ПОЛУЧЕНИЕ СОЕВОГО БЕЛКОВОГО ПРОДУКТА С ПОМОЩЬЮ ВОДНОЙ ЭКСТРАКЦИИ ("S803")
SOYA BEAN PRODUCT MANUFACTURE BY WAY OF WATER EXTRACTION ("S803")

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к получению соевого белкового продукта.
Уровень техники
В предварительных заявках на патент US №61/107112, поданной 21 октября 2008 (7865-373), US №61/193457, поданной 2 декабря 2008 (7865-374), US №61/202070, поданной 26 января 2009 (7865-376), US №61/202553, поданной 12 марта 2009 (7865-383), US №61/213717, поданной 7 июля 2009 (7865-389), US №61/272241, поданной 3 сентября 2009 (7865-400) и заявке на патент US №12/603087, поданной 21 октября 2009, включенных в данное описание в качестве ссылок, описывается получение соевого белкового продукта, предпочтительно, соевого белкового изолята, который полностью растворим и способен давать прозрачные и устойчивые к действию высокой температуры растворы при низких значениях рН. Такой соевый белковый продукт можно использовать для обогащения белком, в частности, безалкогольных напитков и спортивных напитков, а также других кислых водных систем без выпадения белка в осадок. Соевый белковый продукт получают экстракцией источника соевого белка водным раствором хлорида кальция при собственном рН, необязательно, разбавляя полученный водный раствор соевого белка, доводя рН водного раствора соевого белка до от примерно 1,5 до примерно 4,4, предпочтительно, от примерно 2,0 до примерно 4,0, с получением подкисленного прозрачного раствора соевого белка, который перед сушкой можно, необязательно, сконцентрировать и/или подвергнуть диафильтрации.
Сущность изобретения
Теперь неожиданно обнаружено, что соевый белковый продукт со сравнимыми свойствами можно получить способом, включающим экстракцию источника соевого белка водой и без необходимости использовать хлорид кальция.
В одном аспекте настоящего изобретения материал источника соевого белка экстрагируют водой при низком рН, а полученный водный раствор соевого белка подвергают ультрафильтрации и необязательной диафильтрации и получают концентрированный и необязательно диафильтрованный раствор соевого белка, который можно высушить и получить соевый белковый продукт.
Соевый белковый продукт, предлагаемый в данном случае, с содержанием белка, по меньшей мере, примерно 60 масс.% (N×6,25) к массе сухой основы, растворяется при кислотных значениях рН с образованием прозрачного и устойчивого к действию высокой температуры раствора продукта. Соевый белковый продукт можно использовать для обогащения белком, в частности, безалкогольных напитков и спортивных напитков, а также других водных систем без выпадения белка в осадок. Соевый белковый продукт предпочтительно представляет собой изолят с содержанием белка, по меньшей мере, примерно 90 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 масс.% (N×6,25) к массе сухой основы.
Согласно одному аспекту, настоящее изобретение относится к способу получения соевого белкового продукта с содержанием соевого белка, по меньшей мере, примерно 60 масс.% (N×6,25) к массе сухой основы, который включает:
(a) экстракцию источника соевого белка водой при низком рН с растворением соевого белка из источника белка и образованием водного раствора соевого белка,
(b) отделение водного раствора соевого белка от оставшегося источника соевого белка,
(c) концентрирование водного раствора соевого белка с использованием селективного мембранного метода,
(d) необязательную диафильтрацию концентрированного раствора соевого белка и
(e) необязательную сушку концентрированного раствора соевого белка.
Соевый белковый продукт предпочтительно представляет собой изолят с содержанием белка, по меньшей мере, примерно 90 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 масс.% (N×6,25) к массе сухой основы.
Хотя настоящее изобретение относится, главным образом, к получению изолятов соевого белка, предполагается, что можно получать соевые белковые продукты меньшей чистоты со свойствами, схожими с изолятом соевого белка. Такие менее чистые продукты могут иметь содержание белка, по меньшей мере, примерно 60 масс.% (N×6,25) к массе сухой основы.
Новый соевый белковый продукт по изобретению можно смешивать с напитками в порошке для получения водных безалкогольных напитков или спортивных напитков путем их растворения в воде. Такая смесь может представлять собой напиток в порошке.
Соевый белковый продукт, описанный в данной заявке, может быть представлен в виде своего водного раствора высокой степени чистоты при кислотных значениях рН, который при указанных значениях рН устойчив к действию высокой температуры.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к водному раствору соевого продукта, представленного в данной заявке, который устойчив к действию высокой температуры. Водный раствор может представлять собой напиток, который может представлять собой прозрачный напиток, в котором соевый белковый продукт полностью растворен, и прозрачный или непрозрачный напиток, непрозрачность которого соевый белковый продукт не повышает. Водные растворы соевого белкового продукта также имеют превосходную растворимость и прозрачность при рН 7.
Соевый белковый продукт, полученный согласно способу, описанному в данном описании, лишен характерного бобового привкуса изолятов соевого белка и не только подходит для обогащения белком кислых сред, но может быть использован в самых разных применениях белковых изолятов, включая, но не ограничиваясь указанным, обогащение белком переработанных пищевых продуктов и напитков, эмульгирование масел, в качестве формообразователя в хлебобулочных изделиях и пенообразователя в аэрированных продуктах. Кроме того, соевый белковый продукт может быть сформирован в белковые волокна, применимые в заменителях мяса, и может использоваться в качестве заменителя яичного белка или наполнителя в пищевых продуктах, в которых яичный белок используют в качестве связующего вещества. Соевый белковый продукт также можно использовать в качестве питательных добавок. Другими применениями соевого белкового продукта являются корм для домашних животных, корм для животных, применения в промышленности, косметике и средствах личной гигиены.
