СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВО-ЖИРОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ СЕМЯН БОБОВЫХ И МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР Российский патент 1997 года по МПК A23J1/14 

Изобретение относится к биотехнологии и касается получения белково-жирового концентрата из семян бобовых и масличных культур для использования в пищевой промышленности.

Известные способы получения белковых продуктов из семян бобовых и масличных культур водной экстракцией разделяются на две группы в зависимости от того, какое место занимает экстракция липидов в общей последовательности технологических процедур. Ряд способов предусматривает водную экстракцию предварительно обезжиренного сырья. Другая группа способов предполагает совместную экстракцию белков и липидов. Последняя группа способов позволяет получать белковые продукты с различным содержанием жира и обладает определенным преимуществом, связанным с отсутствием применения горючих органических растворителей.

Известен способ, предусматривающий измельчение шелушеных бобов сои в среде 0,1 Н соляной кислоты, отделение нерастворимого остатка центрифугированием, щелочную экстракцию (рН 9) белков и липидов из нерастворимого остатка, отделение белкового экстракта центрифугированием, осаждение белка при рН 4,5. Для способа характерны потери белка с липидно-альбуминовой фракцией и низкие функциональные свойства белкового продукта: низкая растворимость и эмульгирующие свойства.

Другой известный способ получения белковых продуктов из арахиса и коксовых орехов предусматривает измельчение и диспергирование сырья в воде (45 55^o F), подщелачивание, отделение нерастворимого остатка, осаждение белково-липидного комплекса при подкислении жидкого экстракта, отделение осажденного продукта от остаточной жидкости с разделением твердой фазы, объединяемой с продуктом, отделенном на фильтре, масляной фазы и фазы водной сыворотки.

Существенным недостатком данного способа является низкий выход белково-жирового комплекса.

Известен способ, предусматривающий совместную экстракцию белков и липидов из шелушеных соевых бобов водным раствором щелочи, содержащим 0,01% гидроперекиси. Полученный экстракт разделяется центрифугированием на три фазы: твердый остаток, фазу концентрированной белково-жировой эмульсии и водную фазу. После подкисления водной фазы соляной кислотой выпадает белковый осадок. После отделения от сыворотки осадок промывается, нейтрализуется и сушится с получением готового продукта.

Способ характеризуется низким выходом целевого продукта, обусловленным потерями белка и жира при центрифугировании, потерей альбуминов при осаждении, а также высоким содержанием антипитательных компонентов (ингибиторов трипсина и гемагглютенинов) в белковом продукте.

Известен способ получения пищевого экстракта из семян масличных культур, предусматривающий измельчение сырья в горячем (180 205^oF) растворе щелочи (рН 8 11), выдерживание суспензии в замоченном состоянии 1 20 мин для завершения экстракции, нейтрализацию суспензии, отделение нерастворимой части суспензии центрифугированием, термообработку экстракта (285^oF, 15 с) для разрушения антипитательных компонентов, концентрирование экстракта выпариванием, распылительную сушку продукта.

Наиболее близкий по технической сути к предлагаемому является способ получения белкового экстракта из соевых бобов, предусматривающий термообработку сырья при 70^oС, шелушение, измельчение сырья, диспергирование измельченного сырья в растворе щелочи (рН 8 9), содержащем 0,015% гидроперекиси и имеющем температуру 65^oC, в соотношении сырье раствор 1 12 в течении времени, необходимого для растворения белка и образования водной, масляной фаз и фазы нерастворимого твердого остатка, отделение водной и масляной фаз от твердой фазы центрифугированием, подкисление комбинированной водно-масляной фазы до рН 4 5 для осаждения белкового экстракта, отделение осажденного белкового экстракта от масляной фазы и сыворотки центрифугированием.

К существенным недостаткам способа-прототипа относятся: низкий выход белкового продукта и белка в его составе; низкая степень извлечения альбуминов наиболее сбалансированных по аминокислотному составу белков; высокое содержание антипитательных компонентов: ингибиторов трипсина и гемагглютенинов.

