке может непосредственно содержимое диализных трубок. Последний альтернативный способ полезен в том случае, когда требуется выделить небольшие количества белка в лабораторном масштабе.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Пример 1
В настоящем примере описываются получение муки из масличных семян канолы и ее последующая обработка для получения изолята белка канолы.
125 кг семян канолы сорта Argentina обрабатывали способом, схематически представленным на фиг.1. Сначала семена подвергали тепловой обработке в аппарате для тепловой обработки с паровым обогревом при 90°C с выдержкой при указанной температуре в течение 10 минут с целью инактивирования мирозиназы и других ферментов. После охлаждения полученных 115,8 кг инактивированного масла канолы в сушилке с кипящим слоем семена дробили и частично удаляли оболочки семян воздушной аспирацией.
Более крупную фракцию канолы (сход с сита) отделяли через вибрационное сито 14 меш и после 4-кратной рециркуляции схода с сита через дробилку получали 42,4 кг основной массы канолы и более мелкую фракцию оболочек семян. Проход сита (36 кг) пропускали через конечную систему воздушной аспирации для удаления остаточных оболочек. Готовую массу (35,3 кг) или проходящую через сито фракцию проход сита перерабатывали в хлопья в плющильном станке для хлопьев перед подачей 34,1 кг хлопьев канолы в экстрактор Сокслета для экстракции масла растворителем, в то время как фракцию схода с сита выгружали.
Не содержащую оболочек семян, обезжиренную муку от стадии экстракции масла (16,17 кг) использовали в качестве исходного материала для экстракции белка, как описывается ниже в примере 2. Указанную муку идентифицировали как SD024.
Из второй партии (130,4 кг) семян канолы сорта Argentina получали две дополнительные фракции, не содержащие оболочек семян, обезжиренной муки канолы в соответствии со способом фиг.2. В этой партии семена сначала дробили и оболочки семян частично удаляли воздушной аспирацией.
Более крупную массу канолы отделяли через вибрационное сито 14 меш, а сход с сита подвергали 4-кратной рециркуляции через дробилку с получением 52,2 кг массы канолы и оболочек. После последнего пропускания через вибрационное сито и проход сита (49,2 кг), и сход с сита подвергали тепловой обработке с использованием пара при 90°С в течение 10 минут. Фракции охлаждали в сушилке с кипящим слоем. Полученную массу перерабатывали в хлопья в плющильном станке для хлопьев. Хлопья, полученные из прохода сита (38,1 кг), подвергали непосредственно экстракции растворителем в экстракторе Сокслета для удаления масла с получением (11,35 кг) обезжиренной муки, идентифицированной как SD029. Хлопья, полученные из схода с сита, обрабатывали воздушной аспирацией и обработанные аспирацией хлопья подвергали экстракции растворителем в экстракторе Сокслета для удаления масла с получением обезжиренной муки (11,37 кг), идентифицированной как SD027.
Температурные профили в процессе инактивирования масличных семян канолы для образцов SD024 ("партия №1"), SD029 ("партия №2 - проход с сита") и SD027 ("партия №2 - сход с сита") показаны на фиг.4.
Согласно способу из 112,3 кг инактивированных семян канолы в партии №1 выделили общую массу 35,3 кг, не содержащую оболочек (проход сита), что обеспечило общий выход 31,43 мас.%. Из 130,4 кг партии №2 канолы выделили общую массу 38,1 кг переработанных в хлопья, не содержащих оболочек высевок (проход сита), что обеспечило выход 29,2 мас.%. Относительно низкий выход не содержащей оболочек массы канолы может быть частично обусловлен неэффективным дроблением более мелких семян канолы вследствие использования крупно рифленых вальцов в плющильном станке для хлопьев. Использование более тонко рифленых наклонных вальцов (18 рифлей/1 дюйм≈7 рифлей/см) обеспечит более узкий зазор между вальцами и дробление более мелких семян. Более крупное и более однородное семя может также увеличить выход и постоянство удаления оболочек.
Условия аспирации регулировали с тем, чтобы достигнуть эффективного отделения оболочек от массы канолы. Установление перепада давлений воздуха с деления 0,4 на деление 0,8 дюймов водяного столба (20 мм водяного столба) обеспечило эффективное разделение. Более высокий перепад давлений вызывал чрезмерные потери эндосперма с фракцией оболочек.
