ВОЛОКНИСТАЯ СТРУКТУРА НА ОСНОВЕ КАРТОФЕЛЬНОГО БЕЛКА И СОДЕРЖАЩИЙ ЕЕ ПИЩЕВОЙ ПРОДУКТ
FIBROUS STRUCTURE BASED ON POTATO PROTEIN AND FOOD PRODUCT CONTAINING IT

Настоящее изобретение относится к получению пищевых продуктов и пищевых ингредиентов. Более конкретно, оно относится к волокнистым структурам на растительной основе для применения в продуктах для веганов, таких как аналоги мяса.
В последние годы ассортимент «продуктов для веганов», появляющихся на рынке, быстро расширяется. Такие продукты привлекают не только потребителей-веганов, но и вегетарианцев, не придерживающихся строгой диеты. Аналоги мяса, которые играют важную роль в питании веганов, требуют пристального внимания.
Соя часто становится популярной альтернативой молочным и мясным продуктам для тех, кто питается преимущественно растительной пищей. В соевых пищевых продуктах веганам предложен высококачественный источник белка, а также доступный источник железа и кальция. На текущем рынке большинство аналогов мяса изготовлены на основе текстурированной сои. Такие продукты обычно проходят процесс экструзии, с помощью которого соевые белки изменяют в экстремальных условиях, таких как высокая температура и/или высокое давление. Несмотря на то, что они обладают волокнистой текстурой, которая напоминает текстуру мяса, предметом беспокойства является тот факт, что соевый белок является источником аллергена и потенциальным источником ГМО.
Для аллергиков соя является одним из самых проблемных продуктов, которых следует избегать. Соя, а также коровье молоко, яйца, арахис, лесные орехи, пшеница, рыба и моллюски, составляют аллергены «большой восьмерки». Они отвечают за 90 процентов всех пищевых аллергий, согласно Кливлендской Клинике. Аллергия на сою возникает, когда иммунная система организма ошибочно принимает безвредные белки, содержащиеся в сое, за захватчиков и создает против них антитела. При следующем употреблении соевого продукта иммунная система выделяет химические вещества, такие как гистамины, чтобы «защитить» организм. Высвобождение этих химических веществ вызывает аллергическую реакцию.
Поэтому авторами настоящего изобретения предложена волокнистая структура на растительной основе, которая подходит для применения в качестве текстурирующего агента в пищевых продуктах, например, аналогах мяса, и которая не имеет риска возникновения аллергии.
Неожиданно было обнаружено, что изолят неденатурированного (нативного) картофельного белка может образовывать прочные (то есть подобные мясу) волокна в комплексе с КМЦ в кислых условиях, которые подходят для включения в различные продукты питания, такие как аналоги мяса. Картофель выращивают и употребляют во всем мире, и он является четвертой по значимости культурой в мире после риса, пшеницы и кукурузы. Аллергия на картофельные белки (или другие их составляющие) встречается редко. При этом в настоящем изобретении предложена привлекательная альтернатива известным растительным волокнистым структурам, в частности структурам на основе соевого белка.
В настоящем документе предложен способ получения пищевой волокнистой структуры на основе белка, включающий приведение водного раствора неденатурированного картофельного белка в контакт с карбоксиметилцеллюлозой (КМЦ), имеющей Mw по меньшей мере 150000 дальтон (Да), с получением волокнообразующего раствора, при этом этот волокнообразующий раствор имеет общее содержание сухого вещества (TDM) в диапазоне от 0,5 до 15%, и при этом указанное приведение в контакт осуществляют при рН от 2 до 5 и перемешивании, чтобы обеспечить/вызвать образование пищевой волокнистой структуры на основе картофельного белка. Было обнаружено, что способ согласно настоящему изобретению можно применять на практике различными путями. Например, можно создать волокнистые структуры путем подкисления нейтрального раствора картофельного белка-КМЦ. В качестве альтернативы, он может включать смешивание подкисленного раствора картофельного белка и раствора КМЦ.
Соответственно, в одном варианте реализации в настоящем изобретении предложен способ производства съедобной волокнистой структуры на основе белка, включающий стадии:
- получение волокнообразующего раствора, содержащего неденатурированный картофельный белок и (раствор) карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), имеющую Mw по меньшей мере 150000 дальтон (Да) и общее содержание сухого вещества (TDM) в диапазоне от 0,5 до 15%; и
- подкисление указанного волокнообразующего раствора до рН в диапазоне 2-5 при перемешивании, вызывая тем самым образование пищевой волокнистой структуры на основе картофельного белка.
В другом варианте реализации настоящее изобретение относится к способу получения пищевой волокнистой структуры на основе белка, включающему стадии:
- приведение водного раствора неденатурированного картофельного белка, имеющего рН в диапазоне от 2 до 5, в контакт с (раствором) карбоксиметилцеллюлозой (КМЦ), имеющей Mw по меньшей мере 150000 дальтон (Да), с получением волокнообразующего раствора, имеющего общее содержание сухого вещества (TDM) в диапазоне от 0,5 до 15%; и при этом указанное приведение в контакт осуществляют при перемешивании, тем самым вызывая образование пищевой волокнистой структуры на основе картофельного белка.
Также предложена пищевая волокнистая структура на основе белка, которую можно получить способом согласно настоящему изобретению, и ее применение для пищевых продуктов.
Способ или волокнистая структура, представленные в настоящем документе, не известны или не предложены в данной области техники. Из уровня техники известно, что ксантан, альгинат и пектин способны образовывать фибриллярную или волокнистую структуру с несколькими белками, включая белок молочной сыворотки, соевый белок и яичный альбумин. См., например, US3792175, US4885179 и US3829587. Однако волокнистая структура, образованная на основе картофельного белка, не описана.
Gonzalez и др., (Food Hydrocolloids Vol. 4 no. 5 pp.355-363, 1991) сообщили об восстановления картофельного белка из стоков картофельного производства путем комплексообразования с КМЦ. Однако, поскольку общее количество сухого вещества в (смоделированного) отходах ниже 0,45%, волокнистые структуры в соответствии с настоящим изобретением не наблюдались.