Задачей изобретения является увеличение выхода белково-жирового продукта и белка в его составе и получение продукта, обладающего высокой биологической ценностью и хорошими функциональными свойствами.

Поставленная задача решается тем, что исходное сырье шелушат и подвергают сухой очистке; очищенное сырье грубо дробят; проводят термическую модификацию нативного белка, направленную на образование растворимых денатуратов с повышенной эмульгирующей способностью и, инактивацию ингибиторов трипсина, путем конвенционного нагрева сухих семян при температуре 100 130^oС, охлаждения смешением с холодной водой; проводят тонкое измельчение в водной среде; проводят экстракцию и эмульгирование при рН 6,5 10,0; отделяют нерастворимый остаток; осаждают эмульсию глобулинами дисперсионной среды при рН 3,5 5,5; отделяют концентрированную эмульсию; проводят нейтрализацию и гомогенизацию белково-жирового концентрата.

Способ осуществляют следующим образом:
Растительное сырье (соевые бобы, бобы люпина, кормовые бобы, зерна гороха) с содержанием влаги не более 15% шелушат и очищают от оболочек и пыли продувкой воздухом. Ограничение содержания влаги в исходном сырье является важным фактором ограничения степени денатурации при термообработке и условием ее избирательного характера. Можно предполагать, что термообработка сухих семян в большей степени затрачивает альбумины и 2S-глобулины, относящиеся к белкам протоплазмы, и в меньшей степени высокомолекулярные запасные белки.

Очищенное сырье подвергают грубому дроблению (на 2 8 частей). Ограничение степени измельчения позволяет снизить вероятность взаимодействия белков с реакционноспособными соединениями (например липидами) при термообработке.

Грубо дробленые семена подвергают термообработке конвенционным нагревом при температуре 100 130^oС в течение 10 30 мин с последующим охлаждением смешением с холодной (10 25^oС) водой.

Оказалось, что указанные условия термообработки достаточны для денатурации альбуминов и 2S-глобулинов, приводящей к потере растворимости в области рН 3,5 5,5 и увеличению эмульгирующих свойств. Более высокомолекулярные белки при этом остаются в нативном состоянии и сохраняют функциональные свойства. Ингибиторы трипсина, относящиеся к альбуминам и 2S-глобулинам, а также гемагглютенины, в этих условиях денатурируют и теряют активность.

Термообработка при температуре ниже 100^oС малоэффективна для инактивации ингибиторов трипсина, и увеличение температуры свыше 130^oС приводит к снижению выхода белка.

Охлаждение после окончания термообработки является важным фактором ограничения степени денатурации образованием растворимых форм.

Смешанное с водой, охлажденное сырье подвергают измельчению до образования нерастворимых частиц диаметром 20 100 мкм. Измельчение сопровождается экстракцией водо- и жирорастворимых веществ и образование эмульсии.

К полученной дисперсии добавляют воду или смесь воды с обезжиренным молоком, а также при необходимости раствор щелочи, и завершают при рН 6,5 - 10,0 экстракцию и эмульгирование жиров растительными белками и в случае использования обезжиренного молока молочными белками. При использовании в качестве сырья зернобобовых культур с низким содержанием липидов на этой стадии добавляют растительное масло в количестве 5 10% от массы семян.

Увеличение гидрофобности белковых молекул после денатурации облегчает их взаимодействие с неполярной фазой и снижает их растворимость в области рН 3,5 5,5. Вследствие этого происходит увеличение вклада альбуминов в формирование межфазного адсорбционного слоя на границе раздела масло/вода.

Новое соотношение гидрофобных и гидрофильных свойств белковых молекул после денатурации соответствует возрастанию их эмульгиpующей способности. Оказалось, что при эмульгировании термомодификаторами образуется более тонкая эмульсия со средним диаметром частиц 2 3 мкм, сохраняющая устойчивость в области рН 3,0 10,0.

