ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОЛЯТА СОЕВОГО БЕЛКА С ПОМОЩЬЮ ЭКСТРАКЦИИ ХЛОРИДОМ КАЛЬЦИЯ ("S703 CIP")
OBTAINING SOY PROTEIN ISOLATE BY MEANS OF EXTRACTION BY CALCIUM CHLORIDE ("S703 CIP")

Ссылка на родственные заявки
Данная заявка является частичным продолжением находящейся в процессе одновременного рассмотрения заявки на патент США No. 12/828 212, поданной 30 июня 2010 г., которая имеет приоритет согласно 35 USC 119(е) по предварительной заявке на патент США No. 61/213647, поданной 30 июня 2009 г.
Область техники
Настоящее изобретение относится к получению соевых белковых продуктов.
Уровень техники
В заявках на патенты США No. 12/603 087 (7865-415), поданной 21 октября 2009 г.(US Patent Publication No. 2010-0098818) и 12/923 897 (7865-454), поданной 13 октября 2010 г.(US Patent Publication No. 2011-0038993), закрепленных за их патентодержателем, все сведения из которых включены в настоящий документ посредством ссылки, описывается получение соевого белкового продукта, предпочтительно изолята соевого белка, который полностью растворим и который в состоянии обеспечить прозрачные и термостабильные растворы при низких значениях рН. Этот соевый белковый продукт может быть использован для обогащения белками, в частности, безалкогольных напитков и спортивных напитков, а также других кислых водных систем, без осаждения белка. Соевый белковый продукт производят экстрагированием источника соевого белка водным раствором хлорида кальция при естественном рН, в некоторых случаях разбавляя образовавшийся водный раствор соевого белка, доводя рН водного раствора соевого белка до рН от приблизительно примерно 1,5 до приблизительно примерно 4,4, предпочтительно от приблизительно 2,0 до приблизительно 4,0, чтобы получить подкисленный прозрачный раствор соевого белка, который может быть необязательно концентрирован и/или подвергнут диафильтрации перед сушкой.
Сущность изобретения
Неожиданно было обнаружено, что соевый белковый продукт, имеющий содержание белка по меньшей мере приблизительно 60 масс.% (N х 6,25) с.о. может быть образован по методике, включающей экстракцию источника соевого белка хлоридом кальция при низких значениях рН.
В одном варианте реализации настоящего изобретения исходный соевый белковый материал экстрагируют водным раствором хлорида кальция при низком рН и образовавшийся водный раствор соевого белка необязательно разбавляют, необязательно регулируют рН в пределах кислой области, затем подвергают ультрафильтрации и, необязательно, диафильтрации, чтобы получить концентрированный и, необязательно, диафильтрованный раствор соевого белка, который может быть высушен, чтобы получить соевый белковый продукт.
В другом варианте реализации настоящего изобретения исходный соевый белковый материал экстрагируют водным раствором хлорида кальция при низком рН и образовавшийся в результате водный раствор соевого белка необязательно разбавляют, необязательно регулируют рН в пределах кислой области, затем подвергают ультрафильтрации и, необязательно, диафильтрации, чтобы получить концентрированный и, необязательно, диафильтрованный раствор соевого белка. Концентрированный и, необязательно, диафильтрованный раствор соевого белка необязательно может затем быть подвергнут регулированию рН в пределах рН от приблизительно 1,5 до приблизительно 7, предпочтительно от приблизительно 4 до приблизительно 7, более предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 7, и разбавлен водой, чтобы разделить соевые белки на преципитат, богатый глобулинами, и супернатант, богатый альбуминами и содержащий ингибиторы трипсина. Преципитат, образованный на этапе разбавления, может быть собран и далее переработан или высушен как есть, чтобы получить соевый белковый продукт, но с пониженным уровнем ингибиторов трипсина.
В другом варианте реализации настоящего изобретения концентрированный и, необязательно, диафильтрованный и, необязательно, подвергнутый регулированию рН раствор соевого белка, приготовленный, как описано выше, растворяют в воде. Доводят рН разбавленного образца до от приблизительно 1,5 до приблизительно 4,4, предпочтительно от приблизительно 2,0 до приблизительно 4,0, чтобы повторно солюбилизировать белок, осажденный на этапе разбавления. Разбавленный раствор с отрегулированным рН необязательно может быть затем термически обработан и/или концентрирован и/или диафильтрован.
Соевые белковые продукты, предлагаемые здесь, имея содержание белка по меньшей мере приблизительно 60 масс.% (N х 6,25) с.о., растворимы при кислых значениях рН, чтобы обеспечить их прозрачные и термостабильные водные растворы. Соевые белковые продукты могут быть использованы для обогащения белками, в частности, безалкогольных напитков и спортивных напитков, а также других кислых водных систем, без осаждения белка. Соевый белковый продукт предпочтительно является изолятом, имеющим содержание белка по меньшей мере приблизительно 90 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 100 масс.% (N х 6,25) с.о.
По одному объекту настоящего изобретения предоставляется способ получения соевого белкового продукта, имеющего содержание соевого белка по меньшей мере приблизительно 60 масс.% (N х 6,25), по основе сухой массы, который включает:
(a) экстрагирование источника соевого белка водным раствором соли кальция, как правило, раствором хлорида кальция, при низком рН, как правило, от приблизительно 1,5 до приблизительно 5,0, чтобы вызвать солюбилизацию соевого белка из источника белка и чтобы образовать водный раствор соевого белка,
(b) по меньшей мере частичное отделение водного раствора соевого белка от источника остаточного соевого белка,
(c) необязательно, разбавление водного раствора соевого белка,
(d) необязательно, доведение рН водного белкового раствора до значения в пределах от приблизительно 1,5 до приблизительно 5,0, предпочтительно от приблизительно 1,5 до приблизительно 4,4, более предпочтительно от приблизительно 2,0 до приблизительно 4,0, и отличающегося от рН экстракции,
(e) необязательно, доочистку водного раствора соевого белка чтобы удалить остаточные твердые частицы,
(f) необязательно, концентрированно водного раствора соевого белка при поддержании ионной силы в основном постоянной путем использования селективной мембранной технологии,
(g) необязательно, диафильтрацию концентрированного раствора соевого белка, и
(h) необязательно, сушку концентрированного и диафильтрованного раствора соевого белка.
Соевый белковый продукт предпочтительно является изолятом, имеющим содержание белка по меньшей мере приблизительно 90 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 100 масс.% (N х 6,25) с.о.
Вариант этого способа может быть адаптирован для получения продукта с пониженным содержанием альбуминов и ингибиторов трипсина. В таком варианте концентрированный и, необязательно, диафильтрованный раствор соевого белка необязательно подвергают регулированию рН в пределах от приблизительно 1,5 до приблизительно 7,0, предпочтительно от приблизительно 4,0 до приблизительно 7,0, более предпочтительно от приблизительно 5,0 до приблизительно 7,0, затем разбавляют в воде, чтобы получить преципитат с пониженным содержанием альбуминов и ингибиторов трипсина. Преципитат может быть собран и высушен, чтобы получить продукт, или преципитат может быть растворен в воде при рН от приблизительно 1,5 до приблизительно 4,4, предпочтительно от приблизительно 2,0 до приблизительно 4,0 и затем высушен. В качестве варианта, раствор, образованный растворением преципитата в воде при рН от приблизительно 1,5 до приблизительно 4,4, предпочтительно от приблизительно 2,0 до приблизительно 4,0, необязательно может быть термически обработан и/или доочищен и/или концентрирован и/или диафильтрован до сушки.
Таким образом, в другом объекте настоящего изобретения описывается способ получения соевого белкового продукта, имеющего содержание соевого белка по меньшей мере приблизительно 60 масс.% (N х 6,25), по основе сухой массы, который содержит:
(a) экстрагирование источника соевого белка водным раствором соли кальция, как правило, раствором хлорида кальция, при низком рН, как правило, от приблизительно 1,5 до приблизительно 5,0, чтобы вызвать солюбилизацию соевого белка из источника белка и чтобы образовать водный раствор соевого белка,
(b) по меньшей мере частичное отделение водного раствора соевого белка от источника остаточного соевого белка,
(c) необязательно, разбавление водного раствора соевого белка,
(d) необязательно, доведение рН водного белкового раствора до значения в пределах от приблизительно 1,5 до приблизительно 5,0, предпочтительно от приблизительно 1,5 до приблизительно 4,4, более предпочтительно от приблизительно 2,0 до приблизительно 4,0, и отличающегося от рН экстракции,
(e) необязательно, доочистку водного раствора соевого белка, чтобы удалить остаточные твердые частицы,
(f) концентрированно водного раствора соевого белка при поддержании ионной силы в основном постоянной путем использования селективной мембранной технологии,
(g) необязательно, диафильтрацию концентрированного раствора соевого белка,
(h) необязательно, доведение рН концентрированного и, необязательно, диафильтрованного раствора соевого белка до значения в пределах от приблизительно 1,5 до приблизительно 7,0, предпочтительно от приблизительно 4,0 до приблизительно 7,0, более предпочтительно от приблизительно 5,0 до приблизительно 7,0,
(i) разбавление концентрированного и, необязательно, диафильтрованного раствора соевого белка с отрегулированным рН в воде,
(j) отделение преципитата, образованного из растворяющей воды, называемой супернатант, и
(k) сушку отделенного соевого белкового преципитата.