Раскрытие изобретения
Начальная стадия способа получения соевого белкового продукта включает растворение соевого белка из источника соевого белка. Источником соевого белка могут являться бобы сои или любой соевый продукт или побочный продукт, образовавшийся при переработке соевых бобов, в том числе, но без ограничения, соевая мука грубого помола, соевые хлопья, соевая крупа и соевая мука тонкого помола. Источник соевого белка может быть использован в полной необезжиренной форме, частично обезжиренной форме или полностью обезжиренной форме. Когда источник соевого белка содержит существенное количество жира, обычно в ходе процесса требуется стадия удаления жира. Соевый белок, извлеченный из источника соевого белка, может представлять собой белок, встречающийся в природе в соевых бобах, или белковый материал может представлять собой белок, модифицированный генетической манипуляцией, но обладающий характерными гиброфобными и полярными свойствами натурального белка.
Солюбилизацию белка из материала источника соевого белка осуществляют в данном случае с использованием воды при низком рН. Экстракцию можно проводить при рН от примерно 1,5 до примерно 3,6, предпочтительно, при рН, соответствующем рН продукта (например, напитка), в который должен быть включен белковый продукт, таком как рН от примерно 2,6 до примерно 3,6. Как правило, воду добавляют к источнику соевого белка, и затем регулируют рН путем добавления любой обычной пищевой кислоты, обычно, соляной кислоты или фосфорной кислоты. Когда соевый белковый продукт предназначается для использования в непищевых продуктах, можно использовать химикаты непищевой категории качества.
В периодическом процессе растворение белка осуществляют при температуре от примерно 1°С до примерно 100°С, предпочтительно, от примерно 15°С до примерно 35°С, предпочтительно, при перемешивании для уменьшения времени растворения, которое обычно составляет от примерно 1 до примерно 60 минут. Предпочтительно осуществлять растворение для экстракции, по существу, настолько большого количества белка из источника соевого белка, насколько это практически возможно, для обеспечения общего высокого выхода продукта.
В непрерывном процессе экстракцию соевого белка из источника соевого белка осуществляют любым способом, совместимым с осуществлением непрерывной экстракции соевого белка из источника соевого белка. В одном воплощении источник соевого белка непрерывно смешивают с водой, и смесь подают по трубе или трубопроводу, длина которых и скорость потока обеспечивают время пребывания, достаточное для нужной экстракции согласно параметрам, описанным в данном описании. При такой непрерывной процедуре стадия растворения осуществляется быстро за время от примерно «моментально» до примерно 10 минут, предпочтительно, растворение осуществляют для экстракции, по существу, настолько большого количества белка из источника соевого белка, насколько это практически возможно. Растворение при непрерывной процедуре осуществляют при температурах от примерно 1°С до примерно 100°С, предпочтительно, от примерно 15°С до примерно 35°С.
Концентрация источника соевого белка в воде во время стадии растворения может изменяться в широких пределах. Типичные значения концентрации составляют от примерно 5 до примерно 15% масс./об.
На стадии экстракции белка может иметь место дополнительный эффект растворения жиров, которые могут присутствовать в источнике соевого белка, что затем приводит к присутствию жиров в водной фазе.
Раствор белка, полученный со стадии экстракции, как правило, имеет концентрацию белка от примерно 5 до примерно 50 г/л, предпочтительно, от примерно 10 до примерно 50 г/л.
Во время стадии экстракции может присутствовать антиоксидант. Антиоксидант может представлять собой любой подходящий антиоксидант, такой как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество используемого антиоксиданта может изменяться от примерно 0,01 до примерно 1 масс.% от раствора, предпочтительно, составляет примерно 0,05 масс.%. Антиоксидант служит ингибитором окисления любых фенолов в растворе белка.
Затем водную фазу, полученную со стадии экстракции, можно отделить от оставшегося источника соевого белка любым подходящим способом, например, с использованием декантатор-центрифуги с последующей обработкой на тарельчатой центрифуге и/или фильтрацией для удаления оставшегося вещества источника соевого белка. После отделения оставшийся источник соевого белка можно высушить для удаления. С другой стороны, после отделения оставшийся источник соевого белка можно переработать для извлечения оставшегося белка, например, обычной процедурой изоэлектрического осаждения или любой другой подходящей процедурой, и извлечь некоторое количество белка.
Когда источник соевого белка содержит значительные количества жира, как описано в патентах US №№5844086 и 6005076, переуступленных их правоприемникам и включенных в данное описание в качестве ссылок, тогда для водного раствора белка после отделения могут быть осуществлены стадии обезжиривания, описанные в них. С другой стороны, обезжиривания водного раствора белка после отделения можно достичь любой другой подходящей процедурой.
Водный раствор соевого белка можно обработать адсорбентом, таким как порошкообразный активированный уголь или гранулированный активированный уголь, для удаления окраски и/или неприятно пахнущих соединений. Такую обработку адсорбентом водного раствора соевого белка после отделения можно осуществлять в любых подходящих условиях, как правило, при температуре окружающей среды. В случае порошкообразного активированного угля его используют в количестве от примерно 0,025% до примерно 5% масс./об., предпочтительно, от примерно 0,05% до примерно 2% масс./об. Адсорбент можно удалить из раствора соевого белка любым подходящим способом, таким как фильтрация.
Прозрачный водный подкисленный раствор соевого белка можно подвергнуть действию высокой температуры для инактивации лабильных при нагревании антипищевых факторов, таких как ингибиторы трипсина, присутствующих в водном растворе соевого белка в результате экстракции из вещества источника соевого белка во время стадии экстракции. Такая стадия нагревания также дает дополнительное преимущество снижения микробной нагрузки. Как правило, раствор белка греют при температуре от примерно 70°С до примерно 120°С, предпочтительно, от примерно 85°С до примерно 95°С, на протяжении от примерно 10 секунд до примерно 60 минут, предпочтительно, от примерно 30 секунд до примерно 5 минут. Затем раствор соевого белка, подвергнутый тепловой обработке, можно охладить для дополнительной обработки, как описано ниже, до температуры от примерно 2°С до примерно 60°С, предпочтительно, от примерно 20°С до примерно 35°С.