Полученную разбавленную эмульсию отделяют от нерастворимого остатка (окары, мезги) центрифугированием или сепарированием. Затем рН разбавленной эмульсии доводят до значения 3,5 5,5 добавлением кислоты. В этом интервале значений рН имеется значительная склонность к белок-белковым взаимодействиям, усиленная наличием в межфазных адсорбционных слоях термомодификаторов. Вследствие этого происходит осаждение глобулинов дисперсионной среды на межфазную поверхность. Частицы дисперсной фазы осаждаются, и образуется концентрированная эмульсия, содержащая 93,0 99,0% белков и 99,0 99,6% жиров разбавленной эмульсии. В недостаточной жидкости остается основная масса олигосахаридов.

Для более полного отделения олигосахаридов термообработанные семена перед измельчением дополнительно замачивают 1 48 ч при рН 4,5 5,0 и отделяют жидкую фазу. Расширение области рН при замачивании приводит к снижению выхода белка.

Осажденную эмульсию отделяют центрифугированием, нейтрализуют и гомогенизируют. Конечный продукт белково-жировой концентрат содержит 69,1 - 82,6% исходного белка и 72,2 85,2% исходного жира, имеет высокую биологическую ценность вследствие инактивации 90 95% ингибиторов трипсина и гемагглютенинов. Продукт имеет хорошую сбалансированность по аминокислотному составу, оцениваемую методом аминокислотного скора, а также обладает высокой эмульгирующей емкостью и диспергируемостью в области рН 6,0 9,0.

Термообработка обеспечивает дополнительный эффект, заключающийся в уменьшении микробиологической обсемененности продукта и инактивации липоксигеназы, вызывающей появление "бобового" запаха. Продукт, получаемый предлагаемым способом, имеет легкий запах орехов.

Пример 1. Бобы сои с содержанием влаги 12% шелушат и отделяют от оболочек и пыли продувкой воздухом. Очищенные бобы дробят на молотковой дробилке на 2 8 частей.

100 кг подготовленных таким образом бобов, содержащих 88 кг сухих веществ, в том числе 42 кг белков и 20 кг жира, прогревают в печи при температуре в слое бобов 120^oС. По истечении 20 мин бобы извлекают из печи и смешивают с 500 л холодной (15^oС) воды. При этом бобы охлаждаются до 35^oС.

Смесь бобов с водой измельчают в течение 15 мин до образования твердых нерастворимых частиц диаметром 20 100 мкм. Доводят рН дисперсии добавлением раствора щелочи до значения 10,0, а суммарное количество воды до 1000 л и проводят экстракцию и эмульгирование в течение 10 мин. При этом образуется эмульсия со средним диаметром частиц 2,7 мкм.

Твердые нерастворимые частицы (окару) отделяют на центрифуге и получают 866 кг разбавленной эмульсии, содержащей 6,4% сухих веществ, из них 59,2% белка и 26,8% жира.

К разбавленной эмульсии добавляют пищевую кислоту, доводят рН до значения 5,0 и осаждают концентрированную белково-жировую эмульсию в течении 20 мин.

Водную фазу отделяют центрифугированием и получают 246 кг концентрированной эмульсии, содержащей 19,9% сухих веществ, из них 66,1% белка и 30,1% жира. Доводят рН концентрированной эмульсии до значения 8,0 и гомогенизируют.

Полученный продукт белково-жировой концентрат содержит 55,5% сухого вещества исходных бобов, в том числе, 76,9% исходного белка и 73,6% исходного жира. Продукт имеет низкую активность антипитательных компонентов: ингибиторов трипсина 1,9 ед. активности/мг с.в. и гемагглютенинов 31 ед./мг с.в. содержание олигосахаридов 1,8% Доля незаменимых аминокислот составляет 46,22%
Продукт имеет легкий запах орехов и обладает хорошими функциональными свойствами: эмульгирующая емкость (ЕСа) максимальное количество дополнительно введенного масла, которое может быть заэмульгировано 1 г продукта, составляет 440, диспергируемость продукта в водной среде 98%
Примеры 2 4 в целом аналогичны примеру 1. Параметры, отличающие их от примера 1, представлены в табл. 1 и 2.