Соевый белковый продукт предпочтительно является изолятом, имеющим содержание белка по меньшей мере приблизительно 90 масс.%, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 100 масс.% (N х 6,25) с.о.
Другой вариант этого способа может быть адаптирован для получения продукта. В таком варианте концентрированный и, необязательно, диафильтрованный и, необязательно, подвергнутый регулированию рН раствор соевого белка разбавляют в воде и рН регулируют после разбавления, что повторно солюбилизирует преципитат, образованный на этапе разбавления. Получаемый в результате раствор с отрегулированным рН необязательно термически обрабатывают и/или доочищают, и/или концентрируют, и/или подвергают диафильтрации, чтобы получить продукт.
Таким образом, в дополнительном варианте реализации настоящего изобретения, описывается способ получения соевого белкового продукта, имеющего содержание соевого белка по меньшей мере приблизительно 60 масс.% (N х 6,25), по основе сухой массы, который содержит:
(a) экстрагирование источника соевого белка водным раствором соли кальция, как правило, раствором хлорида кальция, при низком рН, как правило, от приблизительно 1,5 до приблизительно 5,0, чтобы вызвать солюбилизацию соевого белка из источника белка и чтобы образовать водный раствор соевого белка,
(b) по меньшей мере частичное отделение водного раствора соевого белка от источника остаточного соевого белка,
(c) необязательно разбавление водного раствора соевого белка,
(d) необязательно доведение рН водного белкового раствора до значения в пределах от приблизительно 1,5 до приблизительно 5,0, предпочтительно от приблизительно 1,5 до приблизительно 4,4, более предпочтительно от приблизительно 2,0 до приблизительно 4,0, и отличающегося от рН экстракции,
(e) необязательно доочистку водного раствора соевого белка, чтобы удалить остаточные твердые частицы,
(f) концентрированно водного раствора соевого белка при поддержании ионной силы в основном постоянной путем использования селективной мембранной технологии,
(g) необязательно диафильтрацию концентрированного раствора соевого белка,
(h) необязательно доведение рН концентрированного и, необязательно диафильтрованного раствора соевого белка до значения в пределах от приблизительно 1,5 до приблизительно 7,0, предпочтительно от приблизительно 4,0 до приблизительно 7,0, более предпочтительно от приблизительно 5,0 до приблизительно 7,0,
(i) разбавление концентрированного и, необязательно диафильтрованного раствора соевого белка с отрегулированным рН в воде,
(j) доведение рН разбавленного образца до значения в пределах от приблизительно 1,5 до приблизительно 4,4, предпочтительно от приблизительно 2,0 до приблизительно 4,0 чтобы повторно солюбилизировать белковый преципитат, образованный на этапе разбавления,
(k) необязательно концентрированно раствора соевого белка с отрегулированным рН при поддержании ионной силы в основном постоянной путем использования селективной мембранной технологии,
(l) необязательно диафильтрацию концентрированного раствора соевого белка, и
(m) сушку концентрированного и, необязательно диафильтрованного раствора соевого белка с отрегулированным рН.
Соевый белковый продукт предпочтительно является изолятом, имеющим содержание белка по меньшей мере приблизительно 90 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 100 масс.% (N х 6,25) с.о.
Хотя это описание относится в основном к получению изолята соевого белка, этапы концентрации и/или диафильтрации, описанные здесь, могут быть изменены, чтобы получить соевый белковый продукт меньшей чистоты, например, соевый белковый концентрат, имеющий содержание белка по меньшей мере приблизительно 60 масс.%, но который обладает по существу теми же свойствами, что и изолят.
Новые соевые белковые продукты изобретения могут быть смешаны с сухими порошкообразными напитками для получения водных безалкогольных напитков или спортивных напитков путем растворения того же самого в воде. Такая смесь может быть сухим порошкообразным напитком.
Соевые белковые продукты, предоставляемые здесь, могут быть предоставлены как их водные растворы, имеющие высокую степень прозрачности при кислых значениях рН, и которые являются термически стабильными при этих значениях рН.
В другом аспекте настоящего изобретения предоставляется водный раствор соевого продукта, предоставленного здесь, который является термостабильным при низком рН. Водный раствор может быть напитком, который может быть прозрачным, в котором соевый белковый продукт полностью растворен и прозрачен или непрозрачным напитком, в котором соевый белковый продукт не повышает непрозрачность. Соевый белковый продукт также обладает хорошей растворимостью при рН приблизительно 7. Водный раствор соевого белкового продукта, приготовленный при рН, близком к нейтральному, например, при рН от приблизительно 6 до приблизительно 8, может быть напитком.
Соевые белковые продукты, полученные описанными здесь способами, отличаются отсутствием характерного бобового привкуса изолятов соевого белка и пригодны не только для обогащения белком кислой среды, но могут быть использованы в большом числе обычных способов применения белковых изолятов, включая, помимо прочего, обогащение белками продуктов питания и напитков, подвергавшимся технологической обработке, эмульгирование масел, как формователь корпуса хлебобулочных изделий и пенообразователь в продуктах, которые задерживают газы. В дополнение, соевому белковому продукту можно придать форму белковых волокон, полезных в аналогах мяса, и он может быть использован как заменитель яичного белка или наполнитель в продуктах питания, в которых яичный белок используют как связующее вещество. Соевый белковый продукт может также быть использован в пищевых добавках. Другими способами использования соевого белкового продукта является его использование в кормах для домашних и сельскохозяйственных животных, в промышленных и косметических целях и в средствах личной гигиены.
Общее описание изобретения
Начальный этап способа получения соевого белкового продукта включает солюбилизацию соевого белка из источника соевого белка. Источником соевого белка могут быть соевые бобы, или любые соевые продукты, или побочные продукты, полученные в ходе переработки соевых бобов, включая, помимо прочего, соевую муку разной крупности помола, соевые хлопья, соевые крупы. Источник соевого белка может быть использован в полножировой форме, частично обезжиренной форме или полностью обезжиренной форме. Если источник соевого белка содержит существенное количество жира, во время процесса обычно требуется этап обезжиривания. Соевый белок, извлеченный из источника соевого белка, может быть белком, естественно встречающимся в сое, или белковый материал может быть белком, модифицированным путем генетических манипуляций, но обладающий характеристиками гидрофобности и полярными свойствами натурального белка.
Солюбилизацию белка из соевого белкового исходного материала удобнее всего осуществлять, используя раствор хлорида кальция, хотя могут быть использованы растворы других солей кальция. Кроме того, могут быть использованы другие соединения щелочноземельных металлов, например, соли магния. Далее, экстракция соевого белка из источника соевого белка может быть осуществлена с использованием раствора соли кальция в сочетании с раствором другой соли, например, хлорида натрия. Кроме того, экстракция соевого белка из источника соевого белка может быть осуществлена с использованием воды или раствора другой соли, например, хлорида натрия, хлорида кальция, которые последовательно добавляют к водному раствору соевого белка, полученного на этапе экстракции. Преципитат, образовавшийся при добавлении хлорида кальция, затем удаляют перед дальнейшей обработкой.
По мере того, как концентрация раствора соли кальция повышается, степень солюбилизации белка из источника соевого белка на с самого начала начинает повышается до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное значение. Любое следующее повышение концентрации соли не повышает общее количество солюбилизированного белка. Концентрация раствора соли кальция, которая вызывает максимум солюбилизации белка, варьирует в зависимости от задействованной соли. Обычно предпочтительно использовать значения концентрации менее, чем приблизительно 1,0 М, и, более предпочтительно, значение от приблизительно 0,10 М до приблизительно 0,15 М.
В периодическом процессе солюбилизацию белка осуществляют при температуре от приблизительно 1°С до приблизительно 100°С, предпочтительно от приблизительно 15° до приблизительно 65°С, более предпочтительно от приблизительно 20°С до приблизительно 35°С, предпочтительно сопровождая взбалтыванием, чтобы уменьшить продолжительность солюбилизации, которая обычно составляет от приблизительно 1 до приблизительно 60 минут. Предпочтительно осуществлять солюбилизацию, чтобы экстрагировать в основном столько белка из источника соевого белка, насколько это возможно, так, чтобы обеспечить в целом наиболее высокий выход продукта.