Белки картофельного клубня можно классифицировать по множеству различных групп. Lindner и др. в 1980 г. предложил использовать классификацию картофельных белков только на две отдельные группы; растворимые в кислоте и коагулируемые в кислоте белки картофеля. Авторы настоящего изобретения продемонстрировали, что в коагулируемой в кислоте фракции преобладают белки с высокой молекулярной массой (HMW) в диапазоне от 32 до 87 кДа на основе анализа SDS-PAGE. Аналогичным образом, было показано, что во фракции растворимых в кислоте белков преобладают белки с низкой молекулярной массой (LMW) в диапазоне 17 - 27 кДа. Эта классификация на растворимые в кислоте и коагулируемые в кислоте белки в то же время отделяет кислые белки (коагулируемые в кислоте/HMW) от основных белков (растворимые в кислоте/LMW) (Ralet & Gueguen 2000). Авторы настоящего изобретения обычно получают те же две фракции картофельного белка в условиях, не вызывающих денатурацию, с помощью хроматографии в смешанном режиме, называемые Solanic 200 и Solanic 300. Важно, однако, что для получения по меньшей мере одной из этих фракций нативного картофельного белка можно применять ряд альтернативных способов очистки.
В способах очистки нативного белка применяют мягкие условия обработки, чтобы избежать денатурации и в значительной степени удержать вторичную и третичную структуру белка. Эти мягкие условия не предусматривают применения экстремальных значений рН, температуры и других условий денатурации, чтобы сохранить растворимость белка. Природные биохимические характеристики конкретной белковой фракции в значительной степени определяют, является ли белок чувствительным или устойчивым к условиям способа выделения белка. Например, высокомолекулярная фракция является более термочувствительной, что приводит к образованию нерастворимых белковых агрегатов при температуре 30°C или выше. Низкомолекулярная фракция является более термостойкой и может выдерживать температуры свыше 45°C (Bartova, 2008). Аналогичным образом, фракция с высокой молекулярной массой агрегирует и осаждается при значениях рН в диапазоне от 3 до 5, тогда как фракция с низкой молекулярной массой в значительной степени растворима в этом диапазоне рН. Это позволяет применять рН или температуру или их комбинацию для специфической коагуляции и последующего осаждения одной белковой фракции при сохранении нативного характера другой.
Примеры
способов очистки нативных растворимых в кислоте / LMW / основных / Solanic 300 (но не ограничиваясь ими):
• Кислотная коагуляция HMW белков с последующей ультрафильтрацией и диафильтрацией растворимых LMW белков (Lindner 1980)
• Фракционная термическая коагуляция HMW белков с последующей ультрафильтрацией и диафильтрацией растворимых LMW белков (например, pH 6,0; 30 минут при 50°C)
• Адсорбционная хроматография при определенном значении рН:
Адсорбция/десорбция из материала бентонитового типа (Ralla 2012)
Ионообменная хроматография с применением SP-сефарозной смолы (Ralet & Gueguen 2000)
Мембранная адсорбционная хроматография (Graf 2009)
Адсорбционная хроматография в расширяющемся слое (Lokra 2009, WO 2008/069650))
Согласно настоящему изобретению нативный картофельный белок для применения в качестве волокнообразующего агента предпочтительно содержит изолят низкомолекулярного картофельного белка. В одном варианте реализации изолят нативного картофельного белка имеет изоэлектрическую точку выше 5,5, предпочтительно выше 5,8, молекулярную массу ниже 35 кДа, предпочтительно 4-30 кДа, как определено с помощью SDS-PAGE, и концентрацию гликоалкалоида менее 300 ppm.
В одном варианте реализации неденатурированный картофельный белок для применения в настоящем изобретении получают путем центрифугирования флоккулированного картофельного сока с образованием супернатанта; осуществления адсорбционной хроматографии супернатанта, проводимой при pH менее 11 и температуре 5-35°C, с применением адсорбента для смешанного режима, способного связывать картофельный белок, тем самым адсорбируя нативный картофельный белок на адсорбент; и элюирования изолята низкомолекулярного картофельного белка, обычно при кислом pH (например, от 1 до 3) или при pH 5,8-12,0. Более подробно см., например, WO2008/069650 от имени заявителя.
Подходящий низкомолекулярный изолят картофельного белка получают путем центрифугирования флоккулированного картофельного сока с образованием супернатанта; осуществления адсорбционной хроматографии супернатанта, проводимой при pH менее 11 и температуре 5-35°C, с применением адсорбента для смешанного режима, способного связывать картофельный белок, тем самым адсорбируя нативный картофельный белок на адсорбент; и элюирования изолята низкомолекулярного картофельного белка.
В определенном аспекте картофельный белок представляет собой фракцию, полученную или получаемую в условиях, не вызывающих денатурацию, с помощью хроматографии в смешанном режиме, например, белковых изолятов, известных в данной области техники как Solanic 200 или Solanic 300.
Согласно настоящему изобретению волокнообразующий раствор получают путем смешивания неденатурированного картофельного белка и карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), имеющей Mw по меньшей мере 150000 Да, предпочтительно по меньшей мере 400000 Да. КМЦ обозначает карбоксиметилцеллюлозу. Однако более правильно, КМЦ представляет собой натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы. Ее получают из целлюлозы, которая с помощью химической реакцией становится водорастворимой. Растворимость в воде достигается путем введения карбоксиметильных групп вдоль целлюлозной цепи, что делает возможным гидратацию молекулы. КМЦ получают из целлюлозы и монохлоруксусной кислоты (MCA) и с применением гидроксида натрия (NaOH) в качестве третьего необходимого ингредиента. Продукты КМЦ варьируются от низкомолекулярных до высокомолекулярных полимеров. Поведение растворов, следовательно, представляет собой от почти ньютоновского до более псевдопластичного, что означает, что вязкость изменится при воздействии на него различных физических сил. Вязкость пропорциональна средней длине цепи молекулы КМЦ или степени полимеризации. Молекулярная масса сорта КМЦ определяется средней длиной цепи и степенью замещения. Вязкость быстро увеличивается с увеличением степени полимеризации.