Если полученный водный раствор соевого белка имеет адекватную чистоту, его можно прямо высушивать для того, чтобы получить соевый белковый продукт. Для того чтобы снизить концентрацию примесей, водный раствор соевого белка можно перед сушкой обработать.
Водный раствор соевого белка можно сконцентрировать для повышения концентрации в нем белка, причем в то же время его ионная сила сохраняется, по существу, постоянной. Такое концентрирование, как правило, осуществляют для получения концентрированного раствора соевого белка с концентрацией белка от примерно 50 до примерно 400 г/л, предпочтительно, от примерно 100 до примерно 250 г/л.
Стадию концентрирования можно осуществлять любым подходящим способом, совместимым с периодическим или непрерывным процессом, таким как использование любого подходящего селективного мембранного метода, такого как ультрафильтрация или диафильтрация, с использованием мембран, таких как мембраны из полых волокон или мембраны со спиральной намоткой, с границей пропускания фракции с подходящей молекулярной массой, такой как от примерно 3000 до примерно 1000000 дальтон, предпочтительно, от примерно 5000 до примерно 100000 дальтон, с учетом различия материалов и конфигурации мембран и, в случае непрерывного процесса, уменьшенной для возможности нужной степени концентрирования, когда водный раствор белка проходит через мембраны.
Как хорошо известно, ультрафильтрация и подобные селективные мембранные методы создают возможность для прохождения через мембрану низкомолекулярных частиц, препятствуя в то же время как прохождению высокомолекулярных частиц. Низкомолекулярные частицы, экстрагированные из вещества источника, включают углеводы, пигменты, низкомолекулярные белки и антипищевые факторы, такие как ингибиторы трипсина, которые сами представляют собой низкомолекулярные белки. Отсечение мембраной молекулярной массы обычно выбирают для обеспечения удерживания значительной части белка в растворе, создавая в то же время возможность проходить загрязнениям сквозь мембрану, с учетом различных материалов и конфигурации мембран.
Раствор соевого белка можно подвергнуть стадии диафильтрации с использованием воды до или после завершения концентрирования. Вода может иметь свой собственный рН или рН, равный рН раствора белка, подвергающегося диафильтрации, или любое значение рН в промежутке. Такую диафильтрацию можно осуществлять с использованием от примерно 2 до примерно 40 объемов раствора для диафильтрации, предпочтительно, от примерно 5 до примерно 25 объемов раствора для диафильтрации. В процессе диафильтрации из водного раствора соевого белка удаляется дополнительное количество загрязнений за счет прохождения через мембрану путем проникания. Операцию диафильтрации можно осуществлять до тех пор, пока в прошедшем насквозь растворе не будет присутствовать дополнительное количество загрязнений или видимое окрашивание, или до тех пор, пока удержанная часть не будет достаточно очищена, с тем, чтобы после сушки получить продукт с нужным содержанием белка, предпочтительно, изолят с содержанием белка свыше 90 масс.% (N×6,25) на сухую массу. Такую диафильтрацию можно осуществлять с использованием такой же мембраны, как на стадии концентрирования. Однако, если необходимо, стадию диафильтрации можно осуществлять с использованием отдельной мембраны с другим границей пропускания молекулярной массы, такой как мембрана с границей пропускания молекулярной массы в интервале от примерно 3000 до примерно 1000000 дальтон, предпочтительно, от примерно 5000 до примерно 100000 дальтон, с учетом различных материалов и конфигурации мембран.
Стадию концентрирования и стадию диафильтрации в данном случае можно осуществлять таким образом, что соевый белковый продукт, по существу, извлеченный путем сушки концентрированной и диафильрованной удержанной части, содержит белка менее примерно 90 масс.% (N×6,25) к массе сухой основы, например, по меньшей мере, примерно 60 масс.% (N×6,25) к массе сухой основы. Путем частичного концентрирования и/или частичной диафильтрации водного раствора соевого белка возможно удалить загрязнения только частично. Такой раствор белка затем можно высушить и получить соевый белковый продукт с более низким уровнем чистоты. Такой соевый белковый продукт еще способен давать чистые растворы белка в кислых средах.
Антиоксидант может присутствовать в среде для диафильтрации во время, по меньшей мере, части стадии диафильтрации. Антиоксидант может представлять собой любой подходящий антиоксидант, такой как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество антиоксиданта, используемого в среде для диафильтрации, зависит от используемого вещества и может изменяться от примерно 0,01 до примерно 1 масс.%, предпочтительно, составляет примерно 0,05 масс.%. Антиоксидант служит ингибитором окисления любых фенолов, присутствующих в концентрированном растворе соевого белка.
Стадию концентрирования и стадию необязательной диафильтрации можно осуществлять при любой подходящей температуре, как правило, от примерно 2°С до примерно 60°С, предпочтительно, от примерно 20°С до примерно 35°С, в течение периода времени, достаточного для осуществления концентрирования и диафильтрации до нужной степени. Используемые температура и другие условия до некоторой степени зависят от мембранной установки, используемой для мембранной обработки, и нужного концентрирования раствора белка и эффективности удаления загрязнений с проходящим сквозь мембрану веществом.
В сое существует два основных ингибитора трипсина, а именно, ингибитор Кунитца, который представляет собой лабильную при нагревании молекулу с молекулярной массой приблизительно 21000 дальтон, и ингибитор Боумана-Бирка - более устойчивую к действию тепла молекулу с молекулярной массой примерно 8000 дальтон. Уровень активности ингибиторов трипсина в конечном соевом белковом продукте можно регулировать путем манипуляции различными переменными процессов.