При непрерывном процессе экстракцию соевого белка из источника соевого белка проводят любым способом, соответствующим осуществлению непрерывной экстракции соевого белка из источника соевого белка. В одном варианте реализации источник соевого белка непрерывно перемешивают с раствором соли кальция и смесь передают через трубку или трубопровод, имеющий длину, и при интенсивности потока в течение времени пребывания, достаточного, чтобы осуществить желаемую экстракцию в соответствии с описанными здесь параметрами. При такой непрерывной процедуре этап солюбилизации осуществляют быстро, предпочтительно осуществить солюбилизацию приблизительно за 10 минут, чтобы экстрагировать в основном столько белка из источника соевого белка, сколько возможно. Солюбилизацию в непрерывной процедуре осуществляют при температурах в промежутке от приблизительно 1°С до приблизительно 100°С, предпочтительно от приблизительно 15°С до приблизительно 65°С, более предпочтительно от приблизительно 20°С до приблизительно 35°С.
Экстракцию в основном проводят при рН от приблизительно 1,5 до приблизительно 5,0. рН экстракционной системы (источник соевого белка и раствор соли кальция) может быть доведен до любого желаемого значения в диапазоне от приблизительно 1,5 до приблизительно 5,0 для этапа экстракции путем использования любой подходящей пищевой кислоты, обычно соляной кислоты или фосфорной кислоты.
Концентрация источника соевого белка в растворе соли кальция во время этапа солюбилизации может варьировать в широких пределах. Типичные значения концентрации составляют от приблизительно 5 до приблизительно 15% масс./об.
Этап экстракции белка водным раствором соли кальция оказывает дополнительное действие в виде солюбилизации жиров, которые могут присутствовать в источнике соевого белка, что приводит затем к присутствию жиров водной фазе.
Белковый раствор, образовавшийся в результате этапа экстракции, в основном имеет концентрацию белка от приблизительно 5 до приблизительно 50 г/л, предпочтительно от приблизительно 10 до приблизительно 50 г/л.
Водный раствор соли кальция может содержать антиоксидант. Антиоксидант может быть любым подходящим антиоксидантом, например, сульфитом натрия или аскорбиновой кислотой. Количество задействованного антиоксиданта может варьировать от приблизительно 0,01 до приблизительно 1 масс.% раствора, предпочтительно от приблизительно 0,05 масс.%. Антиоксидант служит для ингибирования окисления любых фенольных соединений в белковом растворе.
Водная фаза, образовавшаяся в результате этапа экстракции, затем может быть отделена от источника остаточного соевого белка любым подходящим способом, например, использованием декантерной центрифуги или любого удобного сита после дискового центрифугирования и/или фильтрации, чтобы удалить остаточный соевый белковый исходный материал. Отделенный источник остаточного соевого белка может быть высушен для того, чтобы его выбросить. В качестве варианта, отделенный источник остаточного соевого белка может быть переработан, чтобы извлечь некоторое количество остаточного белка. Отделенный источник остаточного соевого белка может быть подвергнут повторной экстракции свежим раствором соли кальция, с проведением повторной экстракции в интервале рН от приблизительно 1,5 до приблизительно 5,0, и белковый раствор, собранный после осветления, объединяют с исходным белковым раствором для дальнейшей переработки, как описано ниже. В качестве варианта, отделенный источник остаточного соевого белка может быть переработан способом обычной изоэлектрической преципитации или любым другим подходящим способом, чтобы извлечь такой остаточный белок.
Если источник соевого белка содержит существенное количество жира, как описано в патентах США Nos. 5844086 и 6005076, закрепленных за их патентодержателем, все сведения из которых включены в настоящий документ посредством ссылки, то затем могут быть осуществлены этапы обезжиривания, описанные там, на отделенном водном растворе белке. В качестве варианта, обезжиривание отделенного водного белкового раствора может быть достигнуто любым другим подходящим способом.
Водный раствор соевого белка может быть обработан адсорбентом, например, порошкообразным активированным углем или гранулированным активированным углем, чтобы удалить соединения, придающие цвет и/или запах. Такая обработка адсорбентом может быть проведена в любых подходящих условиях, в основном, при комнатной температуре отделенного водного белкового раствора. Для порошкообразного активированного угля используют количество от приблизительно 0,025% до приблизительно 5% масс./об., предпочтительно от приблизительно 0,05% до приблизительно 2% масс./об.. Адсорбирующий агент может быть удален из раствора соевого белка любыми подходящими способами, например, фильтрацией.
Образовавшийся водный раствор соевого белка может быть разбавлен, как правило, количеством от приблизительно 0,5 до приблизительно 10 объемов, предпочтительно от приблизительно 0,5 до приблизительно 2 объемов водного разбавителя, чтобы снизить проводимость водного раствора соевого белка до значения в основном ниже приблизительно 90 мСм, предпочтительно от приблизительно 4 до приблизительно 31 мСм. Такое разбавление обычно осуществляют, используя воду, хотя могут быть использованы разбавляющие солевые растворы, например, хлорид натрия или хлорид кальция, имеющие проводимость до приблизительно 3 мСм.
Разбавитель, с которым смешивают раствор соевого белка, может иметь температуру от приблизительно 2° до приблизительно 70°С, предпочтительно от приблизительно 15° до приблизительно 65°С, более предпочтительно от приблизительно 20° до приблизительно 35°С.
Разбавленный (необязательно) раствор соевого белка может быть подвергнут регулированию рН до значения, отличного от рН экстракции, остающимся в пределах от приблизительно 1,5 до приблизительно 5,0, предпочтительно от приблизительно 1,5 до приблизительно 4,4, более предпочтительно от приблизительно 2,0 до приблизительно 4,0, путем добавления любой подходящей пищевой кислоты, обычно соляной кислоты или фосфорной кислоты, или пищевой щелочи, обычно гидроксида натрия, при необходимости.
Разбавленный и, необязательно подвергнутый регулированию рН раствор соевого белка имеет проводимость в основном ниже приблизительно 95 мСм, предпочтительно от приблизительно 4 до приблизительно 36 мСм.
Водный раствор соевого белка может быть подвергнут термообработке, чтобы инактивировать термолабильные антипитательные факторы, например, ингибиторы трипсина, присутствующие в таком растворе как результат экстракции из соевого белкового исходного материала во время этапа экстракции. Такой этап нагревания также обеспечивает дополнительное преимущество уменьшения микробной нагрузки. В целом, белковый раствор нагревают до температуры от приблизительно 70° до приблизительно 160°С, предпочтительно от приблизительно 80° до приблизительно 120°С, более предпочтительно от приблизительно 85°С до приблизительно 95°С в течение от приблизительно 10 секунд до приблизительно 60 минут, предпочтительно от приблизительно 30 секунд до приблизительно 5 минут. Термически обработанный раствор соевого белка затем может быть охлажден для дальнейшей переработки, как описано ниже, до температуры от приблизительно 2°С до приблизительно 65°С, предпочтительно от приблизительно 20° до приблизительно 35°С.
Необязательно разбавленный, необязательно подвергнутый регулированию рН и необязательно термически обработанный белковый раствор может быть, необязательно доочищен любыми подходящими способами, например, фильтрованием, чтобы удалить любые остаточные твердые частицы.
Образовавшийся водный раствор соевого белка может быть непосредственно высушен, чтобы получить соевый белковый продукт. Чтобы получить соевый белковый продукт с пониженным содержанием примесей и пониженным содержанием соли, например, изолят соевого белка, водный раствор соевого белка может быть обработан перед сушкой.
Водный раствор соевого белка может быть концентрирован, чтобы повысить содержание в нем белка при поддержании ионной силы в основном постоянной. Такое концентрированно в основном проводят, чтобы получить концентрированный раствор соевого белка, имеющий содержание белка от приблизительно 50 до приблизительно 300 г/л, предпочтительно от приблизительно 100 до приблизительно 200 г/л.
Этап концентрирования может быть осуществлен любым подходящим способом, сочетающимся с периодическим или непрерывным процессом, например, использованием любой подходящей технологии с использованием селективной мембраны, например, ультрафильтрации или диафильтрации, используя мембраны, например, мембраны из полого волокна или спирально-навитые мембраны, с подходящим порогом отсечения молекулярной массы, например, от приблизительно 3000 до приблизительно 1000000 Дальтон, предпочтительно от приблизительно 5000 до приблизительно 100000 Дальтон, с учетом различных мембранных материалов и конфигурации, и, для непрерывного процесса, имеющей размеры, подходящие, чтобы обеспечить желаемую степень концентрирования, когда водный белковый раствор проходит через мембраны.
Как хорошо известно, ультрафильтрация и подобные технологии на основе использования селективной мембраны позволяют молекулам с низкой молекулярной массой проходить через них и предотвращают прохождение молекул с высокой молекулярной массой. Молекулы с низкой молекулярной массой включают в себя не только ионы пищевых солей, но также низкомолекулярные вещества, экстрагированные из исходного материала, например, углеводы, пигменты, низкомолекулярные белки и антипитательные факторы, например, ингибитор трипсина, который сам по себе является низкомолекулярным белком. Порог отсечения пропускаемой молекулярной массы мембраны обычно выбирают, чтобы обеспечить задержание достаточной доли белка в растворе, в то же время позволяя загрязнителям проходить сквозь мембрану, с учетом различных мембранных материалов и конфигурации.