В одном варианте реализации настоящего изобретения применяемая КМЦ имеет Mw по меньшей мере 150000 Да, предпочтительно по меньшей мере 400000 Да, более предпочтительно по меньшей мере 750000 Да.
Очень хороших результатов достигают, когда волокнообразующий раствор содержит неденатурированный картофельный белок и КМЦ в относительном массовом соотношении от 3:1 до 15:1, предпочтительно от 8:1 до 12:1. Общее содержание сухого вещества (TDM) в волокнообразующем растворе находится в диапазоне от 0,5 до 15%, предпочтительно от 1 до 10%.
Также предложен волокнообразующий раствор согласно настоящему изобретению, содержащий неденатурированный картофельный белок и карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), имеющую Mw по меньшей мере 150000 Да, предпочтительно 400000.
В способе согласно настоящему изобретению для получения волокнистой структуры картофельный белок-КМЦ необходимо подкисление. Важным аспектом является то, что конечный pH волокнообразующего раствора находится в диапазоне от 2 до 5. Это достигается разными способами. Например, pH волокнообразующего раствора, содержащего картофельный белок и КМЦ, является нейтральным (по меньшей мере, pH 7), после чего этот раствор подкисляют до pH в диапазоне 2-5 путем добавления (например, минеральной или органической) кислоты при перемешивании, чтобы обеспечить образование пищевой волокнистой структуры из картофельного белка. В качестве другого примера, кислый раствор картофельного белка смешивают с раствором КМЦ, таким образом происходит немедленное образование волокон.
В конкретном аспекте начальный pH волокнообразующего раствора из неденатурированного картофельного белка выше изоэлектрической точки белка. Например, начальный pH для Solanic300 предпочтительно выше 7. Конечный pH волокнообразующего раствора (т.е. после подкисления) составляет от pH 2 до pH 5, в зависимости, среди прочего, от ионной силы, содержания белка, соотношения белок-КМЦ и других добавленных ингредиентов в исходном волокнообразующем растворе.
Соответственно, в одном варианте реализации указанное подкисление проводят до pH ниже 5, предпочтительно в диапазоне pH 2-5, более предпочтительно ниже pH 3. Было отмечено, что для обеспечения более низкое содержание белка, по-видимому, требуется более низкий конечный рН. Например, при одном и том же соотношении белок/КМЦ, составляющем 10:1, для раствора с TDM, составляющим 1%, требовалось конечное значение pH 2,2, тогда как для раствора с TDM, составляющим 10%, требовалось лишь pH 4,5 в качестве конечного значения pH.
Подкисление подходящим образом проводят с применением сильной кислоты, такой как соляная кислота, или слабой кислоты, такой как молочная кислота. Конечно, применяемая кислота предпочтительно является пищевой кислотой.
Было обнаружено, что сочетание скорости перемешивания и скорости подкисления способствует получению различной структуры волокон. Были протестированы три уровня подкисления с использованием потока Multipette (Eppendorf) в сочетании с 2,5 мл Combitips advanced при скорости дозирования на уровне 1, 5 и 10. Было протестировано три уровня скорости перемешивания: 200, 400 и 1000 об/мин, установленные при перемешивании на магнитной мешалке (IKAMAG ™ RCT). Низкая скорость подкисления при высокой скорости перемешивания с большей вероятностью приведет к образованию разорванных и слабых волокон, в то время как высокая скорость подкисления при низкой скорости перемешивания может привести к образованию слизистых волокон.
Средняя скорость подкисления (уровень дозирования 5, поток Multipette, Eppendorp, 2,5 мл Combitips advanced) и средняя скорость перемешивания (400 об/мин, перемешивание на магнитной мешалке, IKAMAG ™ RCT) были выбраны для применения во всех примерах.
Известно, что соль оказывает диссоциирующее действие на все полиэлектролитные комплексы. Также в настоящем изобретении важным параметром при образовании волокна является ионная сила волокнообразующего раствора. Согласно настоящему изобретению стадию образования волокна (т.е. образование комплекса картофельный белок-КМЦ) предпочтительно проводят при проводимости менее 10 мСм/см, предпочтительно менее 8 мСм/см и более предпочтительно менее 4,8 мСм/см. Примечательно, что проводимость стоков картофельного производства, использованных Gonzalez и др. (Food Hydrocolloids Vol. 4 no. 5 pp.355-363, 1991), обычно выше 10 мСм/м, что дополнительно объясняет, почему волокнистые структуры не образуются при приведении стоков в контакт с КМЦ с целью выделения картофельного белка путем образования белково-гидроколлоидного комплекса.
С проводимостью связана концентрация соли в волокнообразующем растворе. В целом, чем больше NaCl присутствует, тем больше кислоты требуется для образования прочного волоконного комплекса. Например, верхний предел NaCl составляет около 0,8% для раствора с 5% TDM при соотношении белок/КМЦ 10:1. 1% NaCl вообще не приводит к образованию волокон. Концентрация NaCl предпочтительно составляет менее 0,5% и предпочтительно менее 0,2%. Соответственно, в предпочтительном варианте реализации стадию подкисления/образования волокна проводят в присутствии не более 0,6% масс. NaCl, предпочтительно не более 0,5% масс., более предпочтительно не более 0,2% масс. NaCl.
Волокнообразующий раствор может содержать один или несколько дополнительных ингредиентов, например, масло, крахмал или их комбинацию.
Настоящее изобретение также относится к пищевой волокнистой структуре на основе белка, которую можно получить способом согласно настоящему изобретению. В дополнительном аспекте предложено применение волокнообразующего раствора или пищевой волокнистой структуры на основе белка в соответствии с настоящим изобретением для получения продукта питания, предпочтительно продукта питания для вегетарианцев или веганов.