Как отмечалось выше, тепловую обработку подкисленного водного раствора соевого белка можно использовать для инактивации ингибиторов трипсина. Такую тепловую обработку также можно применять для концентрирования и необязательной диафильтрации раствора соевого белка.
Кроме того, стадии концентрирования и/или диафильтрации можно выполнять способом, благоприятным для удаления ингибиторов трипсина с веществом, проходящим сквозь мембрану, вместе с другими загрязнениями. Удалению ингибиторов трипсина способствует использование мембраны с порами большего размера, такими как от примерно 30000 до 1000000 дальтон, работой мембраны при повышенных температурах, таких как от примерно 30°С до примерно 60°С, и использованием больших объемов среды для диафильтрации, таких как от примерно 20 до примерно 40 объемов.
Подкисление и мембранная обработка разбавленного раствора белка при более низком рН, таком как от примерно 1,5 до примерно 3, может уменьшить активность ингибиторов трипсина относительно обработки раствора при более высоком рН, таком как от примерно 3 до примерно 3,6. Когда раствор белка концентрируют и диафильтруют в нижнем конце интервала рН, может быть желательно повысить рН удержанной части перед сушкой. Можно повысить рН концентрированного и диафильтрованного раствора белка до нужного значения, например, до примерно рН 3, путем добавления любой обычной пищевой щелочи, такой как гидроксид натрия.
Далее, снижения активности ингибиторов трипсина можно достичь, подвергая вещества сои воздействию восстановителей, которые разрывают или перегруппировывают дисульфидные связи ингибиторов. Подходящие восстановители включают сульфит натрия, цистеин и N-ацетилцистеин.
Добавление такого восстановителя можно осуществлять на различных стадиях вышеописанного способа. Восстановитель можно добавлять с веществом источника соевого белка на стадии экстракции, можно добавлять в очищенный водный раствор соевого белка после удаления оставшегося вещества источника соевого белка, можно добавлять в концентрированный раствор белка до или после диафильтрации или можно смешивать в сухом состоянии с высушенным соевым белковым продуктом. Добавление восстановителя можно объединить со стадией тепловой обработки и стадиями мембранной обработки, описанными выше.
Если желательно сохранить активные ингибиторы трипсина в концентрированном растворе белка, этого можно достичь путем устранения стадии или уменьшения интенсивности тепловой обработки, не применяя восстановители, выполняя стадии концентрирования и диафильтрации в области более высоких значений интервала рН, таких как от примерно 3 до примерно 3,6, используя мембрану для концентрирования и диафильтрации с порами меньшего размера, работая с мембраной при более низких температурах и используя меньшие объемы среды для диафильтрации.
Концентрированный и необязательно диафильтрованный раствор белка можно, при необходимости, подвергнуть дополнительной операции обезжиривания, как описано в патентах US №№5844086 и 6005076. С другой стороны, обезжиривания концентрированного и необязательно диафильтрованного раствора белка можно добиться с помощью любой другой подходящей процедуры.
Концентрированный и необязательно диафильтрованный прозрачный водный раствор белка можно обработать адсорбентом, таким как порошкообразный активированный уголь или гранулированный активированный уголь, для удаления окрашивания и/или дурно пахнущих соединений. Такую обработку адсорбентом можно осуществлять в любых подходящих условиях, как правило, при температуре концентрированного раствора белка, соответствующей температуре окружающей среды. В случае порошкообразного активированного угля его используют в количестве от примерно 0,025% до примерно 5% масс./об., предпочтительно, от примерно 0,05% до примерно 2% масс./об. Адсорбент можно удалить из раствора соевого белка любым подходящим способом, таким как фильтрация.
Концентрированный и необязательно диафильтрованный водный раствор соевого белка можно высушить любым подходящим методом, таким как распылительная сушка или сублимационная сушка. Перед сушкой можно осуществить стадию пастеризации раствора соевого белка. Такую пастеризацию можно осуществить в любых желательных условиях пастеризации. Как правило, концентрированный и необязательно диафильтрованный водный раствор соевого белка греют при температуре от примерно 55°С до примерно 70°С, предпочтительно, от примерно 60°С до примерно 65°С, в течение от примерно 30 секунд до примерно 60 минут, предпочтительно, от примерно 10 минут до примерно 15 минут. Затем пастеризованный концентрированный раствор соевого белка можно охладить для сушки, предпочтительно, до температуры от примерно 15°С до примерно 35°С.
Сухой соевый белковый продукт имеет содержание белка, по меньшей мере, примерно 60 масс.%, предпочтительно, свыше примерно 90 масс.%, предпочтительнее, по меньшей мере, примерно 100 масс.%, (N×6,25) к массе сухой основы.
Соевый белковый продукт в данном случае растворяется в кислой водной среде, что делает продукт идеальным для включения в напитки как газированные, так и негазированные, для обогащения их белком. Такие напитки имеют широкий интервал кислотных значений рН, колеблющихся от примерно 2,5 до примерно 5. Соевый белковый продукт, описанный в данном описании, можно добавлять в такие напитки в любом подходящем количестве для обогащения таких напитков белком, например, по меньшей мере, примерно 5 г соевого белка на порцию. Добавленный соевый белковый продукт растворяется в напитке и не ухудшает прозрачность напитка даже после тепловой обработки. Соевый белковый продукт можно смешивать с сухим концентратом перед восстановлением до напитка путем растворения в воде. В некоторых случаях может потребоваться модификация обычного состава напитков для устойчивости композиции по изобретению, когда компоненты, присутствующие в напитке, могут вредно воздействовать на способность композиции по изобретению оставаться растворенной в напитке. Кроме того, соевый белковый продукт хорошо растворяется и образует растворы превосходной прозрачности при рН 7.
Примеры
Пример 1
В данном примере оценивают экстрагируемость водой или солевым раствором при низком рН обезжиренной, переработанной при минимальном нагревании соевой муки.