Концентрированный раствор соевого белка затем может быть подвергнут этапу диафильтрации, используя воду или разбавленный солевой раствор. Диафильтрационный раствор может иметь свой естественный рН или рН, равный таковому белкового раствора, или диафильтруется при любом промежуточном значении рН. Такая диафильтрация может быть осуществлена с использованием от приблизительно 2 до приблизительно 40 объемов диафильтрационного раствора, предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 25 объемов диафильтрационного раствора. В процессе диафильтрации дополнительные количества загрязнителей удаляются из водного раствора соевого белка путем прохождения сквозь мембрану с пермеатом. Это очищает водный белковый раствор и может также уменьшить его вязкость. Процесс диафильтрации может быть осуществлен до тех пор, пока в пермеате не будет присутствовать значительных дополнительных количеств загрязнителя или видимого цвета, или до тех пор, пока ретентат не будет очищен настолько, чтобы получить, когда будет высушен, изолят соевого белка с содержанием белка по меньшей мере приблизительно 90 масс.% (N х 6,25) с.о. Такая диафильтрация может быть осуществлена, используя ту же самую мембрану, что и на этапе концентрирования. Однако, по желанию этап диафильтрации может быть осуществлен, используя отдельную мембрану с другим порогом отсечения молекулярной массы, например, мембрану, имеющую порог отсечения молекулярной массы в интервале от приблизительно 3000 до приблизительно 1000000 Дальтон, предпочтительно от приблизительно 5000 до приблизительно 100000 Дальтон, с учетом различных мембранных материалов и конфигурации.
В качестве варианта, этап диафильтрации может быть применен к водному белковому раствору до концентрирования или к частично концентрированному водному белковому раствору. Диафильтрация может также быть применена во множество моментов времени в течение процесса концентрирования. Если диафильтрацию применяют до концентрирования или к частично концентрированному раствору, образовавшийся диафильтрованный раствор может затем быть дополнительно концентрирован. Снижение вязкости, достигаемое путем многократного диафильтрования по мере того, как белковый раствор концентрируют, может обеспечить более высокую конечную, максимально возможную концентрацию белка, которая должна быть достигнута. Это уменьшает объем материала, который должен быть высушен.
Этап концентрирования и этап диафильтрации может быть осуществлен здесь таким образом, что последовательно извлекаемый соевый белковый продукт содержит менее, чем от приблизительно 90 масс.% белка (N х 6,25) с.о., например, по меньшей мере приблизительно 60 масс.% белка (N х 6,25) с.о. Путем частичного концентрирования и/или частичного диафильтрования водного раствора соевого белка возможно лишь частично удалить загрязнители. Этот белковый раствор может затем быть высушен, чтобы получить соевый белковый продукт с более низкими уровнями чистоты. Соевый белковый продукт все еще в состоянии образовывать прозрачные белковые растворы в кислых условиях.
Антиоксидант может присутствовать в диафильтрационной среде на протяжении по меньшей мере части этапа диафильтрации. Антиоксидант может быть любым подходящим антиоксидантом, например, сульфитом натрия или аскорбиновой кислотой. Количество задействованного антиоксиданта в диафильтрационной среде зависит от применяемых материалов и может варьировать от приблизительно 0,01 до приблизительно 1 масс.%, предпочтительно от приблизительно 0,05 масс.%. Антиоксидант служит для ингибирования окисления любых фенольных соединений, присутствующих в концентрированном растворе соевого белка.
Этап концентрирования и необязательный этап диафильтрации может быть осуществлен при любой подходящей температуре, как правило, от приблизительно 2°С до приблизительно 65°С, предпочтительно от приблизительно 20°С до приблизительно 35°С, в течение периода времени, чтобы осуществить желаемую степень концентрации и диафильтрации. Температура и другие используемые условия до некоторой степени зависят от мембранного оборудования, использованного, чтобы осуществить мембранную обработку, желаемой концентрации белка раствора и эффективности удаления загрязнителей в пермеат.
У сои имеется два основных ингибитора трипсина, а именно ингибитор Куница, который является термолабильной молекулой с молекулярной массой приблизительно 21,000 Дальтон, и ингибитор Баумана-Бирка, более термостабильная молекула с молекулярной массой от приблизительно 8000 Дальтон. Уровень активности ингибитора трипсина в конечном соевом белковом продукте можно регулировать путем изменения различных переменных процесса.
Как отмечалось выше, термообработка водного раствора соевого белка может быть использована, чтобы инактивировать термолабильные ингибиторы трипсина. Частично концентрированный или полностью концентрированный раствор соевого белка может также быть подвергнут термообработке, чтобы инактивировать термостабильные ингибиторы трипсина. Если термообработку применяют к частично концентрированному раствору соевого белка, образовавшийся термически обработанный раствор может затем быть дополнительно концентрирован.
Кроме того, этапы концентрирования и/или диафильтрации могут быть проведены способом, подходящим для удаления ингибиторов трипсина в пермеат наряду с другими загрязнителями. Удалению ингибиторов трипсина способствует использование мембраны с более крупным размером пор (например, от приблизительно 30000 до приблизительно 1000000 Да), использование мембраны при повышенных температурах (например, от приблизительно 30°С до приблизительно 65°С) и использование увеличенных объемов диафильтрационной среды (например, от приблизительно 20 до приблизительно 40 объемов).
Экстракция и/или мембранная обработка белкового раствора при более низком рН (1,5-3,0) может уменьшить активность ингибиторов трипсина относительно обработки раствора при более высоком рН (3,0-5,0). Если белковый раствор концентрируют и диафильтруют при нижней границе интервала рН, может быть желательно повысить рН ретентата до сушки. рН концентрированного и диафильтрованного белкового раствора может быть повышен до желаемого значения, например, рН 3, добавлением любой подходящей пищевой щелочи например, гидроксида натрия. Если желательно понизить рН ретентата до сушки, это может быть сделано путем добавления любой подходящей пищевой кислоты, например, соляной кислоты или фосфорной кислоты.
Кроме того, уменьшение активности ингибитора трипсина может быть достигнуто путем подвергания соевых материалов воздействию восстановителей, которые разрушают или перегруппировывают дисульфидные связи ингибиторов. Подходящие восстановители включают в себя сульфит натрия, цистеин и N-ацилцистеин.
Добавление таких восстановителей может быть осуществлено на различных этапах общего процесса. Восстановитель может быть добавлен с соевым белковым исходным материалом на этапе экстракции, может быть добавлен к осветленному водному раствору соевого белка после удаления остаточного соевого белкового исходного материала, может быть добавлен к концентрированному белковому раствору до или после диафильтрации или может быть в сухом виде смешан с сухим соевым белковым продуктом. Добавление восстановителя может быть объединено с этапом термообработки и этапами мембранной обработки, как описано выше.
Если желательно сохранить активные ингибиторы трипсина в концентрированном белковом растворе, это может быть достигнуто путем исключения или уменьшения интенсивности этапа термообработки, отказом от использования восстановителей, проведением этапов диафильтрации при верхней границе интервала рН (от 3,0 до 5,0), использованием концентрационной и диафильтрационной мембраны с более мелким размером пор, использование мембраны при более низких температурах использованием более мелких объемов диафильтрационной среды.
Концентрированный и, необязательно диафильтрованный белковый раствор подвергают дальнейшему процессу обезжиривания, если требуется, как описано в патентах США Nos. 5844086 и 6005076. В качестве варианта, обезжиривание концентрированного и, необязательно, диафильтрованного белкового раствора может быть достигнуто любым другим подходящим способом.
Концентрированный и, необязательно, диафильтрованный водный белковый раствор может быть обработан адсорбентом, например, порошкообразным активированным углем или гранулированным активированным углем, чтобы удалить соединения, придающие цвет и/или запах. Такая обработка адсорбентом может быть проведена в любых подходящих условиях, в основном, при комнатной температуре концентрированного белкового раствора. Для порошкообразного активированного угля используют количество от приблизительно 0,025% до приблизительно 5% масс./об., предпочтительно от приблизительно 0,05% до приблизительно 2% масс./об. Адсорбент может быть удален из раствора соевого белка любыми подходящими способами, например, фильтрацией.
Концентрированный и, необязательно диафильтрованный раствор соевого белка, полученный в результате необязательного обезжиривания и необязательного этапа обработки адсорбентом, может быть подвергнут этапу пастеризации, чтобы уменьшить микробную нагрузку. Такая пастеризация может быть осуществлена в любых желаемых условиях пастеризации. В целом, концентрированный и, необязательно диафильтрованный раствор соевого белка нагревают до температуры от приблизительно 55° до приблизительно 70°С, предпочтительно от приблизительно 60° до приблизительно 65°С, в течение от приблизительно 30 секунд до приблизительно 60 минут, предпочтительно от приблизительно 10 минут до приблизительно 15 минут. Пастеризованный концентрированный и диафильтрованный раствор соевого белка затем может быть охлажден для сушки или дальнейшей переработки, предпочтительно, до температуры от приблизительно 20° до приблизительно 35°С.