Фракция общей массы после обработки в системе воздушной аспирации состояла из частиц с широким диапазоном размеров и более тонко измельченной канолы, содержавшей меньшее количество фрагментов оболочек. В результате этого из более крупной фракции массы и оболочек путем просеивания ее через вибрационное сито 14 меш удалось извлечь более мелкую фракцию массы, не содержавшую оболочки. Оптимальный размер ячеек в сите был подобран еще до установки этого оборудования с помощью ручных тестов на просеивание.
Переработку в хлопья проводили с целью разрушения маслосодержащих клеток путем пропускания фракций эндосперма без оболочек через комплект гладких вальцов в плющильном станке Lauhauf для получения хлопьев.
Не содержавшую оболочек массу из обеих партий №1 и №2 эффективно переработали в хлопья, установив зазор 0,08 мм между вальцами, и получили хлопья толщиной от 0,101 до 0,125 мм. Однако хлопья, полученные из партии №2, были более хрупкими и крошащимися по сравнению с хлопьями партии №1. Этот результат указывает на то, что инактивирование семян канолы перед их обрушением дает более стабильные хлопья.
После обезжиривания остаточное содержание масла в обезжиренной муке канолы партии №1 составило 1,50 мас.%. Мука партии №2 содержала 1,87 мас.% и 1,23 мас.% масла во фракциях проход сита и сход с сита соответственно.
Пример 2
Настоящий пример показывает приготовление изолятов белка канолы из обезжиренной муки, полученной согласно способам примера 1.
Обезжиренную, не содержащую оболочек муку с инактивированной мирозиназой, полученную, как описывается в примере 1, обрабатывали согласно способу, схематически представленному на фиг.3, для получения изолятов белка канолы.
'а' кг обезжиренной, не содержащей оболочек муки канолы с инактивированной мирозиназой добавляли к 'b' л 0,15 М раствора NaCl при комнатной температуре и перемешивали в течение 30 минут для получения водного белкового раствора. Остаточную муку канолы удаляли фильтрацией через сырную салфетку (серпянку) или другими пригодными для данной цели методами фильтрации. Полученный белковый раствор осветляли центрифугированием с получением 'с' л осветленного белкового раствора, имеющего содержание белка 'd' г/л.
Аликвотное количество 'е' л раствора белкового экстракта сокращали в объеме до 'f' л путем концентрирования в ультрафильтрационной системе с использованием мембраны, пропускающей соединения с молекулярной массой 'g' дальтон. Полученный концентрированный белковый раствор имел содержание белка 'h' г/л. Затем концентрированный белковый раствор подвергали диафильтрации с использованием мембран, пропускающих соединения с молекулярной массой 'i' дальтон, и с использованием 'j' л 0,15 М раствора хлорида натрия, содержащего 0,05 мас.% аскорбиновой кислоты, до конечного объема 'k' л диафильтрованного белкового раствора с содержанием белка 'l' г/л.
Диафильтрованный белковый раствор при 'm' °С разбавляли в 'n' соотношении водой с температурой 'о' °С. Образовавшееся сразу белое помутнение осаждали отстаиванием. Удаляли верхний слой воды, взятой для разбавления, а осевшую вязкую, клейкую массу (РММ) извлекали со дна резервуара в выход 'р' мас.% экстрагированного белка. Установлено, что сухой белок, полученный из РММ, имел содержание белка 'q' % (N×6,25) в сухом веществе. Продукт обозначили через 'r'.
Параметры 'а' - 'r' даны в нижеследующей таблице I.
Таблица I
r
BW-SD024-B03-03A С300
BW-SD029-B10-03A С300
BW-SD027-B17-02A С300
а
5
5
5
b
50
50
50
с
38,3
39
36
d
25,7
21,6
23,1
е
38,3
39
36
f
2,5
3,5
2,5
g
10000
10000
10000
h
218,3
218,9
232,0
i
10000
10000
10000
j
50
35
17,5
k
1,8
3,5
2,5
l
266,7
218,9
232,0
m
30,5
31
31,4
n
1:10
1:10
1:10
o
1,7
2
2,2
p
40,2
55,6
57,3
q
106,7
110,1
107,6
Удаленную взятую для разбавления воду уменьшали в объеме путем ультрафильтрации с использованием мембраны, проницаемой для соединений с молекулярной массой 's' дальтон, до концентрации белка 't' г/л. Концентрат высушивали. Вместе с дополнительным белком, извлеченным из надосадочной жидкости, общее извлечение белка составило 'u' мас.% экстрагированного белка. Полученный сухой белок имел содержание белка 'v'' мас.% (N×6,25) в сухом веществе.