2
Обезжиренную, переработанную при минимальном нагревании соевую муку (10 г) экстрагируют водой или 0,15 М раствором NaCl или 0,15 М раствором CaCl (100 мл) при рН экстракционной системы, доведенном до 3 разбавленной HCl. Муку и растворитель объединяют, регулируют рН, и затем образцы перемешивают в течение 30 минут при комнатной температуре с использованием стержня и пластины для магнитной мешалки. Экстракт отделяют от использованной муки центрифугированием при 10200 g в течение 10 минут и затем дополнительно очищают фильтрацией через шприц с фильтром с порами размером 0,45 мкм. Содержание белка в фильтратах измеряют с использованием определителя LECO FP528 Nitrogen Determinator, и затем образцы разбавляют равным объемом воды и оценивают на наличие осадка.
Результаты по экстрагируемости приводятся в таблице 1.
Таблица 1
Влияние экстракционного растворителя при рН 3 на содержание белка в экстрактах
Образец
% белка
Экстрагируемость (%)
Вода
3,38
62,2
Хлорид натрия
2,94
54,1
Хлорид кальция
3,79
69,8
Как можно видеть из результатов в таблице 1, экстрагируемость достаточно высокая для всех растворителей, причем с хлоридом кальция растворяется больше всего белка. При экстракции одной водой растворяется больше белка, чем при использовании 0,15 М раствора хлорида натрия.
Когда очищенные экстракты разбавляют водой, из экстракта с хлоридом натрия выпадает обильный осадок, в то время как водный экстракт и экстракт с хлоридом кальция остаются, по существу, прозрачными.
Пример 2
В данном примере проверяют экстрагируемость соевой муки водой при различных значениях рН и прозрачность полученных экстрактов, подкисленных до рН 3.
Обезжиренную, переработанную при минимальном нагревании соевую муку (10 г) экстрагируют очищенной обратным осмосом водой (100 мл) в течение 30 минут при комнатной температуре с использованием стержня/пластины для магнитной мешалки при перемешивании с постоянной скоростью. Время 30 минут для экстракции отмечают с момента начала перемешивания. Доводят рН экстракции (вода плюс мука) до 3, 5, 7, 9 или 11 6 М HCl или 6 М NaOH сразу же после полного смачивания муки (что происходит довольно быстро) и контролируют и корректируют на протяжении 30-минутной экстракции. Через 30 минут образцы центрифугируют при 10200 g в течение 10 минут для отделения экстракта от использованной муки. Затем экстракты дополнительно очищают фильтрацией через шприц с фильтром с порами размером 0,45 мкм. Содержание белка в фильтратах измеряют с использованием определителя LECO FP528 Nitrogen Determinator. Также измеряют рН и прозрачность (А600) фильтрованных экстрактов. Образец фильтрованного экстракта разбавляют одной частью воды, очищенной обратным осмосом, и оценивают рН и прозрачность разбавленного образца. Затем рН неразбавленного и разбавленного образцов доводят до рН 3 6 М HCl или 6 М NaOH, как требуется, и повторно оценивают прозрачность.
Влияние рН при экстракции на экстрагируемость соевой муки водой показано в таблице 2.
Таблица 2
Влияние рН на экстрагируемость соевой муки водой
рН при экстракции
% белка в экстракте
Экстрагируемость (%)
3
2,43
45,4
5
0,70
13,1
7
4,05
75,7
9
4,28
80,0
11
5,18
96,8
Как можно видеть из результатов в таблице 2, существенную экстрагируемость получают с использованием воды со щелочным рН. Впрочем, более низкая экстрагируемость, полученная при рН 3, имеет разумную причину.
Влияние подкисления на прозрачность образцов неразбавленных экстрактов показано в таблице 3.
Таблица 3
Влияние подкисления на прозрачность водных неразбавленных экстрактов
рН при экстракции
Начальный pH
Начальный А600
Доведенный рН
Конечный А600
3
2,88
0,089
2,96
0,095
5
4,99
0,007
3,05
2,58
7
6,96
0,155
3,04
>3,0
9
8,87
0,222
3,02
>3,0
11
10,92
0,173
2,95
>3,0
Как можно видеть из результатов в таблице 3, образец, экстрагированный при рН 3, является единственным образцом, который остается прозрачным после регулирования рН.
Влияние подкисления на прозрачность образцов разбавленных экстрактов показано в таблице 4.
Таблица 4
Влияние подкисления на прозрачность разбавленных водных экстрактов
рН при экстракции
Начальный pH
Начальный А600
Доведенный pH
Конечный А600
3
2,97
0,222
-
-
5
5,06
0,001
2,96
2,53
7
6,97
0,080
3,02
>3,0
9
8,80
0,129
2,97
0,334
11
10,86
0,062
2,96
1,55
Как можно видеть из результатов в таблице 4, образец, экстрагированный при рН 3 и затем разбавленный, остается самым прозрачным из оцененных образцов.
Пример 3
Данный пример приводится для определения того, будет ли водный экстракт соевой муки при низком рН оставаться прозрачным при концентрировании и диафильтрации, и также повторной обработке водой после сушки.
К 800 мл очищенной обратным осмосом воды при температуре окружающей среды добавляют 80 г обезжиренной переработанной при минимальном нагревании соевой муки и перемешивают в течение 30 минут для получения водного раствора белка. Сразу же после диспергирования муки в воде рН системы доводят до 3 добавлением разбавленной HCl. Периодически в ходе 30-минутной экстракции рН контролируют и корректируют до 3. Оставшуюся соевую муку удаляют, и полученный раствор белка очищают центрифугированием и фильтрацией, и получают 475 мл фильтрованного раствора белка с содержанием белка 1,86 масс.%.