Согласно одному объекту настоящего изобретения, концентрированный и, необязательно диафильтрованный раствор соевого белка может быть высушен любым подходящим способом, например, распылительной сушкой или сублимационной сушкой, чтобы получить соевый белковый продукт. Сухой соевый белковый продукт имеет содержание белка свыше приблизительно 60 масс.% (N х 6,25) с.о. Предпочтительно, сухой соевый белковый продукт является изолятом с высоким содержанием белка, свыше приблизительно 90 масс.% белка, предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 100 масс.% (N x 6,25) с.о.
В другом объекте изобретения, рН концентрированного белкового раствора, образовавшегося в результате этапа концентрирования и, необязательно этапа диафильтрации, необязательного этапа обезжиривания, необязательного этапа обработки адсорбентом и, необязательно этапа пастеризации, необязательно регулируют в пределах от приблизительно 1,5 до приблизительно 7,0, предпочтительно до приблизительно 4,0 до приблизительно 7,0, более предпочтительно до приблизительно 5,0 до приблизительно 7,0 и затем разбавляют путем смешивания концентрированного белкового раствора с водой, имеющей объем, требуемый, чтобы достичь желаемой степени разбавления. Если стоит задача отделить осажденный белок от остаточной водной фазы, называемой супернатант, как в случае этого объекта настоящего изобретения, степень разбавления является, как правило, от 5- до приблизительно 25-кратной, предпочтительно от 10- до приблизительно 20-кратной. Вода, с которой смешивают концентрированный белковый раствор, предпочтительно имеет температуру от приблизительно 1° до приблизительно 65°С, предпочтительно от приблизительно 20° до приблизительно 35°С.
В периодическом процессе порцию концентрированного белкового раствора добавляют к неподвижной массе воды, имеющей желаемый объем, как обсуждалось выше. Разбавление концентрированного белкового раствора снижает ионную силу и вызывает образование белкового преципитата. В периодическом процессе белковому преципитату позволяют осесть в массе воды. Осаждению можно содействовать, например, центрифугированием. Такое индуцированное осаждение снижает содержание влаги и маскирует содержание соли осажденного белка.
В качестве варианта, процесс разбавления может быть проведен непрерывно путем непрерывного пропускания концентрированного белковый раствор к одному входному отверстию Т-образной трубки, в то время как разбавляющую воду подают к другому входному отверстию Т-образной трубки, что обеспечивает смешивание в трубке. Разбавляющую воду подают в Т-образной трубку с интенсивностью, достаточной, чтобы достичь желаемой степени разбавления концентрированного белкового раствора.
Смешивание концентрированного белкового раствора и разбавляющей воды в трубке инициирует образование белкового преципитата, и смесь непрерывно подают из выходного отверстия Т-образной трубки в отстойник, из которого, когда он наполнится, супернатанту позволяют вылиться. Смесь предпочтительно подают в массу жидкости в отстойник способом, который минимизирует турбулентность внутри массы жидкости.
В непрерывном способе белковому преципитату позволяют осесть в отстойник, и процесс продолжают до тех пор, пока желаемое количество преципитата не накопится на дне отстойника, после чего накопленный преципитат удаляют из отстойника. Взамен осаждения седиментацией преципитат может быть отделен непрерывно путем центрифугирования.
При использовании непрерывного способа для извлечения соевого белкового преципитата по сравнению с периодическим процессом начальный этап экстракции белка может быть значительно сокращен по времени для того же самого уровня экстракции белка. Кроме того, в непрерывном способе имеется меньше шансов загрязнения, чем в периодическом процессе, что ведет к получению продукта более высокого качества, и процесс может быть осуществлен на более компактном оборудовании.
Осажденный преципитат отделяют от остаточной водной фазы супернатанта, например, путем отливания остаточной водной фазы от отстоявшейся массы или путем центрифугирования. Преципитат может быть промыт, чтобы удалить остаточный супернатант, например, используя от приблизительно 1 до приблизительно 10, предпочтительно от приблизительно 2 до приблизительно 3 объемов воды, и затем преципитат извлекают снова, как и выше. Необязательно промытый преципитат может быть использован во влажном виде или может быть высушен любым подходящим способом, например, распылительной сушкой или сублимационной сушкой, до сухого вида. Сухой преципитат имеет высокое содержание белка, свыше, чем от приблизительно 60 масс.% белка, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 90 масс.% белка (N х 6,25), и более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 100 масс.% (N х 6,25).
Супернатант, появляющийся в результате этапа разбавления может быть высушен, чтобы получить соевый белковый продукт. В качестве варианта, супернатант может быть обработан, чтобы снизить содержание примесей в нем и/или активность ингибиторов трипсина в нем любыми подходящими способами, например, регулированием рН и/или термообработкой и/или мембранной обработкой. Обработанный супернатант может затем быть высушен, чтобы получить соевый белковый продукт.
Как отмечено выше, отстоянный белковый преципитат, образованный на этапе разбавления, может быть непосредственно высушен, чтобы получить белковый продукт. В качестве варианта, влажный белковый преципитат может быть повторно суспендирован в воде, например, от приблизительно 2 до приблизительно 3 объемов, и повторно солюбилизирован путем доведения рН образца от приблизительно 1,5 до приблизительно 4,4, предпочтительно от приблизительно 2,0 до приблизительно 4,0, используя любую подходящую кислоту, например, соляную кислоту или фосфорную кислоту. Повторно солюбилизированный белковый раствор затем может быть высушен любым подходящим способом, например, распылительной сушкой или сублимационной сушкой до сухого состояния. Сухой белковый продукт имеет содержание белка свыше приблизительно 60 масс.% белка, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 90 масс.% белка, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 100 масс.% белка (N х 6,25).
В качестве дополнительной альтернативы, повторно солюбилизированный раствор соевого белка может быть подвергнут термообработке, чтобы инактивировать любые остающиеся термолабильные антипитательные факторы. Такой этап нагревания также обеспечивает дополнительное преимущество снижения микробной нагрузки. В основном, белковый раствор нагревают до температуры от приблизительно 70° до приблизительно 160°С, предпочтительно от приблизительно 80° до приблизительно 120°С, более предпочтительно от приблизительно 85° до приблизительно 95°С, в течение от приблизительно 10 секунд до приблизительно 60 минут, предпочтительно от приблизительно 30 секунд до приблизительно 5 минут. Термически обработанный раствор соевого белка затем может быть охлажден для дальнейшей переработки, как описано ниже, до температуры от приблизительно 2° до приблизительно 65°С, предпочтительно от приблизительно 20° до приблизительно 35°С.
Повторно солюбилизированный и, необязательно, термически обработанный белковый раствор необязательно может быть доочищен любыми подходящими способами, например, фильтрованием, чтобы удалить любые остаточные частицы.
Повторно солюбилизированный, необязательно, термически обработанный, необязательно, доочищенный прозрачный белковый раствор, может быть концентрирован, чтобы повысить концентрацию белка в нем. Такое концентрированно проводят, используя любую подходящую технологию с использованием селективной мембраны, например, ультрафильтрацию или диафильтрацию, используя мембраны с подходящим порогом отсечения молекулярной массы, позволяющие молекулам с низкой молекулярной массой, включая соли, углеводы, пигменты, ингибиторы трипсина и другие низкомолекулярные вещества, экстрагированным из исходного белкового материала, проходить через мембрану, при этом удерживая достаточную долю соевого белка в растворе. Ультрафильтрационные мембраны, имеющие порог отсечения молекулярной массы от приблизительно 3000 до 1000000 Дальтон, предпочтительно от приблизительно 5000 до приблизительно 100000 Дальтон, учитывая различные мембранные материалы и конфигурацию, могут быть использованы. Концентрированно белкового раствора в этом способе также уменьшает объем жидкости которую нужно высушить, чтобы извлечь белок. Белковый раствор в основном концентрируют до концентрации белка от приблизительно 50 г/л до приблизительно 300 г/л, предпочтительно от приблизительно 100 до приблизительно 200 г/л, до сушки. Такой процесс концентрирования может быть проведен в периодическом режиме или в непрерывном процессе, как описано выше.
Раствор соевого белка может быть подвергнут этапу диафильтрации до или после полного концентрирования, используя воду. Вода может иметь свой естественный рН или рН, равный таковому диафильтруемого белкового раствора или любое промежуточное значение рН. Такая диафильтрация может быть осуществлена, используя от приблизительно 2 до приблизительно 40 объемов диафильтрационного раствора, предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 25 объемов диафильтрационного раствора. В процессе диафильтрации дополнительные количества загрязнителей удаляются из прозрачного водного раствор соевого белка путем прохождения сквозь мембрану с пермеатом. Процесс диафильтрации может быть осуществлен до тех пор, пока в пермеате не будет присутствовать значительных дополнительных количеств загрязнителя или видимого цвета, или до тех пор, пока ретентат не будет очищен настолько, чтобы получить, после сушки, соевый белковый продукт с желаемым содержанием белка, предпочтительно изолят с содержанием белка по меньшей мере приблизительно 90 масс.% (N х 6,25) с.о. Такая диафильтрация может быть осуществлена, используя ту же самую мембрану, что и на этапе концентрирования. Однако, по желанию этап диафильтрации может быть осуществлен с использованием отдельной мембраны с другим порогом отсечения молекулярной массы, например, мембраны, имеющей порог отсечения молекулярной массы в интервале от приблизительно 3000 до приблизительно 1000000 Дальтон, предпочтительно от приблизительно 5000 до приблизительно 100000 Дальтон, с учетом различных мембранных материалов и конфигурации.