Примеры 5 7 отличаются от примеров 1 4 тем, что при экстракции и эмульгировании используются смеси воды с обезжиренным молоком в соотношении вода молоко 1 0,5 3. Обезжиренное молоко содержит 8,6% сухих веществ, в том числе 3,0% белка. Выход белка в примерах 5 7 существенно выше, чем в примерах 1 4, за счет белков молока.

Примеры 8 10 отличаются от примеров 1 4 тем, что термообработанные соевые бобы смешивают с водой в количестве 500 л, доводят рН до значения 4,5 - 5,5 добавлением кислоты и оставляют замоченными на 1 48 ч, после чего жидкую фазу отделяют. Содержание олигосахаридов в продукте в примерах 8 10 ниже, чем в примерах 1 7, и составляет 0,4 1,1%
Примеры 11 14 иллюстрируют применение в качестве сырья семян люпина, кормовых бобов, гороха. При использовании в качестве сырья семян гороха и кормовых бобов при экстракции и эмульгировании добавляется масло в соотношении сырье масло 1 0,05 0,1.

Сопоставление заявляемого технического решения со способом-прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что в предполагаемом способе проводят термическую модификацию нативных белков, приводящую к образованию растворимых денатуратов, обладающих более высокой эмульгирующей способностью, и инактивации основной массы ингибиторов трипсина и гемагглютенинов, что позволяет увеличить выход белка и жира в составе белково-жирового концентрата и получить продукт, обладающий высокой биологической ценностью и хорошими функциональными свойствами.

При анализе известных технических решений со сходными признаками выявлено, что при выделении белка из необезжиренного бобового сырья экстракция и эмульгирование при рН 6,5 10,0 не применялась, а также не применялось осаждение белково-жировой эмульсии глобулинами дисперсионной среды в области рН 3,5 5,5.

Поскольку представление о снижении выхода белка при термоденатурации является общепринятым, отыскание режима и условий термоденатурации, позволяющих применительно к получению белково-жировых эмульсий увеличить выход белка, подтверждает изобретательский уровень предлагаемого решения.

Использование: в пищевой промышленности при получении белково-жирового концентрата из семян бобовых и масличных культур. Сущность изобретения: проводят очистку семян, подвергают их грубому дроблению, конвенционному прогреву дробленых семян при температуре 100 - 130^oC в течение 10 - 30 мин, охлаждению смешением с водой до температуры 10 - 45^oC. Затем проводят влажное измельчение. Одновременно с эмульгированием при рН 6,5 - 10,0 проводят экстракцию белков и липидов и осаждают отделенную от твердого остатка белково-жировую эмульсию при рН 3,5 - 5,5 в течение 10 - 120 мин. Затем проводят нейтрализацию и гомогенизацию полученного осадка. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения белково-жирового концентрата из семян бобовых и масличных культур, предусматривающий шелушение, очистку семян, влажное измельчение, экстракцию белков и липидов, отделение твердого остатка, выделение белково-жировой эмульсии, отличающийся тем, что проводят очистку сухих семян, далее подвергают их грубому дроблению, конвекционному прогреву дробленых семян при температуре 100 130^oC в течении 10 30 мин, охлаждению смешением с водой до температуры 10 45^oC, затем проводят влажное измельчение, экстракцию белков и липидов осуществляют одновременно с эмульгированием при pH 6,5 10,0, осаждают отделенную от твердого остатка белково-жировую эмульсию при pH 3,5 5,5 в течении 10 120 мин, затем проводят нейтрализацию полученного осадка. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что экстракцию проводят смесью воды и обезжиренного молока в соотношении 1,0 (0,5 3,0) соответственно. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед измельчением сырье замачивают 1 48 ч при pH 4,5 5,0. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии экстракции добавляют растительное масло в соотношении исходное сырье растительное масло 1 (0,05 0,1) соответственно.