Фильтрованный раствор белка уменьшают в объеме до 42 мл концентрированием на полиэфирсульфоновой (PES) мембране с границей пропускания молекулярной массы 10000 дальтон. Аликвоту в 40 мл концентрированного раствора белка подвергают диафильтрации с 80 мл очищенной обратным осмосом воды. Полученный диафильтрованный концентрированный раствор белка имеет содержание белка 15,42 масс.% и представляет выход в 69,2 масс.% от начального фильтрованного раствора белка. Затем диафильтрованный концентрированный раствор белка сушат и получают продукт с содержанием белка, как обнаружено, 90,89% (N×6,25) на сырую массу основы. Продукт называют S803.
Получают 3,2 масс.% раствор S803 в воде и оценивают окраску и прозрачность с использованием прибора HunterLab Color Quest ХЕ, работающего на пропускание.
Интенсивность окраски и показатель прозрачности указаны в таблице 5.
Таблица 5
Показатели HunterLab для 3,2% раствора белка S803
Образец
L*
а*
b*
Мутность (%)
S803
96,97
-1,39
10,87
17,6
Как можно видеть из таблицы 5, окраска раствора S803 очень слабая и уровень мутности достаточно низкий.
Пример 4
В данном примере оценивают устойчивость продукта S803, полученного согласно процедуре примера 3, к действию высокой температуры.
Получают 2% масс./об. раствор S803 в воде. Определяют рН раствора рН-метром, и оценивают прозрачность, измеряя мутность прибором HunterLab Color Quest ХЕ. Затем раствор нагревают до 95°С, выдерживают при указанной температуре в течение 30 секунд и затем сразу же охлаждают до комнатной температуры на ледяной бане. Затем измеряют прозрачность раствора после тепловой обработки.
Значение рН раствора S803 2,91. Прозрачность раствора белка до и после нагревания указана в таблице 6.
Таблица 6
Влияние тепловой обработки на прозрачность раствора S803
Образец
Мутность (%)
До нагревания
53,8
После нагревания
32,4
Как можно видеть из таблицы 6, прозрачность 2% раствора S803 меньше прозрачности 3,2% раствора, полученного в примере 3. Причина этого неизвестна. В любом случае, когда 2% раствор белка подвергают теплообработке, уровень мутности образца снижается. Следовательно, тепловая обработка не ухудшает прозрачность.
Пример 5
В данном примере получение S803 увеличивают в масштабе от лабораторного до опытной установки.
К «b» л очищенной обратным осмосом воды при температуре окружающей среды добавляют «а» кг обезжиренной переработанной при минимальном нагревании соевой муки и перемешивают в течение 30 минут для получения водного раствора белка. Сразу же после диспергирования муки в воде рН системы доводят до 3 добавлением разбавленной HCl. Периодически в ходе 30-минутной экстракции рН контролируют и корректируют до 3. Оставшуюся соевую муку удаляют, и полученный раствор белка очищают центрифугированием и фильтрацией, и получают «с» л фильтрованного раствора белка с содержанием белка «d» масс.%.
Фильтрованный раствор белка уменьшают в объеме до «е» л концентрированием на «f» мембране с границей пропускания молекулярной массы «g» дальтон. Аликвоту в «h» л концентрированного раствора белка с содержанием белка «i» масс.% и представляющего выход в «j» масс.% от начального фильтрованного раствора белка, сушат и получают продукт с содержанием белка, как обнаружено, «k»% (N×6,25) к массе сухой основы. Продукт называют «l» S803-02. Остальные «m» л концентрированного раствора белка подвергают диафильтрации с «n» л очищенной обратным осмосом воды «о». Полученный диафильтрованный концентрированный раствор белка имеет содержание белка «р» масс.% и представляет выход «q» масс.% от начального фильтрованного раствора белка. Затем диафильтрованный концентрированный раствор белка сушат и получают продукт с содержанием белка, как обнаружено, «r»% (N×6,25) к массе сухой основы. Продукт называют «l» S803.
Параметры «а»-«r» для двух опытов приводятся в таблице 7.
Таблица 7
Параметры для опытов по получению S803
l
S005-L16-08A
S005-A20-09A
а
20
20
b
200
200
с
170
210
d
0,71
0,91
е
18,46
25
f
PVDF
PVDF
g
5000
5000
h
2
0
i
6,21
n/a
j
9,9
n/a
k
95,96
n/a
m
16,46
25
n
34
50
o
Доводят до рН 3 разбавленной HCl
При естественном рН
p
6,29
8,69
q
86,0
93,2
r
94,63
98,36
n/a = неподходящий
Получают 3,2% масс./об., растворы S005-L16-08A S803, S803-2 и S005-A20-09A S803 в воде и оценивают окраску и прозрачность с использованием прибора HunterLab Color Quest ХЕ, работающего на пропускание. Также измеряют рН рН-метром.
Значение рН, интенсивность окраски и показатель прозрачности указаны в таблице 8.
Таблица 8
Значения рН и показатели HunterLab для 3,2% растворов белка S005-L16-08A S803, S803-2 и S005-A20-09A S803
Образец
рН
L*
а*
b*
Мутность (%)
S005-L16-08A S803
3,37
96,09
0,24
9,17
2,9
S005-L16-08A S803-02
3,52
96,11
-0,90
10,29
8,9
S005-A20-09A S803
3,13
95,98
-0,65
9,98
10,2
Как можно видеть из таблицы 8, окраска растворов S803 очень слабая, и уровни мутности низкие.
Также оценивают окраску сухих порошков с помощью прибора HunterLab Color Quest ХЕ при отражении. Интенсивность окраски приводится в таблице 9.
Таблица 9.
Показатели HunterLab для сухих порошков S005-L16-08A S803, S803-2 и S005-A20-09A S803
Образец
L*
а*
b*
S005-L16-08A S803
87,88
0,02
6,90
S005-L16-08A S803-02
88,84
-0,28
7,83
S005-A20-09A S803
87,07
-0,03
8,47
Как можно видеть из таблицы 9, все сухие порошки по цвету очень светлые.