Этап концентрирования и этап диафильтрации может быть осуществлен здесь таким образом, что соевый белковый продукт, впоследствии извлекаемый сушкой концентрированного и диафильтрованного ретентата, содержит менее чем от приблизительно 90 масс.% белка (N х 6,25) с.о., например, по меньшей мере приблизительно 60 масс.% белка (N х 6,25) с.о. Частичным концентрированием и/или частичной диафильтрацией водного раствора соевого белка возможно только частично удалить загрязнители. Этот белковый раствор может затем быть высушен, чтобы получить соевый белковый продукт с более низкими уровнями чистоты. Соевый белковый продукт все еще в состоянии образовывать прозрачные белковые растворы в кислых условиях.
Антиоксидант может присутствовать в диафильтрационной среде в течение по меньшей мере части этапа диафильтрации. Антиоксидант может быть любым подходящим антиоксидантом, например, сульфитом натрия или аскорбиновой кислотой. Количество задействованного антиоксиданта в диафильтрационной среде зависит от применяемых материалов и может варьировать от приблизительно 0,01 до приблизительно 1 масс.%, предпочтительно, приблизительно 0,05 масс.%. Антиоксидант служит для ингибирования окисления любых фенольных соединений, присутствующих в концентрированном растворе соевого белка.
Необязательный этап концентрирования и необязательный этап диафильтрации может быть осуществлен при любой подходящей температуре, как правило, от приблизительно 2° до приблизительно 65°С, предпочтительно от приблизительно 20° до приблизительно 35°С, и в течение периода времени, чтобы осуществить желаемую степень концентрации и диафильтрации. Температура и другие используемые условия до некоторой степени зависят от мембранного оборудования, использованного, чтобы осуществить мембранную обработку, желаемой концентрации белка раствора и эффективности удаления загрязнителей в пермеат.
Как отмечено ранее, термообработка повторно солюбилизированного водного раствора соевого белка может быть использована, чтобы инактивировать остаточные термолабильные ингибиторы трипсина. Частично концентрированный или полностью концентрированный повторно солюбилизированный раствор соевого белка также может быть термически обработан, чтобы инактивировать термолабильные ингибиторы трипсина.
В дополнение, этапы концентрирования и/или диафильтрации могут быть проведены способом, пригодным для удаления ингибиторов трипсина в пермеат наряду с другими загрязнителями. Удалению ингибиторов трипсина способствует использование мембраны с более крупным размером пор, например, от 30000 до 1000000 Дальтон, использование мембраны при повышенных температурах, например, от 30° до 65°С и использование увеличенных объемов диафильтрационной среды, например, от 20 до 40 объемов.
Мембранная обработка белкового раствора при более низком рН (от 1,5 до 3) может уменьшить активность ингибиторов трипсина относительно обработки раствора при более высоком рН (от 3 до 4,4). Если белковый раствор концентрируют и диафильтруют при нижней границе интервала рН, может быть желательно повысить рН ретентата до сушки. рН концентрированного и диафильтрованного белкового раствора может быть повышен до желаемого значения, например, рН 3, добавлением любой подходящей пищевой щелочи, например, гидроксида натрия.
Кроме того, уменьшение активности ингибитора трипсина может быть достигнуто путем подвергания соевых материалов воздействию восстановителей, которые разрушают или перегруппировывают дисульфидные связи ингибиторов. Подходящие восстановители включают в себя сульфит натрия, цистеин и N-ацилцистеин.
Добавление таких восстановителей может быть осуществлено на различных этапах общего процесса. Восстановитель может быть добавлен к сырому белковому преципитату, полученному в результате разбавления, может быть добавлен к белковому раствору, образованному повторной солюбилизацией преципитата, может быть добавлен к концентрированному раствору до или после диафильтрации или может быть в сухом виде смешан с сухим соевым белковым продуктом. Добавление восстановителя может быть объединено с этапом термообработки и этапами мембранной обработки, как описано выше.
Если желательно сохранить активные ингибиторы трипсина в концентрированном белковом растворе, это может быть достигнуто путем исключения или уменьшения интенсивности этапа термообработки, отказом от использования восстановителей, проведением этапов диафильтрации при верхней границе интервала рН (от 3 до 4,4), использованием концентрационной и диафильтрационной мембраны с более мелким размером пор, использованием мембраны при более низких температурах и использованием более мелких объемов диафильтрационной среды.
Повторно солюбилизированный, необязательно, концентрированный и, необязательно, диафильтрованный водный раствор соевого белка может быть обработан адсорбентом, например, порошкообразным активированным углем или гранулированным активированным углем, чтобы удалить соединения, придающие цвет и/или запах. Такая обработка адсорбентом может быть проведена в любых подходящих условиях, в основном, при комнатной температуре белкового раствора. Для порошкообразного активированного угля используют количество от приблизительно 0,025% до приблизительно 5% масс./об., предпочтительно от приблизительно 0,05% до приблизительно 2% масс./об.. Адсорбент может быть удален из раствора соевого белка любыми подходящими способами, например, фильтрацией.
Повторно солюбилизированный, необязательно, концентрированный и, необязательно, диафильтрованный водный раствор соевого белка затем может быть высушен любым подходящим способом, например, распылительной сушкой или сублимационной сушкой. Сухой соевый белковый продукт имеет содержание белка по меньшей мере приблизительно 60 масс.% (N х 6,25) с.о., предпочтительно свыше, чем от приблизительно 90 масс.% (N х 6,25) с.о., более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 100 масс.% (N х 6,25) с.о.
Согласно другому объекту настоящего изобретения, смесь концентрированного белкового раствора и разбавляющей воды может быть обработана без этапа фракционирования. В таком случае, степень разбавления составляет, как правило, от приблизительно 1 до 25 раз, предпочтительно от приблизительно 3 до приблизительно 12 раз. Вода, с которой смешивают концентрированный белковый раствор, имеет температуру от приблизительно 1° до приблизительно 65°С, предпочтительно от приблизительно 20°С до приблизительно 35°С.
У разбавляющей воды, содержащей осажденный белковый преципитат, рН доводят до приблизительно 1,5 до приблизительно 4,4, предпочтительно от приблизительно 2,0 до приблизительно 4,0, используя любую подходящую кислоту, например, соляную кислоту или фосфорную кислоту. Регулирование рН вызывает повторную солюбилизацию белка, осажденного разбавлением. Белковый раствор может быть использован в сыром виде или может быть высушен любым подходящим способом, например, распылительной сушкой или сублимационной сушкой, до сухого состояния.
В качестве дополнительной альтернативы, белковый раствор, образованный при регулировании рН смеси белкового преципитата и супернатанта, может быть обработан, используя те же самые этапы, как описано выше для изолированного преципитата, повторно солюбилизированного путем регулирования рН.
Необязательно концентрированный, необязательно диафильтрованный, необязательно термически обработанный, необязательно доочищенный, необязательно обработанный адсорбентом водный раствор соевого белка затем может быть высушен любым подходящим способом, например, распылительной сушкой или сублимационной сушкой. Сухой соевый белковый продукт имеет содержание белка свыше, чем приблизительно 60 масс.% белка, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 90 масс.%, более предпочтительно от приблизительно 100 масс.% (N х 6,25) с.о.
Соевые белковые продукты, получаемые здесь, растворимы в кислой водной среде, что делает продукт идеальным для введения в напитки, как газированные, так и негазированные, чтобы обеспечить их обогащение белком. Такие напитки имеют широкий интервал кислых значений рН, колеблющихся от приблизительно 2,5 до приблизительно 5. Соевые белковые продукты, предоставленные здесь, могут быть добавлены к таким напиткам в любом подходящем количестве, чтобы обеспечить обогащение белком таких напитков, например, по меньшей мере приблизительно 5 г соевого белка на порцию. Добавленный соевый белковый продукт растворяется в напитке и не нарушает прозрачность напитка даже после термической обработки. Соевый белковый продукт может быть смешан с высушенным напитком до восстановления напитка путем растворения в воде. В некоторых случаях может быть необходимо изменение обычной рецептуры напитка, чтобы допустить использование композиции изобретения, если компоненты, присутствующие в напитке могут отрицательно влиять на способность композиции оставаться растворенной в напитке.
Примеры
Пример 1:
Этот пример иллюстрирует приготовление прозрачных, термически стабильных белковых растворов, используя экстракцию раствором хлорида кальция при низком рН.