Кроме того, в настоящем изобретении предложен пищевой продукт, содержащий пищевую волокнистую структуру на основе белка, как описано в настоящем документе. Пищевой продукт может быть предназначен, но не обязательно, для вегетарианцев или для веганов. Например, волокнистая структура, представленная в настоящем документе, преимущественно включена в продукт питания, выбранный из группы, состоящей из заменителя мяса, безглютенового хлебобулочного продукта, аналога сыра или заменителя яиц. В конкретном варианте реализации продукт питания представляет собой заменитель мяса, такой как куриная грудка, куриная палочка или аналог колбасы. Было обнаружено, что описанные в настоящем документе волокнистые структуры также можно применять с натуральным мясом в качестве наполнителей мяса.
ПОДПИСИ К ФИГУРАМ
Фигура 1: Общий вид сформированных комплексов с различными изолятами картофельного белка и различными заряженными полисахаридами. Очевидно, что лучшие волокнистые структуры образуются между изолятом нативного картофельного белка и КМЦ. На каждом снимке размер черты составляет 1 см. Более подробно см. в примере 4.
Фигура 2: Куриный суп, содержащий приготовленную на пару волокнистую структуру согласно настоящему изобретению в качестве аналога куриной грудки.
Фигура 3: Влияние концентрации NaCl в волокнообразующем растворе на выход образующихся волокнистых структур. См. также пример 7.
Фигура 4: Неволокнистые осажденные частицы, образованные при повторном выполнении примера из известного уровня техники по комплексообразованию картофельного белка с КМЦ. См. пример 8. Размер черной черты на левой и правой панели составляет 1 см.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Пример 1: Выделение неденатурированного картофельного белка
Способ выделения LMW картофельного белка
Стоки картофельного производства (PJ) в количестве 400 л получали с крахмального завода AVEBE в Gasselternijveen, Нидерланды. PJ предварительно обрабатывали удалением массы нерастворимых компонентов с применением сепаратора Westfalia SAMR 3036, работающего со скоростью 200 л/ч и разгрузкой каждые 30 минут. Осветленную оставшуюся фракцию нерастворимых компонентов PJ удаляли с применением фильтра Larox (Larox типа PF 0.1 H2). Фильтр предварительно покрывали 150 г рециркуляционного Dicalite 4158 (Dicalite Europe NV), и осветленный PJ пропускали со скоростью 200 л/ч. Общий объем отфильтрованного сока, составляющий 250 литров, собирали в сосуде Терле на 500 л с мешалкой и охлаждающей рубашкой с водой при 14°C. Добавляли 200 ppm бисульфита натрия (Castor International BV). РН доводили до 6,0 с применением 33% NaOH (Brenntag).
Отфильтрованный PJ с содержанием белка 12 г/л загружали в установку с 3 колоннами с псевододвижущимся слоем (SMB). Каждая изготовленная на заказ колонна из ПВХ (5,5 х 90 см) имела высоту слоя смолы 65 см, что соответствует объему смолы 1,6 литра. Смола состояла из метакрилатной хроматографической смолы, функционализированной бензойной кислотой (Resindion). Количество отфильтрованного PJ с pH 6,0, составляющее 3,5 объема слоя (BV), загружали в две колонки последовательно со скоростью нисходящего потока 15 л/ч. Выходящий поток собирали по мере истощения LMW в PJ в сосуде Терле, охлажденном при 14°C. PJ в первой колонке вытесняли во вторую и третью колонку водой в количестве 1 BV при скорости потока 12 л/час с последующим элюированием адсорбированных белков элюирующим буфером в количестве 2,6 BV (50 мМ фосфорная кислота (из 85% фосфорной кислоты, Brenntag)). Уравновешивание колонки осуществляли с применением 2,8 BV 12 мМ цитрата при pH 6,0 (из моногидрата лимонной кислоты, RZBC и 33% NaOH, Brenntag). Элюирование и уравновешивание колонок происходили при скорости потока 23 л/час. На основании сигнала UV280 (UVis-920, GE Healtcare) в качестве элюата, содержащего LMW белок, собирали пик в количестве примерно 2,7 BV. Этот процесс осуществляли в течение примерно 22 часов, пока 250 л PJ не закончились.
Из исходных 250 литров PJ получали 190 литров элюата LMW белка с содержанием белка 0,8%. Элюат концентрировали до 10° по Бриксу, используя установку ультрафильтрации (UF) Pall, содержащую модуль Microza SIP-3013 с отсечкой 6000 дальтон. Установка работала при давлении на входе 2,0 бар и давлении на выходе 0,5 бар. Для диафильтрации добавляли умягченную воду в объеме, в 4 раза превышающем объем концентрата. Во время диафильтрации для раствора белка устанавливали pH, соответствующий 7,5, путем добавления едкого натра. Материал дополнительно концентрировали до 20° по Бриксу или минимального рабочего объема 7 литров по UF. Концентрат высушивали с применением сушилки Anhydro Compact Spray. Сушилка была оснащена распылительным колесом. Сушилка работала при температуре воздуха на входе 175°С и температуре воздуха на выходе 75°С. Из исходных 250 литров PJ получали 1,1 кг порошка изолята неденатурированного (нативного)картофельного белка (Solanic 300N) с низкой молекулярной массой.
Способ выделения HMW картофельного белка:
PJ после удаления LMW белка в объеме 250 л (6 г/л белка) доводили до рН 5,3 соляной кислотой и загружали на установку с 3 колоннами с псевдодвижущимся слоем (SMB). Каждая изготовленная на заказ колонна из ПВХ (5,5 х 90 см) имела высоту слоя смолы 65 см, что соответствует объему смолы 1,6 литра. Смола состояла из метакрилатной хроматографической смолы, функционализированной бензойной кислотой (Resindion).