Продукт был обозначен через 'w'. Параметры 's' - 'w' даются в нижеследующей таблице II.
Таблица II
w
BW-SD024-B03-03A С200
BW-SD029-B10-03A С200
BW-SD027-B17-02A С200
s
10000
10000
10000
t
20,7
52,1
118,0
u
46,7
70,6
78,6
v
103,8
103,6
106,2
Пример 3
В настоящем примере описываются результаты, полученные в соответствии со способами примера 2.
(а) Стадии экстракции и разделения
В таблице III (см. ниже) приводятся показатели кажущейся (видимой) экстрагируемости для трех видов муки. Кажущаяся экстрагируемость представляет собой процентное количество белка, которое может быть извлечено в том случае, когда может быть извлечен общий объем солевого раствора. Однако извлечение может варьировать вследствие различий между видами муки и/или различного удерживания жидкости в муке. Если при расчетах учитывается фактический объем после процессов осветления, то тогда результатом будет выход белка. Во всех трех случаях кажущаяся экстрагируемость была выше 40%. В случае муки SD024 и SD027 она была в пределах одного и того же порядка колебаний - 47,5 мас.% и 46,1 мас.% соответственно. А в случае муки SD029 - несколько ниже. Процессы обрушения семян и тепловой обработки муки не оказывали существенного влияния на кажущуюся экстрагируемость, поскольку ее значения находились в том же диапазоне, что и в случае муки с низкотемпературным удалением растворителя или отпрессованной муки (данные не показаны).
Таблица III
Кажущаяся экстрагируемость и выход белка в жидкие фракции после стадии фильтрации
Кажущаяся экстрагируемость (мас.%)
Выход белка после стадии фильтрации (мас.%)
BW-SD024-B03-03A
47,5
36,4
BW-SD029-B10-03A
41,3
38,0
BW-SD027-B17-02A
46,1
33,1
(б) Улътрафильтрация №1 и№2
Извлечение белка (таблица IV) из муки SD029 и SD027 было одинаковым и имело такие же значения, которые наблюдались в случае других видов муки при ультрафильтрации №1 с использованием 5 спиралеобразных мембран, изготовленных из PVDF. Более низкое значение 55 мас.% в случае муки SD024 объясняется небольшими потерями белка в пермеат. Хроматограмма пермеата показала значительное количество 2S белка в случае партии BW-SD024-B03-03A. Предполагается, что потери этого белка объясняются новизной использованных мембран.
Таблица IV
Извлечение белка и выход белка в ретентат при ультрафильтрации №1
Извлечение белка в ретентат (мас.%)
Выход белка после стадии фильтрации (мас.%)
BW-SD024-B03-03A
55
17,78
BW-SD029-B10-03A
72
27,38
BW-SD027-B17-02A
70
23,15
При ультрафильтрации №2 извлечение белка составило 75 мас.% (SD024), 90 мас.% (SD029) и 100 мас.% (SD027).
(в) Распределение белков в конечных продуктах
В таблицах V и VI (см. ниже) представлено распределение белков в готовых изолятах из РММ и изолятах из надосадочной жидкости. Пики белков на SEC-хроматограммах рассматривались как одна группа, составляющая 100 мас.%. Это означает, что если, например, белок 7S составляет 80 мас.%, то тогда 80 мас.% общей площади под всеми пиками белков относятся к белку 7S.