Белые соевые хлопья (10 г) объединяли с 0,15М раствором хлорида кальция (100 мл) и рН образцов немедленно доводили до 4,8 и 1,5 с помощью HCl. Образцы экстрагировали при комнатной температуре в течение 30 минут, используя магнитную мешалку. Отслеживали рН образцов и регулировали дважды в течение 30 минут экстракции. Экстракт отделяли от израсходованной муки центрифугированием при 10 200 g в течение 10 минут и очищенные жидкости далее осветляли фильтрацией, используя фильтровальную бумагу с размером пор 25 мкм. Прозрачность фильтратов измеряли, используя спектрофотометр HunterLab ColorQuest XE, работающий в режиме пропускания, чтобы обеспечить считывание процента мутности. Образцы затем разбавляли одним объемом воды, очищенной обратным осмосом, и снова измеряли уровень мутности. Затем рН разбавленных образцов доводили до 3, используя при необходимости или HCl, или NaOH. Уровень мутности образцов с отрегулированным рН затем анализировали. Образцы затем термически обрабатывали при 95°С в течение 30 секунд, немедленно охлаждали до комнатной температуры в ледяной воде и снова оценивали уровень мутности.
Значения мутности для различных образцов показаны в таблицах 1 и 2.
Как можно видеть из результатов, представленных в таблицах 1 и 2, начальные фильтраты были весьма мутными, однако улучшенная прозрачность может быть получена использованием более мелкопористых фильтров. Разбавление одним объемом воды улучшало прозрачность образца при рН 1,5, но вызывало осаждение образца при рН 4,8. Регулирование рН разбавленных образцов до 3 придавало высокую прозрачность образцу, полученному при рН 4,8, тогда как образец, полученный при рН 1,5, оставался, возможно, слабо мутным. После термообработки оба образца рассматривались как прозрачные.
Пример 2:
Этот пример иллюстрирует приготовление изолята соевого белка согласно одному варианту реализации изобретения.
20 кг обезжиренной, минимально термически обработанной соевой муки добавляли к 200 л 0,15М раствора хлорида кальция при комнатной температуре и взбалтывали в течение 30 минут, чтобы получить водный белковый раствор. Непосредственно после муку диспергировали в растворе хлорида кальция, рН системы доводили до 3 добавлением разбавленной HCl. Отслеживали рН и периодически корректировали до 3 в течение 30 минут экстракции. Остаток соевой муки удаляли центрифугированием, чтобы получить 174 л белкового раствора, имеющего содержание белка 3,37% по массе.
Белковый раствор затем объединяли с 174 л воды, очищенной обратным осмосом, и рН корректировали до 3. Этот раствор затем доочищали фильтрацией, чтобы получить 385 л фильтрованного белкового раствора, имеющего содержание белка 1,21% по массе.
Фильтрованный белковый раствор уменьшали в объеме до 25 л концентрированием на ПВДФ-мембране, имеющей порог отсечения молекулярной массы 5000 Дальтон. Концентрированный белковый раствор затем диафильтровали в 125 л воды, очищенной обратным осмосом. Образовавшийся диафильтрованный, концентрированный белковый раствор имел содержание белка 14,51% по массе и представлял собой выход 81,3 масс.% фильтрованного белкового раствора. Диафильтрованный, концентрированный белковый раствор затем сушили, чтобы получить в результате продукт, как обнаружено, имеющий содержание белка 99,18% (N х 6,25) с.о. Продукт назвали S005-A13-09A S703.
Достаточное количество S005-A13-09A S703, чтобы получить 0,48 г белка, растворяли в 15 мл воды, очищенной обратным осмосом, и измеряли цвет и прозрачность растворов, используя спектрофотометр Hunter-Lab ColorQuest XE, работающий в режиме пропускания. рН раствора измеряли рН-метром.
Значения рН, цвета и прозрачности представлены ниже в таблице 3:
Как можно видеть из таблицы 3, раствор S703 в воде был полупрозрачный, непрозрачный. Относительно высокий уровень мутности у этого образца привел к тому, что значение L* оказалось несколько ниже, чем ожидалось.
Цвет сухого порошка также оценивали на спектрофотометре HunterLab ColorQuest XE в режиме отражения. Значения цвета представлены ниже в таблице 4:
Как можно видеть из таблицы 4, сухой продукт был очень светлого цвета.
Пример 3:
Этот пример содержит в себе оценку термостабильности в воде изолята соевого белка, полученного способом примера 2 (S703).
Раствор S005-A13-09A S703 готовили растворением достаточного количества белкового порошка, чтобы получить 0,8 г белка в 40 мл OO-воды, затем рН доводили до 3. Прозрачность этого раствора оценивали измерением мутности на спектрофотометре HunterLab ColorQuest XE. Раствор затем нагревали до 95°С, выдерживали при этой температуре в течение 30 секунд и затем немедленно охлаждали до комнатной температуры на ледяной бане. Прозрачность термически обработанного раствора затем измеряли снова.
Прозрачность белкового раствора до и после нагревания представлена ниже в таблице 5:
Как можно видеть из результатов в таблице 5, обнаружено, что исходный раствор S005-A13-09A S703 был полностью мутным. Однако, раствор был термостабильным, как ни удивительно, с некоторым снижением уровня мутности при термообработке.
Пример 4:
Этот пример содержит в себе оценку растворимости в воде изолята соевого белка, полученного способом примера 2 (S703). Растворимость испытывали, основываясь на растворимости белка (т.н. белковый метод, модифицированный вариант методики Morr et al., J. Food Sci. 50:1715-1718) и общей растворимости продукта (т.н. метод гранул).
Достаточное количество белкового порошка, чтобы получить 0,5 г белка, взвешивали в мензурке и затем добавляли небольшое количество воды, очищенной обратным осмосом (OO), и смесь перемешивали до образования однородной пасты. Затем добавляли дополнительную воду, чтобы довести объем до приблизительно 45 мл. Содержимое мензурки затем медленно перемешивали в течение 60 минут, используя магнитную мешалку. Непосредственно после диспергирования белка определяли рН и доводили его до соответствующего уровня (2, 3, 4, 5, 6 или 7) разбавлением NaOH или HCl. Образец также получали при естественном рН. У образцов с отрегулированным рН его измеряли и корректировали дважды в течение 60 минут перемешивания. После 60 минут перемешивания образцы увеличивали в суммарном объеме до 50 мл OO-водой, получая в результате 1% масс./об. белковую дисперсию. Содержание белка в дисперсиях измеряли, используя определитель азота Leco FP528. Аликвоты (20 мл) дисперсий затем переносили в предварительно взвешенные центрифужные пробирки, которые сушили в течение ночи в печи при 100°С, затем охлаждали в десикаторе и пробирки запечатывали.
Образцы центрифугировали при 7800 g в течение 10 минут, при этом осаждалось нерастворимое вещество и образовывался прозрачный супернатант. Содержание белка в супернатанте измеряли на анализаторе Leco, и затем супернатант и крышки пробирок выбрасывали, и гранулированный материал сушили в печи при 100°С. На следующее утро пробирки переносили в десикатор и позволяли остыть. Регистрировали массу сухого гранулированного материала. Сухую массу исходного белкового порошка вычисляли умножением массы использованного порошка на коэффициент ((100 содержания влаги в порошке (%))/100). Растворимость продукта затем рассчитывали двумя различными способами:
1. Растворимость (белковый метод)(%)=(% белка в супернатанте/% белка в исходной дисперсии) х 100
2. Растворимость (метод гранул)(%)=(1 (масса сухого нерастворимого вещества гранул/((масса 20 мл дисперсии/масса 50 мл дисперсии) х исходная масса сухого белкового порошка))) х 100
Естественное значение рН изолята белка, полученного в примере 1, в воде (1% белка) показана в таблице 6:
Полученные данные по растворимости представлены ниже в таблицах 7 и 8:
Как можно видеть из результатов таблиц 7 и 8, продукт S703 был хорошо растворим при значениях рН 2, 3 и 7, а также при естественном рН. Растворимость была несколько ниже при рН 4.
Пример 5:
Этот пример содержит в себе оценку прозрачности в воде изолята соевого белка, полученного способом примера 2 (S703).
Прозрачность 1%-ных масс./об. белковых растворов, приготовленных, как описано в примере 4, оценивали измерением оптической плотности при 600 нм, при этом более низкая оптическая плотность соответствовала большей прозрачности. Анализ образцов на спектрофотометре HunterLab ColorQuest XE в трансмиссионном режиме также предоставлял процент мутности, другую меру прозрачности.
Данные по прозрачности представлены ниже в таблицах 9 и 10:
Как можно видеть из результатов таблиц 9 и 10, растворы S703 были от прозрачных до слабо мутных при рН 2-3. Слабо мутные растворы были также получены при рН 7.