Количество PJ после удаления LMW белка с pH 5,3, составляющее 5,5 объема слоя (BV), загружали в две колонки последовательно со скоростью нисходящего потока 18л/ч. PJ в первой колонке вытесняли во вторую и третью колонку с применением 1 BV 12 мМ цитрата с pH 4,8 при 12 л/час с последующим элюированием адсорбированных белков с помощью 3,1 BV элюирующего буфера (100 мМ фосфатного буфера pH 8, Boom BV, NL) с последующим уравновешиванием колонки с применением 3,1 BV 12 мМ цитрата (моногидрат лимонной кислоты, RZBC и 33% NaOH, Brenntag). Элюирование и уравновешивание колонок происходили при скорости потока 17л/час. На основании сигнала UV280 (UVis-920, GE Healthcare) в качестве элюата, содержащего HMW белок, в сосуд Терле, охлаждаемый при 14°C, собирали пик в количестве примерно 3,1 BV. Этот процесс осуществляли в течение примерно 21 часов, пока 250 л отработанного PJ не закончились.
Из исходных 250 литров PJ получали 140 литров элюата HMW белка с содержанием белка 0,5 %. Элюат концентрировали до 20° по Бриксу, используя установку ультрафильтрации (UF) Pall, содержащую модуль Microza SIP-3013 с отсечкой 6000 дальтон. Установка работала при давлении на входе 2,0 бар и давлении на выходе 0,5 бар. Концентрат высушивали с применением сушилки Anhydro Compact Spray. Сушилка была оснащена распылительным колесом. Сушилка работала при температуре воздуха на входе 175°С и температуре воздуха на выходе 75°С. Из исходных 250 литров PJ после удаления LMW белка получали порошок HMW неденатурированного (нативного) картофельного белка в количестве 0,6 кг.
Способ выделения денатурированного картофельного белка:
Для осуществления задач сравнительных примеров из картофельного сока также получали изолят денатурированного картофельного белка Solanic 100. Картофельный сок подвергали тепловой коагуляции при температуре 104°С с получением 12,9 граммов твердых частиц белка/кг суспензии. Частицы белка отделяли от сока с помощью двухфазного декантера при 4000 g. Полученный коагулированный белок имел содержание сухого твердого вещества 34% масс. Коагулированный белок ресуспендировали в воде, и добавляли серную кислоту до достижения рН 3,3. После перемешивания в течение 30 минут белковую суспензию обезвоживали и промывали с помощью вакуумного ленточного фильтра. Коагулированный белок промывали с контролем проводимости промывной воды. Промывная вода перед применением имела электропроводность 0,4 мСм/см, и промывку продолжали до электропроводности применяемой промывной воды ниже 1 мСм/см. Осадок на фильтре высушивали с помощью кольцевой сушилки с температурой на входе/выходе 170°С/80°С соответственно. После сушки содержание воды составляло 4,5% масс.
Пример 2: Образование волокнистой структуры КМЦ-картофельный белок
15 граммов изолята нативного картофельного белка S300N (см. пример 1) суспендировали в 85 г деминерализованной воды традиционным способом. Раствор КМЦ готовили путем смешивания 1,5 г КМЦ 4000 (Cekol, CP Kelco) с 98,5 граммами деминерализованной воды с применением Ultra-turrax (Silverson 4R). 36,4 граммов раствора картофельного белка, 36,4 граммов раствора КМЦ 4000 и 7,3 граммов деминерализованной воды тщательно перемешивали. Перемешанный раствор КМЦ 4000-картофельный белок имел общее содержание сухого вещества 5% и соотношение белка к КМЦ 10:1. Раствор КМЦ-картофельный белок подкисляли 0,5 миллилитрами четырехмолярной соляной кислоты при перемешивании магнитной мешалкой (IKAMAG ™ RCT), чтобы получить порцию волокон КМЦ-картофельный белок. Конечная смесь имела рН 4. Полученный комплекс КМЦ-белок собирали с применением лабораторного тестового сита с апертурой 1,00 мм (Endecolts LTD, BS410/1986). Собранный комплекс промывали проточной водопроводной водой. Промытый кусок комплекса выжимали вручную, чтобы отжать излишки воды. Сформированный волокнистый фрагмент имеет волокнистую, пригодную для жевания и эластичную текстуру, похожую на мясо.
Пример 3: Выбор КМЦ
Чтобы сравнить влияние различной молекулярной массы КМЦ на способность образовывать волокнистый комплекс КМЦ-картофельный белок, были протестированы 4 типа КМЦ.
Комплекс 1 КМЦ-картофельный белок
Готовили 10% раствор изолята картофельного белка (S300N) и 1,5% раствор КМЦ 30 (Cekol, CP Kelco) с применением Ultra-turrax, способом, описанным в примере 2. Отбирали 36,4 г раствора картофельного белка, 36,4 г раствора КМЦ 30 и 7,3 г деминерализованной воды и тщательно перемешивали. Таким образом, раствор КМЦ-картофельный белок подкисляли 0,5 миллилитрами четырехмолярной соляной кислоты при перемешивании для получения комплекса КМЦ-картофельный белок.
Комплекс 2 КМЦ-картофельный белок
Готовили 10% раствор изолята картофельного белка и 5% раствор КМЦ 150 (Cekol, CP Kelco) с применением Ultra-turrax, способом, описанным в примере 2. Отбирали 36,4 г раствора картофельного белка, 36,4 г раствора КМЦ 150 и 7,3 г деминерализованной воды и тщательно перемешивали. Таким образом, раствор КМЦ-картофельный белок подкисляли 0,5 миллилитрами четырехмолярной соляной кислоты при перемешивании для получения комплекса КМЦ-картофельный белок.
Комплекс 3 КМЦ-картофельный белок
Те же ингредиенты и способ описаны в примере 2.
Комплекс 4 КМЦ-картофельный белок
Готовили 10% раствор изолята картофельного белка и 0,5% раствор КМЦ 30000 (Cekol, CP Kelco) с применением Ultra-turrax, способом, описанным в примере 2. Отбирали 20 граммов раствора картофельного белка, 8 граммов раствора КМЦ 30000 и 520 граммов деминерализованной воды, и тщательно перемешивали. Таким образом, раствор КМЦ-картофельный белок подкисляли 0,5 миллилитрами четырехмолярной соляной кислоты при перемешивании для получения комплекса КМЦ-картофельный белок.
Описана структура комплекса, как представлено в следующей таблице 1.