Таблица V
Распределение белков в белковых изолятах, полученных из РММ различных партий муки
12S (мас.%)
7S (мас.%)
2S (мас.%)
BW-SD024-B03-03A
17,5
81,3
1,5
BW-SD029-B10-03A
9,6
81,3
9,1
BW-SD027-B17-02A
7,9
82,4
9,7
Из распределения белков в изолятах из РММ можно видеть, что оно имеет профиль, аналогичный ранее наблюдавшемуся профилю (см. совместно рассматриваемую заявку на патент США №10/413371, поданную 15 апреля 2003 г. (WO 03/088760), правопреемником которой является автор настоящей заявки и которая включена в перечень ссылок к настоящей заявке), из которого очевидно, что белок 7S является основным белком в РММ. Установлены пониженное количество белка 2S и, следовательно, повышенная концентрация белка 12S в РММ, полученной из муки SD024, что объясняется потерями белка через мембрану.
Таблица VI
Распределение белков в белковых изолятах, полученных из надосадочной жидкости различных партий муки
12S (мас.%)
7S (мас.%)
2S (мас.%)
BW-SD024-B03-03A
6,8
81,7
11,5
BW-SD029-B10-03A
1,5
16,7
82,9
BW-SD027-B17-02A
0,7
9,6
89,7
В результате потерь белка 2S выход продукта в мас.% экстрагированного белка из муки SD024 был значительно ниже, чем из муки SD027 или SD029. По своему составу изолят из надосадочной жидкости напоминает изолят из РММ. При разбавлении недостаточное количество белка 2S остается в растворе в надосадочной жидкости, и поэтому белок 2S не является главным белковым компонентом. Поскольку в надосадочной жидкости был также обнаружен белок 7S, но в пониженной концентрации, отсутствие белка 2S привело к тому, что белок 7S стал основным белком в изоляте из надосадочной жидкости. Однако в случае полученных позднее партий муки SD029 и SD027 состав изолята из надосадочной жидкости был, как установлено, в тех же обычных пределах, которые ранее наблюдались в изолятах из надосадочной жидкости.
Вышеприведенные результаты показывают, что в большинстве случаев процессы вымола оболочек и тепловой обработки муки не влияют на белковый состав полученных из нее изолятов белка канолы.
(г) Цвет изолятов белка канолы
В таблицах VII и VIII (см. ниже) представлены цветовые показатели "L", "а", "b" сухих продуктов и восстановленных продуктов, для приготовления которых сухой порошок ресуспендировали в 0,1 М солевом растворе и перемешивали в течение примерно 1 часа. Указанные цветовые показатели сухих продуктов измеряли колориметром Minolta CR-310, а восстановленных - колориметром Hunter Lab DP-9000. Показатель "L" с диапазоном от 0 до 100 обозначает светлость продукта (L=100 означает, что продукт белого цвета). Показатель "а" (от -60 до +60) представляет область зеленого-красного цвета. Чем выше отрицательное значение "а", тем более выраженного зеленого цвета будет продукт; чем больше значение "а" сдвигается в сторону +60, тем более выраженный красный цвет имеет продукт. Показатель "b" (от -60 до +60) представляет область синего-желтого цвета. Чем выше отрицательное значение "b", тем более выраженного синего цвета будет продукт; чем больше значение "b" сдвигается в сторону +60, тем более выраженный желтый цвет имеет продукт.
Сравнительная оценка светлости сухих, а также восстановленных продуктов, полученных из партий муки с тепловой обработкой семян, показала, что они характеризуются наиболее высокими значениями "L". Эти продукты были по цвету значительно светлее, чем продукты, полученные из партии №2 муки, в случае которой тепловая обработка семян проводилась только после их дробления. Данный результат указывает на то, что мирозиназа была активной и имела достаточно времени, чтобы катализировать деградацию глюкозинолатов перед ее последующим инактивированием. Предполагается, что продукты деградации глюкозинолатов обусловливают более темный цвет изолятов из РММ и изолятов из надосадочной жидкости в случае указанной партии муки.
Белковые изоляты, полученные из муки SD024, показали тенденцию к более зеленому цвету, в то время как значения "а" изолятов из муки SD027 и SD029 были выше, и эти изоляты имели более красноватый цвет. Сухие порошки и жидкие образцы не показали аналогичной тенденции в области синего-желтого цвета. Например, значение "b" сухого образца РММ-изолята из муки SD024 было самым низким среди трех разных партий, в то время как жидкий образец РММ-изолята из муки SD024 показал самое высокое значение "b". В случае муки SD027 сухие изоляты как из РРМ, так и из надосадочной жидкости имели наиболее выраженный желтый оттенок. Продукты наименее выраженного желтого цвета были получены из муки SD024 (изолят из РММ) и из муки SD029 (изолят из надосадочной жидкости).