Пример 6
Данный пример включает оценку устойчивости в воде изолятов соевого белка, полученных по способу примера 5 (S803), при действии высокой температуры.
Получают 2% масс./об. растворы белков S005-L16-08A S803 и S005-A20-09A S803 в воде и доводят рН до 3. Прозрачность таких растворов оценивают путем измерения мутности прибором HunterLab Color Quest ХЕ при пропускании. Затем растворы нагревают до 95°С, выдерживают при указанной температуре в течение 30 секунд и затем сразу же охлаждают до комнатной температуры на ледяной бане. Затем снова измеряют прозрачность растворов после тепловой обработки.
Прозрачность растворов белка до и после нагревания указана в таблице 10.
Таблица 10
Влияние тепловой обработки на прозрачность растворов S005-L16-08A S803 и S005-A20-09A S803
Образец
Мутность (%) до нагревания
Мутность (%) после нагревания
S005-L16-08A S803
5,0
1,7
S005-A20-09A S803
16,2
13,5
Как можно видеть из результатов в таблице 10, прозрачность таких 2% растворов S803, полученных в опытном масштабе, как описано в примере 5, значительно лучше, чем прозрачность 2% растворов S803, полученного в лабораторном масштабе, как описано в примере 3. Неизвестно, почему имеет место такое различие. Как в случае примера 4, обнаружено, что растворы S803 устойчивы к нагреванию, причем оказывается, что тепловая обработка не ухудшает прозрачность.
Пример 7
Данный пример включает оценку растворимости в воде соевых белковых изолятов, полученных по способу примера 5 (S803). Растворимость проверяют на основании растворимости белка (что называется «белковым методом» - модифицированная версия процедуры Morr et al., J. Food Sci., 50: 1715-1718) и общей растворимости продукта (что называется «методом осадка»).
В стакане взвешивают достаточное количество белкового порошка для обеспечения 0,5 г белка и затем добавляют небольшое количество воды, очищенной обратным осмосом (RO), и смесь перемешивают до образования однородной пасты. Затем дополнительно добавляют воду для доведения объема до приблизительно 45 мл. Затем содержимое стакана медленно перемешивают в течение 60 минут с использованием магнитной мешалки. Сразу же после диспергирования белка определяют рН и доводят до соответствующего уровня (2, 3, 4, 5, 6 или 7) разбавленным раствором NaOH или HCl. Также получают образец при собственном рН. Во время 60-минутного перемешивания для образцов с доведенным рН измеряют и корректируют рН два раза. По окончании 60-минутного перемешивания объем образцов доводят до 50 мл водой RO и получают 1% масс./об. дисперсию белка. Содержание белка в дисперсиях измеряют с использованием определителя LECO FP528 Nitrogen Determinator. Затем аликвоты дисперсий (20 мл) переносят в предварительно взвешенные центрифужные пробирки, которые высушены в течение ночи в сушильном шкафу при 100°С и затем охлаждены в эксикаторе и закрыты крышками. Образцы центрифугируют при 7800g в течение 10 минут, когда нерастворимое вещество осаждается, и образуется прозрачный супернатант. Содержание белка в супернатанте измеряют анализом LECO, и затем супернатант и крышки пробирок отбрасывают, и вещество осадка сушат в течение ночи в сушильном шкафу, установленном на 100°С. На следующее утро пробирки переносят в эксикатор и оставляют охлаждаться. Регистрируют массу сухого вещества осадка. Сухую массу исходного белкового порошка вычисляют, умножая массу используемого порошка на коэффициент ((100 - содержание влаги в порошке (%))/100). Затем растворимость продукта вычисляют двумя различными способами.
1) Растворимость (белковый метод) (%) = (% белка в супернатанте/% белка в исходной дисперсии)×100
2) Растворимость (метод осадка) (%) = (1 - (масса сухого вещества нерастворимого осадка/((масса 20 мл дисперсии/масса 50 мл дисперсии)×(исходная масса сухого белкового порошка)))×100
Собственные значения рН белковых изолятов, полученных в примере 5, в воде (1% белка) приводятся в таблице 11.
Таблица 11
Собственные рН растворов, полученных в воде, с 1% белка
Партия
Продукт
Собственный рН
S005-L16-08A
S803
3,36
S005-A20-09A
S803
3,14
Полученные результаты по растворимости приводятся в таблицах 12 и 13.
Таблица 12
Растворимость S803 при различных значениях рН по белковому методу
Растворимость (белковый метод)
(%)
Партия
Продукт
рН 2
рН 3
рН 4
рН 5
рН 6
рН 7
Собств. рН
S005-L16-08A
S803
92,6
95,7
66,3
16,1
84,4
100
92,9
S005-A20-09A
S803
90,3
95,7
29,3
10,1
90,1
86,9
91,8
Таблица 13
Растворимость S803 при различных значениях рН по методу осадка
Растворимость (метод осадка) (%)
Партия
Продукт
рН 2
рН 3
рН 4
рН 5
рН 6
рН 7
Собств. pH
S005-L16-08A
S803
97,2
97,1
67,5
22,5
84,1
97,8
97,1
S005-A20-09A
S803
97,1
96,9
36,3
26,5
88,1
97,5
97,2
Как можно видеть из результатов в таблицах 12 и 13, продукты S803 превосходно растворяются при значениях рН 2, 3 и 7 и при собственном рН.
Пример 8
Данный пример включает оценку прозрачности в воде соевых белковых изолятов, полученных по способу примера 5 (S803).
Прозрачность 1% масс./об. дисперсий белка, полученных так, как описано в примере 7, оценивают путем измерения поглощения при 600 нм, причем меньший количественный показатель поглощения указывает на большую прозрачность. Анализ образцов на приборе HunterLab Color Quest ХЕ при пропускании также позволяет зарегистрировать мутность, в процентах - другая количественная оценка прозрачности. Результаты по оценке прозрачности приводятся в таблицах 14 и 15.