Образец
КМЦ M<sub>w</sub> (Да)
Описание комплекса
Комплекс 1КМЦ 30 с картофельным белком
80000
--
Комплекс 2КМЦ 150 с картофельным белком
150000
+
Комплекс 3КМЦ 4000 с картофельным белком
450000
++
Комплекс 4КМЦ 30000 с картофельным белком
750000
++
-: нет образования волокон, образовались только мелкие частицы / седиментация / комки
+/-: наблюдается мелкое / разорванное волокно
+: волокнистая структура, образующая некоторое количество пучков волокон, может быть легко разорвана
++: образование фрагмента волокнистой структуры с большими пучками волокон, растягивающимися при разрыве.
Эти данные показывают, что КМЦ, имеющая молекулярную массу по меньшей мере 150000 Да, способна образовывать комплекс, имеющий волокнистую структуру.
Пример 4: Образование комплекса с другими гидроколлоидами
Чтобы проверить способность различных анионных гидроколлоидов образовывать волокнистый комплекс с картофельным белком, были протестированы: ксантановая камедь, КМЦ, альгинат натрия, LM-пектин и i-каррагинан. Кроме того, тестировали и сравнивали различные продукты изолята картофельного белка, такие как S300N, S200 (нативный) и S100 (денатурированный).
Образец 1
Комплекс картофельного белка (S300N) с ксантановой камедью
10% раствор картофельного белка (S300N) готовили с применением традиционного способа. 0,5% раствор ксантана (Keltrol AP-F, CP Kelco) готовили с применением Ultra-turrax. 120 граммов раствора белка, 120 граммов раствора ксантана и 120 граммов деминерализованной воды затем хорошо перемешивали с помощью магнитной мешалки. 2 грамма трехмолярной молочной кислоты добавляли к смешанному раствору при перемешивании. Короткие разорванные волокна образовались практически сразу после подкисления. Весь процесс обычно занимал примерно 2-3 минуты.
Образец 2
Комплекс картофельного белка (S300N) с КМЦ
10% раствор картофельного белка (S300N) готовили с применением традиционного способа. 0,5% раствор КМЦ 30000 (CP Kelco CMC 30000) готовили с применением Ultra-turrax. 120 граммов раствора белка, 120 граммов раствора КМЦ и 120 граммов деминерализованной воды затем хорошо перемешивали с помощью магнитной мешалки. 2 грамма трехмолярной молочной кислоты добавляли к смешанному раствору при перемешивании. Длинные эластичные волокнистые материалы образовались практически сразу после подкисления. Весь процесс обычно занимал примерно 2-3 минуты.
Образец 3
Комплекс картофельного белка (S300N) с альгинатом натрия
5% раствор картофельного белка (S300N) готовили с применением традиционного способа. 0,5% раствор альгината натрия (VWR Chemicals, Prolabo) готовили с применением Ultra-turrax. 40 граммов раствора белка, 40 граммов раствора альгината натрия затем хорошо перемешивали с помощью магнитной мешалки. 2 грамма трехмолярной молочной кислоты добавляли к смешанному раствору при перемешивании. Короткие волокнистые материалы образовались практически сразу после подкисления. Весь процесс обычно занимал примерно 2-3 минуты.
Образец 4
Комплекс картофельного белка (S300N) с LM-пектином
5% раствор картофельного белка (S300N) готовили с применением традиционного способа. 0,5% раствор LM-пектина (Genu Pectin type LM-104AS-FS) готовили с применением Ultra-turrax. 48 граммов белкового раствора хорошо перемешивали с 32 граммами раствора LM-пектина с применением магнитной мешалки. После перемешивания белкового раствора с раствором Lm-пектина рН системы составлял примерно 7,5. 2 грамма трехмолярной молочной кислоты добавляли к смешанному раствору при перемешивании. Седиментация образовалась практически сразу после подкисления. Весь процесс обычно занимал примерно 2-3 минуты.
Образец 5
Комплекс картофельного белка (S300N) с i-каррагинаном
5% раствор картофельного белка (S300N) готовили с применением традиционного способа. 0,5% раствор i-каррагинана (Sigma, -carrageenan, коммерческого сорта, тип II) готовили с применением Ultra-turrax. 48 граммов белкового раствора хорошо перемешивали с 32 граммами раствора i-каррагинана с применением магнитной мешалки. 2 грамма трехмолярной молочной кислоты добавляли к смешанному раствору при перемешивании. Короткие белые комплексы образовались практически сразу после подкисления. Весь процесс обычно занимал примерно 2-3 минуты.
Образец 6
Комплекс картофельного белка (S200) с ксантаном
10% раствор картофельного белка (S200) готовили с применением традиционного способа. 0,5% раствор ксантана готовили с применением Ultra-turrax. Получали комплекс, как описано в таблице ниже.
Образец 7
Комплекс картофельного белка (S200) с КМЦ
10% раствор картофельного белка (S200) готовили с применением традиционного способа. 0,5% раствор КМЦ 30000 готовили с применением Ultra-turrax. Получали комплекс, как описано в таблице ниже.
Образец 8
Комплекс картофельного белка (S200) с альгинатом натрия
5% раствор картофельного белка (S200) готовили с применением традиционного способа. 0,5% раствор альгината натрия готовили с применением Ultra-turrax. Получали комплекс, как описано в таблице ниже.
Образец 9
Комплекс картофельного белка (S200) с LM-пектином
5% раствор картофельного белка (S200) готовили с применением традиционного способа. 0,5% раствор LM-пектина готовили с применением Ultra-turrax. Получали комплекс, как описано в таблице ниже.
Образец 10
Комплекс картофельного белка (S200) с i-каррагинаном
5% раствор картофельного белка (S200) готовили с применением традиционного способа. 0,5% раствор i-каррагинана готовили с применением Ultra-turrax. Получали комплекс, как описано в таблице ниже.
Образец 11
Комплекс картофельного белка (денатурированный, S100) с ксантаном
10% раствор картофельного белка (денатурированный, S100) готовили с применением традиционного способа. 0,5% раствор ксантана готовили с применением Ultra-turrax. Получали комплекс, как описано в таблице ниже.