При анализе результатов оценки цвета жидких образцов было выявлено, что наиболее выраженный желтый цвет среди изолятов из РММ имел один из муки SD024, а среди изолятов, выделенных из надосадочной жидкости, наиболее выраженный желтый цвет имел продукт из муки SD027.
Таблица VII
Цветовые показатели L, a, b сухих порошкообразных продуктов
Изолят из РММ
Изолят из надосадочной жидкости
L
а
b
L
a
b
BW-SD024-B03-03A
85,36
-1,57
+21,34
87,06
-1,40
+18,24
BW-SD029-B10-03A
74,76
+0,15
+24,69
83,03
-0,61
+15,94
BW-SD027-B17-02A
79,07
+0,25
+27,26
83,58
-0,44
+21,18
Таблица VIII
Цветовые показатели L, а, b жидких восстановленных продуктов
Изолят из РММ
Изолят из надосадочной жидкости
L
а
b
L
a
b
BW-SD024-B03-03A
51,18
-0,47
+21,49
47,30
+0,32
+16,08
BW-SD029-B10-03A
30,67
+0,34
+13,22
21,84
+7,90
+13,47
BW-SD027-B17-02A
27,92
+5,38
+14,72
25,99
+11,20
+16,75
Пример 4
В настоящем примере описывается инактивирование ферментов с применением высокочастотной обработки.
Партию семян канолы, имеющих влагосодержание примерно 9%, разделили на три образца по 2 кг в каждом. Один из образцов служил контролем и не подвергался обработке.
Два образца по 2 кг семян канолы в каждом подвергали высокочастотной обработке, которая приводила к быстрому повышению температуры по всему объему образца семян канолы. Один образец нагревался в течение примерно 160 секунд с комнатной температуры до 90°С и выдерживался при 90°С в течение 5 минут. Второй образец нагревался от комнатной температуры до 90°С примерно за 160 секунд и выдерживался при 90°С в течение 10 минут.
После выдержки при 90°С оба образца охлаждались до 30°С путем размазывания по хлебопекарному противню и хранились в холодильной камере при 4°С в течение примерно 10 минут.
Активность мирозиназы проверяли тестом на глюкозу, продукт деградации глюкозинолатов. Методика проведения теста была следующей: аликвотное количество 100 г семян канолы гомогенизировали в 250 мл водопроводной воды в гомогенизаторе Silverson при 6000 об./мин до превращения смеси в пасту. Эту пасту выдерживали в покое в течение 20 минут, а затем центрифугировали при 10000×g в течение 5 минут. Надосадочную жидкость от этой стадии декантировали и проверяли на наличие глюкозы с использованием контрольных полосок на глюкозу Diastix (Buyer).
Все три образца семян (прошедших тепловую обработку и контроль) анализировали на наличие глюкозы. Результаты представлены в таблице IX ниже.
Таблица IX
Уровень глюкозы в надосадочной жидкости
Контроль
6 ммол/л
Семена канолы, подвергнутые тепловой обработке в течение 5 минут при 90°С
<5 ммол/л
Семена канолы, подвергнутые тепловой обработке в течение 10 минут при 90°С
Не обнаружено
В образце семян канолы, подвергнутом тепловой обработке при 90°С в течение 10 минут, не было обнаружено глюкозы. Это показывает, что применение высокочастотного нагрева является эффективным средством инактивирования фермента мирозиназы.
Пример 5
В настоящем примере описывается получение муки канолы с инактивированным ферментом, которая использовалась для производства образцов белковых изолятов в достаточном для проведения сенсорного анализа количестве.
Три тонны семян канолы подвергали обработке в непрерывном режиме для получения муки канолы с инактивированным ферментом. Инактивирование фермента проводили с использованием аппарата для тепловой обработки Simon-Rosedown с двумя противнями (распарник для зерна). Аппарат предварительно разогревали перед началом процесса. Давление пара регулировали с целью поддержания в ходе процесса требуемой температуры семян. Температуры в противнях составляли: 60°С (±5°С) в верхнем и от 82 до 86°С в нижнем. Скорость подачи семян канолы в аппарат составляла ≈300 кг/ч, время нахождения в нижнем противне - примерно 12 минут. Затем инактивированные семена подавали в сушилку для зерна и быстро охлаждали до <60°С.