Таблица 14
Прозрачность растворов S803 при различных значениях рН при оценке А600
А600
Партия
Продукт
рН 2
рН 3
рН 4
рН 5
рН 6
рН 7
Собств. pH
S005-L16-08A
S803
0,013
0,026
>3,0
>3,0
1,077
0,021
0,036
S005-A20-09A
S803
0,031
0,070
>3,0
>3,0
0,704
0,034
0,065
Таблица 15
Прозрачность растворов S803 при различных значениях рН при оценке в анализе HunterLab
Показатель мутности (%) HunterLab
Партия
Продукт
рН 2
рН 3
pH 4
рН 5
рН 6
рН 7
Собств. рН
S005-L16-08A
S803
1,8
4,6
95,7
96,1
83,2
1,7
4,9
S005-A20-09A
S803
1,4
9,5
95,4
95,7
68,2
0,0
8,6
Как можно видеть из результатов в таблицах 14 и 15, растворы S803 показывают превосходную прозрачность при значениях рН 2, 3 и 7 и при собственном рН.
Пример 9
Данный пример включает оценку растворимости в безалкагольном напитке (Sprite) и спортивном напитке (Orange Gatorade) соевого белкового изолята, полученного по способу примера 5 (S803). Растворимость определяют с белком, добавленным в напитки с коррекцией рН, и снова при рН обогащенных белком напитков, доведенным до уровня рН исходных напитков.
Когда растворимость оценивают без коррекции рН, достаточное количество белкового порошка для предоставления 1 г белка взвешивают в стакане и добавляют небольшое количество напитка и перемешивают до образования однородной пасты. Дополнительно добавляют напиток для доведения объема до 50 мл и затем растворы медленно перемешивают магнитной мешалкой в течение 60 минут и получают 2% масс./об. дисперсию белка. Содержание белка в образцах анализируют с использованием определителя LECO FP528 Nitrogen Determinator, затем аликвоты напитков, содержащих белок, центрифугируют при 7800g в течение 10 минут и определяют содержание белка в супернатанте.
Растворимость (%) - (% белка в супернатанте/% белка в исходной дисперсии)×100
Когда растворимость оценивают, с коррекцией рН, измеряют рН безалкагольного напитка (Sprite) (3,39) и спортивного напитка (Orange Gatorade) (3,19) без белка. Достаточное количество белкового порошка для предоставления 1 г белка взвешивают в стакане и добавляют небольшое количество напитка и перемешивают до образования однородной пасты. Дополнительно добавляют напиток для доведения объема до приблизительно 45 мл и затем растворы медленно перемешивают магнитной мешалкой в течение 60 минут. Измеряют рН напитков, содержащих белок, и затем доводят до исходного рН в отсутствие белка разбавленным NaOH или HCl, как необходимо. Затем общий объем каждого раствора доводят до 50 мл добавлением напитка и получают 2% масс./об. дисперсию белка. Содержание белка в образцах анализируют с использованием определителя LECO FP528 Nitrogen Determinator, затем аликвоты напитков, содержащих белок, центрифугируют при 7800g в течение 10 минут и определяют содержание белка в супернатанте.
Растворимость (%) - (% белка в супернатанте/% белка в исходной дисперсии)×100
Полученные результаты приводятся в таблице 16.
Таблица 16
Растворимость S803 в Sprite и Orange Gatorade
Без коррекции рН
С коррекцией рН
Партия
Продукт
Растворимость (%)в Sprite
Растворимость (%)в Orange Gatorade
Растворимость (%)в Sprite
Растворимость (%)в Orange Gatorade
S005-L16-08А
S803
97,7
100
100
100
S005-А20-09А
S803
100
100
100
100
Как можно видеть из результатов в таблице 16, S803 отлично растворяется в Sprite и в Orange Gatorade. Так как S803 является кислым продуктом, добавление белка оказывает слабое действие на рН напитка.
Пример 10
Данный пример включает оценку прозрачности в безалкогольном напитке и спортивном напитке соевого белкового изолята, полученного по способу примера 5 (S803).
Прозрачность 2% масс./об. дисперсий белка, полученных в безалкагольном напитке (Sprite) и напитке спортивном (Orange Gatorade) в примере 9, оценивают с использованием методов, описанных в примере 8. Для измерений поглощения при 600 нм перед выполненеием измерений спектрофотометр снабжают пустышкой с соответствующим напитком.
Полученные результаты приводятся в таблицах 17 и 18.
Таблица 17
Прозрачность (А600) S803 в Sprite и Orange Gatorade
Без коррекции рН
С коррекцией рН
Партия
Продукт
А600 в Sprite
А600 в Orange Gatorade
А600 в Sprite
А600 в Orange Gatorade
S005-L16-08A
S803
0,062
0,220
0,067
0,484
S005-A20-09A
S803
0,132
0,101
0,099
0,115
Таблица 18
Показатели мутности по HunterLab для S803 и Sprite в Orange Gatorade
Без коррекции рН
С коррекцией рН
Партия
Продукт
Мутность (%) в Sprite
Мутность (%) в Orange Gatorade
Мутность (%) в Sprite
Мутность (%) в Orange Gatorade
Без белка
0,0
44,0
0,0
44,0
S005-L16-08A
S803
10,7
65,7
17,0
81,9
S005-A20-09A
S803
24,8
59,2
14,4
52,3
Как можно видеть из результатов в таблицах 17 и 18, S005-L16-08A S803 повышает мутность в Orange Gatorade значительно больше, чем S005-A20-09A S803. Причина этого неизвестна. Когда оба продукта вносят в Sprite, напиток, по существу, является прозрачным или возможно незначительное помутнение.
Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения соевого белкового продукта, растворимого в кислых средах, который основан на водной экстракции вещества источника соевого белка. В объеме данного изобретения возможны модификации.