Образец 12
Комплекс картофельного белка (денатурированный, S100) с КМЦ
10% раствор картофельного белка (денатурированный, S100) готовили с применением традиционного способа. 0,5% раствор КМЦ 30000 готовили с применением Ultra-turrax. Получали комплекс, как описано в таблице ниже.
Образец 13
Комплекс картофельного белка (денатурированный, S100) с альгинатом натрия
5% раствор картофельного белка (денатурированный, S100) готовили с применением традиционного способа. 0,5% раствор альгината натрия готовили с применением Ultra-turrax. Получали комплекс, как описано в таблице ниже.
Образец 14
Комплекс картофельного белка (денатурированный, S100) с LM-пектином
5% раствор картофельного белка (денатурированный, S100) готовили с применением традиционного способа. 0,5% раствор LM-пектина готовили с применением Ultra-turrax. Получали комплекс, как описано в таблице 2 ниже.
Таблица 2
Образец
Волокнистая структура
Описание комплекса
Образец 1Нативный картофельный белок / Ксантан
+
Короткие волокна, легко разорвать
Образец 2Нативный картофельный белок / КМЦ 30000
++
структура в форме пучка длинных волокон, эластичная
Образец 3Нативный картофельный белок / Альгинат натрия
+
Короткие волокна, легко разорвать
Образец 4Нативный картофельный белок / LM-пектин
--
седиментация частиц
Образец 5Нативный картофельный белок /i-каррагинан
+/-
Комок/комплекс белого мелкого волокна
Образец 6Нативный картофельный белок / Ксантан
+/-
Слизистые, прозрачные разорванные короткие волокна
Образец 7Нативный картофельный белок / КМЦ 30000
++
структура в форме пучка длинных волокон
Образец 8Нативный картофельный белок /Альгинат натрия
--
“pockets”
Образец 9Нативный картофельный белок / LM-пектин
--
седиментация частиц
Образец 10Нативный картофельный белок /i-каррагинан
--
“pockets”
Образец 11Денатурированный картофельный белок / Ксантан
--
Мелкие хлопья как частицы
Образец 12Денатурированный картофельный белок / КМЦ 30000
--
седиментация частиц (возможно самого белка)
Образец 13Денатурированный картофельный белок / Альгинат натрия
--
Мелкие хлопья как частицы
Образец 14Денатурированный картофельный белок /с LM-пектином
--
маленькие мелкие комки
-: нет образования волокон, образовались только мелкие частицы / седиментация / комки
+/-: наблюдается мелкое / разорванное волокно
+: волокнистая структура, образующая некоторое количество пучков волокон, может быть легко разорвана
++: образование фрагмента волокнистой структуры, подобной куриному мясу, с большими пучками волокон, в некоторой степени растягивающимися при разрыве. Только эти структуры напоминают таковые в куриной грудке.
На фигуре 1 представлен общий вид образованных комплексов с различными изолятами картофельного белка и различными заряженными полисахаридами. Очевидно, что лучшие волокнистые структуры образуются между изолятом нативного картофельного белка и КМЦ.
Пример 5: Образование волокон, требующих кислые условия
В способе согласно настоящему изобретению для того, чтобы получить образование волокнистой структуры картофельный белок-КМЦ, необходимы кислые условия. Важным аспектом является то, что конечный pH волокнообразующего раствора находится в диапазоне от 2 до 5.
Этот пример демонстрирует непосредственное сравнение двух вариантов реализации настоящего изобретения. В варианте реализации 1 pH исходного волокнообразующего раствора являлся нейтральным (например, выше 7), который затем подкисляли до pH в диапазоне 2-5 путем добавления минеральной или органической кислот при перемешивании, чтобы обеспечить образование пищевой волокнистой структуры из картофельного белка. В варианте осуществления 2 волокнообразующий раствор готовили путем смешивания кислого раствора картофельного белка, имеющего рН ниже 5, с раствором КМЦ, чтобы обеспечить образование пищевой волокнистой структуры из картофельного белка.
Для этого готовили 10% масс. раствор изолята картофельного белка (S300N) и 0,5% раствор CMC 4000, как описано в примере 2. Вариант реализации 1: отбирали 120 г раствора белка, 120 г раствора КМЦ и 120 г деминерализованной воды и тщательно перемешивали. Затем добавляли 4,5 г раствора молочной кислоты при перемешивании до достижения конечного значения рН 2,9. В варианте реализации 2 120 г раствора картофельного белка подкисляли до рН 3,4, используя молочную кислоту. Затем раствор белка и раствор КМЦ добавляли к 120 г деминерализованной воды при тщательном перемешивании в течение не менее 30 с. Происходило немедленное образование волокон. Сбор комплекса КМЦ-белок осуществляли, как описано в примере 2.
Технические подробности двух вариантов реализации и полученные результаты обобщены в таблице 3 ниже.
Таблица 3
Вариант реализации 1
Вариант реализации 2
Раствор белка (10%)Раствор КМЦ (0,5%)Деминер. водаВсего (сухие вещества)
120 г (12 г сухих в-в)120 г (0,6 г сухих в-в)120 г360 г (3,5%)
120 г (12 г сухих в-в)120 г (0,6 г сухих в-в)120 г360 г (3,5%)
Молочная кислота (30%)
4,5 г
В достаточном кол-ве для подкисления раствора белка
РезультатыВыходИсходный рН белкового раствораКонечный рН волокнообразующего раствора
24 г (влажный)8,62,9
16,8 г (влажный)3,43,6
Наблюдения
Волокнистые и эластичные структуры
Длинные, волокнистые и эластичные структуры
Пример 6:
Куриный суп, содержащий аналоги куриной грудки
Волокнистый комплекс КМЦ 4000-картофельный белок готовили так же, как описано в примере 2. Промытый волокнистый комплекс осторожно отжимали для удаления избытка воды, и затем пропаривали (Thermomix TM31) в течение 5 минут. Приготовленный на пару волокнистый комплекс разрезали на мелкие кусочки размером примерно 1 кубический сантиметр.