После инактивирования семена канолы становились слишком сухими и требовали кондиционирования. Влагосодержание семян составляло 5,74%; кондиционирование проводили путем распыления семян с 3% воды (мас./мас.) с тем, чтобы повысить их влагосодержание примерно до 8,0%. Воду и семена смешивали в течение примерно 15 минут, а затем направляли в portabin (портативный бункер?), закрывали и оставляли для достижения состояния равновесия минимум на 12 часов.
Переработку в хлопья проводили с целью разрушения клеток и получения тонких хлопьев с большой площадью поверхности для тепловой обработки/предварительного прессования путем пропускания семян через плющильный станок для хлопьев. Толщина хлопьев составляла от 0,18 до 0,23 мм. Скорость подачи контролировалась с целью уравновешивания скорости прессования и составляла около 130 кг/ч.
Тепловую обработку проводили с целью дальнейшего разрушения маслосодержащих клеток, придания хлопьям пластичности и повышения эффективности экспеллера за счет снижения вязкости содержащегося масла. Аппарат для тепловой обработки предварительно разогревали перед началом процесса. Давление пара регулировали таким образом, чтобы в ходе процесса поддерживалась требуемая температура хлопьев. Температуры в противнях составляли: 42°С (±2°С) в верхнем и 65°С (±3°С) в нижнем.
В ходе прессования удалялось примерно от 2/3 до 3/4 масла с получением материала, пригодного для экстракции растворителем. Материал должен обладать устойчивостью к дроблению с тем, чтобы удержаться в экстракторе, и пористостью для обеспечения хорошего массопереноса и дренажа. Переработанные в хлопья и пропаренные семена прессовали с использованием пресса для предварительного прессования Simon-Rosedown. Полученное при прессовании масло-сырец выгружали.
Экстракцию растворителем осуществляли путем контакта лепешки от прессования с изогексаном для удаления масла из массы лепешки. При этом включались два механизма: выщелачивания масла в растворитель и промывки отпрессованной муки (изогексан-твердая фаза) постепенно истощающейся мицеллой (гексан-масло). Экстракция представляет собой обычно непрерывный противоточный процесс.
Лепешку от прессования семян канолы экстрагировали изогексаном в экстракторе Crown Iron Works Loop (тип II) (закрытая система в форме стальной петли); общее время нахождения в экстракторе составляло около 100 минут (в петлю-из петли), а отношение растворителя к сухому остатку - примерно 3,2:1 (мас.:мас.). Растворитель из полученного масла-сырца удаляли в выпарном аппарате с поднимающейся пленкой и отгонкой с паром. Масло выгружали.
Удаление растворителя из отпрессованной муки (гексан-сухой остаток) осуществляли в шнеке с паровой рубашкой Schnecken и в аппарате для удаления растворителя - тостере с 2 противнями. Температура в противнях составляла <50°С на выходе из шнека, 50°С (±5°С) в противне аппарата для удаления растворителя и 45°С (±5°С) в противне тостера.
Окончательное удаление растворителя из экстрагированной муки канолы проводили вакуумной сушкой. Примерно 150 кг (из расчета на партию) обезжиренной муки канолы загружали в реактор Littleford. Затем муку нагревали до 47°С (±2°С) под вакуумом 23-25 мм рт.ст. Муку выдерживали при указанной температуре в течение 2 часов, а затем затаривали в фибровые барабаны с пластиковым вкладышем. Всего было получено 1317,3 кг обезжиренной муки канолы с инактивированными ферментами и с удалением растворителя под вакуумом.
Пример 6
В настоящем примере описывается приготовление изолятов белка канолы из обезжиренной муки с инактивированными ферментами согласно примеру 5 и из выпускаемой промышленностью муки с низкотемпературным удалением растворителя. Изоляты белка канолы использовали для сравнительной оценки их по цвету и вкусу.
Обезжиренная мука с инактивированными ферментами согласно примеру 5 была обозначена SA034, а мука промышленного производства - AL022.