Пример 6:
Этот пример содержит в себе оценку растворимости в безалкогольном напитке (Sprite) и в спортивном напитке (Orange Gatorade) изолята соевого белка, полученного способом примера 2 (S703). Растворимость определяли при добавлении белка к напиткам без коррекции рН и снова после коррекции рН обогащенных белком напитков до уровня оригинальных напитков.
Если растворимость оценивали без коррекции рН, достаточное количество белкового порошка для получения 1 г белка взвешивали в мензурке, добавляли небольшое количество напитка и перемешивали до образования однородной пасты. Дополнительный напиток добавляли, чтобы довести объем до 50 мл, и затем растворы медленно перемешивали на магнитной мешалке в течение 60 минут, чтобы получить 2%-ную масс./об. дисперсию белка. Содержание белка в образцах анализировали, используя определитель азота Leco FP528, затем аликвоту белоксодержащих напитков центрифугировали при 7800 g в течение 10 минут и измеряли содержание белка в супернатанте.
Растворимость (%)=(% белка в супернатанте/% белка в исходной дисперсии) х 100
Если растворимость оценивали с коррекцией рН, измеряли рН безалкогольного напитка (Sprite) (3.39) и спортивного напитка (Orange Gatorade) (3.19) без белка. Достаточное количество белкового порошка для получения 1 г белка взвешивали в мензурке, добавляли небольшое количество напитка и перемешивали до образования однородной пасты. Дополнительный напиток добавляли, чтобы довести объем приблизительно до 45 мл, и затем растворы медленно перемешивали на магнитной мешалке в течение 60 Суммарный объем каждого раствора затем доводили до 50 мл с помощью дополнительного напитка, получая в результате 2%-ную масс./об. белковую дисперсию. Содержание белка в образцах анализировали, используя определитель азота Leco FP528, затем аликвоту белоксодержащих напитков центрифугировали при 7 800 g в течение 10 минут и измеряли содержание белка в супернатанте.
Растворимость (%)=(% белка в супернатанте/% белка в исходной дисперсии) х 100
Полученные результаты представлены ниже в таблице 11:
Как можно видеть из результатов таблицы 11, S703 хорошо растворим в Sprite и Orange Gatorade. Так как S703 является подкисленным продуктом, добавление белка оказывает слабое влияние на рН напитка.
Пример 7:
Этот пример содержит в себе оценку прозрачности в безалкогольном напитке и в спортивном напитке изолята соевого белка, полученного способом примера 2 (S703).
Прозрачность 2%-ных масс./об. белковых дисперсий, приготовленных безалкогольном напитке (Sprite) и в спортивном напитке (Orange Gatorade) в примере 6, оценивали, используя способы, описанные в примере 5. Для измерения оптической плотности при 600 нм в качестве холостой пробы в спектрофотометре был использован соответствующий напиток до проведения измерений.
Полученные результаты представлены ниже в таблицах 12 и 13:
Как можно видеть из результатов таблиц 12 и 13, хорошие показатели растворимости, полученные для S703 в Sprite и в Orange Gatorade, не придали прозрачности этим напиткам. Фактически, образовавшиеся растворы были полностью мутными.
Пример 8:
Этот пример иллюстрирует приготовление изолятов соевого белка согласно другим вариантам реализации изобретения.
2
100 г обезжиренных белых соевых хлопьев добавляли к 1000 мл 0,15 М раствора CaCl при комнатной температуре и взбалтывали в течение 30 минут, чтобы получить водный белковый раствор. Непосредственно после хлопья увлажняли раствором хлорида кальция, рН системы доводили до 4,5 раствором соляной кислоты. Отслеживали рН и периодически корректировали в течение 30 минут экстракции. После этапа экстракции остаток соевых белых хлопьев удаляли и образовавшийся белковый раствор осветляли центрифугированием и фильтрацией, чтобы получить 578 мл фильтрованного белкового раствора, имеющего содержание белка 2,05% по массе.
530 мл раствора белкового экстракта уменьшали в объеме до 45 мл на полиэфирсульфоновой мембране, имеющей порог отсечения молекулярной массы 10000 Дальтон, получая концентрированный белковый раствор с содержанием белка 19,40% по массе. Концентрированный белковый раствор был затем поделен на две части.
20 мл концентрированного белкового раствора при 24°С разбавляли в 200 мл воды, очищенной обратным осмосом (OO), имеющей температуру 24°С. Образовывалась белая муть, которой позволяли осесть. Образец затем центрифугировали, чтобы отделить белковый преципитат от фракции супернатанта. 5,72 г влажного белкового преципитата собирали, затем повторно солюбилизировали в 20 мл OO-воды добавлением раствора HCl, чтобы уменьшить рН до 2,99. Ресолюбилизированный белковый преципитат, извлеченный с выходом 23,8 масс.% фильтрованного белкового раствора, лиофилизировали, чтобы получить продукт с названием S703-7300. Установлено, что высушенный продукт имеет содержание белка 101,75% (N х 6,25) с.о.
Другие 21 мл концентрированного белкового раствора при 24°С разбавляли в 210 мл OO-воды, имеющей температуру 24°С. Затем рН образца понижали с 4,76 до 2,98 раствором HCl. 220 мл подкисленного раствора уменьшали в объеме до 33 мл на полиэфирсульфоновой мембране, имеющей порог отсечения молекулярной массы 10000 Дальтон, получая концентрированный белковый раствор с содержанием белка 9,76% по массе. Этот концентрированный белковый раствор, извлеченный с выходом 30,1 масс.% фильтрованного белкового раствора, лиофилизировали, чтобы получить продукт с названием S703-7301. Установлено, что высушенный продукт имеет содержание белка 92,21% (nx 6,25) c.o.
Растворы S703-7300 и S703-7301 получали растворением достаточного количества порошка, чтобы обеспечить 0,48 г белка в 15 мл 00-воды. Цвет и прозрачность растворов оценивали, используя спектрофотометр HunterLab ColorQuest XE, работающий в трансмиссионном режиме. рН растворов измеряли рН-метром.
Значения рН, цвета и прозрачности представлены ниже в таблице 14.
Как можно видеть из результатов, представленных в таблице 14, растворы S703-7300 и S703-7301 были полупрозрачными и светлыми по цвету.
Пример 9:
Этот пример иллюстрирует образование белкового преципитата при разбавлении концентрированных белковых растворов, приготовленных при низком рН и затем подвергнутых регулированию рН до этапа разбавления.
2
100 г обезжиренных белых соевых хлопьев добавляли к 1000 мл 0,15 М раствора CaCl при комнатной температуре и взбалтывали в течение 30 минут чтобы получить водный белковый раствор. Непосредственно после хлопья увлажняли раствором хлорида кальция, рН системы доводили до 3,0 раствором соляной кислоты. Отслеживали рН и периодически корректировали в течение 30 минут экстракции. После этапа экстракции остаток соевых белых хлопьев удаляли и образовавшийся белковый раствор осветляли центрифугированием и фильтрацией, чтобы получить 568 мл фильтрованного белкового раствора, имеющего содержание белка 2.78% по массе.
550 мл раствора белкового экстракта уменьшали в объеме до 84 мл на полиэфирсульфоновой мембране, имеющей порог отсечения молекулярной массы 10000 Дальтон, получая концентрированный белковый раствор с содержанием белка 15,18% по массе.
Ультрафильтрационный ретентат, имеющий рН 3,11 был разделен на две аликвоты, и рН регулировали 6М NaOH и 0,5М HCl при необходимости до приблизительно 4, 5, 6 или 7. Измеряли содержание белка у образцов ретентата с отрегулированным рН. Аликвоты образцов ретентата с отрегулированным рН осветляли центрифугированием при 7 800 g в течение 10 минут, затем определяли содержание белка фильтратов. Дополнительные аликвоты образцов ретентата с отрегулированным рН разбавляли 10 объемами OO-воды, смешивали в воронке и определяли рН, проводимость, А600, содержание белка разбавленных образцов. Разбавленные образцы осветляли центрифугированием при 7800 g в течение 10 минут, затем определяли содержание белка фильтрата.
Повышение рН ретентата приводило к тому, что все образцы становились мутнее, независимо от конечного рН. Определение содержания белка до и после осветления показало, что от приблизительно 20% белка в образце осаждается регулированием рН. (Таблица 15).
Разбавление образцов ретентата с отрегулированным рН приводило к тому, что образцы становились очень мутными, в частности, если ретентат имел рН 4 и выше (таблица 16). Анализ концентрации белка образцов до и после осветления показал, что некоторое количество белка осаждается при всех значениях рН, а в частности, если рН ретентата был 4 или больше до этапа разбавления. Высокая степень осаждения белка в образцах с рН 4-7 показывает, что этап разбавления вызывает осаждение белка после того, которое было индуцировано регулированием рН.
Сущность изобретения
Резюмируя эту раскрываемую информацию, настоящее изобретение предоставляет способ получения изолята соевого белка, который растворим в кислой среде, основанный на экстракции соевого белкового исходного материала, используя водный раствор хлорида кальция при низком рН. В пределах данного изобретения возможны модификации.