Пять граммов порошка куриного супа (Hong Kong Gold Label Chicken Power, Knorr) добавляли в 250 г водопроводной воды и кипятили на плите. Разрезанный волокнистый комплекс добавляли в прокипяченый куриный суп в качестве «аналогов куриной грудки». Было обнаружено, что такие добавленные аналоги куриной грудки имеют структуру, аналогичную обычной вареной куриной грудке. На фигуре 2 показан волокнистый комплекс КМЦ-картофельный белок в виде «аналогов куриной грудки» в курином супе.
Пример 7:
Влияние концентрации хлорида натрия на процесс
В этом примере исследовали, каким образом концентрация NaCl может влиять на выход волокнистого комплекса КМЦ-картофельный белок.
Образец № 1
Раствор КМЦ 4000-картофельный белок, который содержит 5% общего содержания сухого вещества и соотношение белка к КМЦ 10:1, готовили, как описано в примере 2. Раствор КМЦ-картофельный белок подкисляли 0,5 миллилитрами четырехмолярной соляной кислоты при перемешивании для получения комплекса КМЦ-картофельный белок.
Образец № 2
В тот же раствор КМЦ 4000-картофельный белок, как описано в примере 2, дополнительно добавляли 0,1% масс./масс. хлорида натрия. Раствор КМЦ-картофельный белок-NaCl подкисляли 0,5 миллилитрами четырехмолярной соляной кислоты при перемешивании для получения комплекса КМЦ-картофельный белок.
Образец № 3
В тот же раствор КМЦ 4000-картофельный белок, как описано в примере 2, дополнительно добавляли 0,3% масс./масс. хлорида натрия. Раствор КМЦ-картофельный белок-NaCl подкисляли 0,7 миллилитрами четырехмолярной соляной кислоты при перемешивании для получения комплекса КМЦ-картофельный белок.
Образец № 4
В тот же раствор КМЦ 4000-картофельный белок, как описано в примере 2, дополнительно добавляли 0,5% масс./масс. хлорида натрия. Раствор КМЦ-картофельный белок-NaCl подкисляли 0,9 миллилитрами четырехмолярной соляной кислоты при перемешивании для получения комплекса КМЦ-картофельный белок.
Образец № 5
В тот же раствор КМЦ 4000-картофельный белок, как описано в примере 2, дополнительно добавляли 0,8% масс./масс. хлорида натрия. Раствор КМЦ-картофельный белок-NaCl подкисляли 1,2 миллилитрами четырехмолярной соляной кислоты при перемешивании для получения комплекса КМЦ-картофельный белок.
Образец № 6
В тот же раствор КМЦ 4000-картофельный белок, как описано в примере 2, дополнительно добавляли 1% масс./масс. хлорида натрия. Раствор КМЦ-картофельный белок-NaCl подкисляли 1,5 миллилитрами четырехмолярной соляной кислоты при перемешивании для получения комплекса КМЦ-картофельный белок.
Полученный комплекс КМЦ-белок собирали с применением лабораторного тестового сита с апертурой 1,00 мм. Собранный комплекс промывали проточной водопроводной водой. Промытый кусок комплекса выжимали, чтобы отжать излишки воды, и сушили в сушильном шкафу при 50°С в течение ночи. Измеряли массу высушенных в сушильном шкафу комплексов, и выход рассчитывали следующим образом:
Выход для шести описанных выше образцов с различной концентрацией NaCl в растворе рассчитывали и наносили на график на фигуре 3.
Результаты показывают, что присутствие соли ингибирует образование волокнистой структуры из КМЦ и картофельного белка. Соль, при необходимости в окончательном рецепте, рекомендуется добавлять после сбора волокнистой структуры.
Пример 8: Повторное выполнение комплексообразования КМЦ-картофельный белок из известного уровня техники
Комплекс КМЦ-картофельный белок ранее был описан Gonzalez и др., (Food Hydrocolloids Vol. 4 no. 5 pp.355-363, 1991), который относится к выделению белка из стоков картофельного производства путем образования комплексов с карбоксиметилцеллюлозой.
Этот пример демонстрирует, что при повторном выполнении способа Gonzalez и др. получали комплекс КМЦ-картофельный белок, который не имеет волокнистой структуры.
Свежий картофель покупали в местном супермаркете. Свежий картофельный сок готовили, как описано в литературе. 500 г картофеля промывали, очищали, нарезали на маленькие кубики, смешивали с 500 г воды и суспендировали в коммерческом блендере (Braun, JB3060) на высокой скорости в течение 1 минуты. 0,5 г бисульфита натрия добавляли к суспензии для контроля ферментативного потемнения. Суспензию сначала центрифугировали при 3500 об/мин при комнатной температуре в течение 15 минут (Mistral 6000, Beun de Ronde). Затем супернатант собирали в 15 мл центрифужные пробирки, и затем центрифугировали при 4500 об/мин в течение 15 минут (Multifuge 1S-R) при комнатной температуре для удаления любого оставшегося крахмала или частиц. Супернатант снова собирали, и концентрацию белка измеряли с применением калиброванного анализатора белка Sprint (CEM). В соответствии с измеренным содержанием белка супернатант разбавляли до 1 г белка/л, чтобы соответствовать концентрации белка, используемой в литературе.
Разбавленный сок картофельного белка содержал 1 г/л картофельного белка и имел нейтральный рН 6,2. Готовили 0,25% раствор КМЦ 4000 с использованием ultraturrax (Silverson 4R). 8 г раствора КМЦ 4000 добавляли к 200 мл картофельного сока, чтобы получить соотношение КМЦ/белок, составляющее 0,1. 1М HCl добавляли к смеси раствора при магнитном перемешивании до тех пор, пока рН раствора не уменьшался до 3,5.
Полученный комплекс КМЦ-картофельный белок был обнаружен в виде седиментации частиц, как показано на фигуре 4. Такой комплекс не имеет волокнистой структуры, предусмотренной настоящим изобретением.