'а' кг муки канолы добавляли к 'b' л 0,15 М раствора NaCl при комнатной температуре и перемешивали в течение 30 минут для получения водного белкового раствора. Остаточную муку канолы удаляли вакуум-фильтрацией (в случае BW-AL022-В24-О3А) или центрифугированием в декантере (в случае BW-SA034-E06-04A С300) и тарельчатой центрифуге. Полученный белковый раствор осветляли фильтрацией через фильтр-пресс с получением 'с' л осветленного белкового раствора, имеющего содержание белка 'd' г/л.
Аликвотное количество 'е' л раствора белкового экстракта сокращали в объеме до 'f' л путем концентрирования в ультрафильтрационной системе с использованием мембран, проницаемых для соединений с молекулярной массой 'g' дальтон. Полученный концентрированный белковый раствор имел содержание белка 'h' г/л. Затем концентрированный белковый раствор подвергали диафильтрации в диафильтрационной системе с использованием мембран, проницаемых для соединений с молекулярной массой 'i' дальтон, и с использованием 'j' л 'k' M раствора хлорида натрия, содержащего 0,05 мас.% аскорбиновой кислоты, до конечного объема 'l' л с содержанием белка 'm' г/л.
Концентрированный раствор при 'n' °С разбавляли в 'о' соотношении водой с температурой 'р' °С. Удаляли верхний слой воды, взятой для разбавления, а осевшую вязкую, клейкую массу (РММ) извлекали со дна резервуара в выход 'q' мас.% экстрагированного белка. Было установлено, что сухой белок, полученный из РММ, имел содержание белка 'r' % (N×6,25) в сухом веществе. Продукт обозначили через 's'.
s
BW-AL022-B24-03A C300
BW-SA034-E06-04A C300
а
150
150
b
1000
1500
с
1180
1265
d
12,2
15,7
е
1180
1265
f
45
65
g
10000
5000
h
283
213
i
10000
5000
j
235
325
k
0,15
0,1
l
35,35
57,5
m
316
248
n
31,9
29,6
o
1:15
1:10
p
3,7
3,1
q
48,7
33,6
r
102,8
100,9
Удаленную воду, использованную для разбавления, уменьшали в объеме путем ультрафильтрации с использованием мембраны, проницаемой для соединений с молекулярной массой 't' дальтон, до концентрации белка 'u' г/л. Концентрат высушивали. Вместе с дополнительным белком, извлеченным из надосадочной жидкости, общее извлечение белка составило 'v' мас.% экстрагированного белка. Полученный сухой белок имел содержание белка 'w' мас.% (N×6,25) в сухом веществе.
Продукт был обозначен через 'х'.
х
BW-AL022-B24-03A С200
BW-SA034-E06-04A С200
t
10000
100000
u
158,7
192,1
v
78,2
56,4
w
104,4
94,7
Пример 7
В настоящем примере описываются результаты, полученные в соответствии со способом примера 6.
(а) Сенсорный анализ
Проводили сенсорный анализ образцов изолятов белка канолы. В комиссию по сенсорной оценке входили 11 специально обученных экспертов. Каждому эксперту задавались вопросы, какой из образцов обладает наименее выраженным вкусом и какому из образцов эксперт отдал бы предпочтение.
Изоляты белка канолы, полученные согласно способу примера 6, ресуспендировали в 0,05 М солевом растворе при концентрации 5% мас./об. Белковые порошки полностью растворяли перед проведением сенсорного анализа.
Таблица Х (см. ниже) показывает результаты сенсорного анализа РММ продуктов. Из результатов очевидно, что изоляты, полученные из муки с инактивированными ферментами, имели наименее выраженные вкус и запах, поэтому они были оценены как наиболее предпочтительные продукты. 64% экспертов нашли, что РММ из муки с инактивированными ферментами имела наименее выраженные вкус и запах, в то время как 27% нашли, что наименее выраженными вкусом и запахом обладала РММ из муки с низкотемпературным удалением растворителя. 9% экспертов не смогли обнаружить различия между двумя продуктами.
На вопрос, какому продукту они отдают предпочтение, 64% экспертов указали на РММ из муки с инактивированными ферментами, 18% предпочли продукт из муки с низкотемпературным удалением растворителя, а 18% не отдали предпочтения ни одному из продуктов.
Таблица Х
Сенсорный анализ С300 продуктов
Продукт с наименее выраженным вкусом
Предпочтительный продукт
BW-AL022-B24-03A С300
3
2
BW-SA034-E06-04A С300
7
7
Не смогли выявить различия
1
2
Таблица XI (см. ниже) показывает результаты сенсорного анализа белковых изолятов, выделенных из надосадочной жидкости. Из результатов очевидно, что изоляты, полученные из муки с инактивированными ферментами, обладали, как было установлено, наименее выраженными вкусом и запахом, поэтому они были оценены как наиболее предпочтительные продукты. 55% экспертов установили, что белок надосадочной жидкости из муки с инактивированными ферментами обладал наименее выраженными вкусом и запахом, в то время как 27% установили, что продукт, полученный из муки с низкотемпературным удалением растворителя, обладал наименее выраженными вкусом и запахом. 9% экспертов не смогли установить различие между двумя продуктами.
На вопрос, какому продукту они отдают предпочтение, 82% экспертов указали на белок надосадочной жидкости, полученный из муки с инактивированными ферментами, 9% предпочли продукт из муки с низкотемпературным удалением растворителя и 9% не отдали предпочтения ни одному из продуктов.
Таблица XI
Сенсорный анализ С200 продуктов
Продукт с наименее выраженным ароматом
Предпочтительный продукт
BW-AL022-B24-03A С200
3
1
BW-SA034-E06-04A С200
6
9
Не смогли выявить различия
2
1
(а) Анализ цвета
Таблица XII (см. ниже) показывает значения цветовых показателей "L", "а", "b" восстановленного продукта (5% мас./об. продукта в 0,05 М солевом растворе), измеренные с помощью колориметра Hunter Lab D9000. Показатель "L" с диапазоном от 0 до 100 обозначает уровень светлости продукта (L = 100 означает, что продукт белого цвета). Показатель "а" (от -60 до +60) обозначает область зеленого-красного цвета. Чем выше отрицательное значение "а", тем более выраженный зеленый цвет имеет продукт; чем больше значение "а" склоняется в сторону +60, тем более выраженный красный цвет имеет продукт. Показатель "b" (от -60 до +60) обозначает область синего-желтого цвета. Чем выше отрицательное значение "b", тем более выраженный синий цвет имеет продукт; чем больше значение "b" склоняется в сторону +60, тем более выраженный желтый цвет имеет продукт.
Сравнительная оценка уровня светлости жидких образцов показала, что в случае обоих видов белковых изолятов (из РММ и надосадочной жидкости) показатель "L" был значительно выше у продуктов, полученных из муки с инактивированными ферментами, чем у продуктов, полученных из муки с низкотемпературным удалением растворителя. Это означает, что мука с инактивированными ферментами давала в обоих случаях белковые изоляты более светлой окраски.
Что касается красной-зеленой области цвета, а также синей-желтой области цвета, то изоляты как из РММ, так и из надосадочной жидкости показали одинаковые тенденции. Использование муки с инактивированными ферментами в качестве исходного сырья обеспечивало несколько пониженное значение показателя "а" по сравнению с мукой с низкотемпературным удалением растворителя, что означало, что цвет образцов более склонялся к зеленоватому. Значение "b" повышалось при использовании муки с инактивированными ферментами, что означало, что образцы имели более выраженный желтый цвет по сравнению с образцами, полученными из муки с низкотемпературным удалением растворителя.
Таблица XII
Цветовые показатели L, a, b жидких восстановленных продуктов
Изолят из РММ
Изолят из надосадочной жидкости
L
а
b
L
а
b
BW-SA034-E06-04A
47,11
3,25
26,69
39,62
2,74
20,58
BW-AL022-B24-03A
32,09
6,79
18,94
23,0
7,8
12,41
Краткая аннотация изобретения
Если говорить кратко, то настоящее изобретение обеспечивает способ производства изолята белка улучшенного цвета и вкуса путем начального теплового инактивирования мирозиназы и других ферментов в масличных семенах канолы перед последующей обработкой масличных семян. Возможны модификации в масштабе настоящего изобретения.