Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к пищевой промышленности и, в частности, касается модифицированного материала из масличных культур, технологии его получения и содержащих его пищевых продуктов.
Уровень техники
Модифицированные материалы из масличных культур используют в качестве пищевых добавок для улучшения консистенции и прочих функциональных характеристик различных пищевых продуктов, а также в качестве источника белка. Однако в некоторых случаях использование модифицированных материалов из масличных культур может быть ограниченным, прежде всего, в случае модифицированных материалов из бобов сои из-за их бобового привкуса и желтовато-коричневого цвета. До настоящего времени точно не известно, какие компоненты определяют вкусовые и цветовые характеристики семян масличных культур, хотя предполагают, что ряд соединений связан с этими характеристиками. К таким соединениям относятся алифатические карбонилсодержащие соединения, фенольные смолы, летучие жирные кислоты и амины, сложные эфиры и спирты.
Известны многочисленные публикации о способах, которые используют для выделения, очистки и улучшения питательного качества и вкуса материалов из семян масличных культур. Белок из соевых бобов в нативном виде характеризуется неприятным вкусом и ухудшенным питательным качеством из-за присутствия комплексов фитиновой кислоты, которые препятствуют всасыванию минеральных веществ у млекопитающих, и из-за присутствия антипитательных факторов, которые препятствуют перевариванию белков у млекопитающих. Известные способы включают в себя разрушение ингибиторов трипсина нагреванием, а также методы удаления фитиновой кислоты. Описаны также многочисленные попытки увеличения выхода белков в очищенных препаратах в расчете на содержание белков, содержащихся в неочищенном материале из бобов сои.
Многочисленные способы улучшения вкуса соевых белков включают использование нагревания, поджаривания, экстракции спиртом и/или модификации ферментов. В большинстве случаев способы такого типа приводят к значительной денатурации и модификации белков, при этом наблюдается значительное изменение функциональности продукта. Кроме того, такие способы могут ускорять взаимодействия белков с липидными и углеводными компонентами, а также с продуктами их распада. Такие типы реакций могут снижать возможность использования соевых белков при получении продуктов питания, прежде всего, таких продуктов, для которых необходимо содержание высокорастворимых и функциональных белков, прежде всего, для получения молочных продуктов и напитков.
Коммерческие белковые концентраты из бобов сои, которыми называют белковые продукты из сои, содержащие, по меньшей мере, 70 мас.% белка (в расчете на содержание сухих твердых веществ или "ств"), в основном получают удалением растворимых сахаров, золы и некоторых минорных компонентов. Обычно сахара удаляют экстракцией: (1) водным спиртом, (2) разбавленной водной кислотой или (3) водой после первого снижения растворимости белков с помощью нагревания во влажных условиях. В основном, такие способы позволяют получить белковые соевые продукты характерного цвета с особым вкусом.
Белковыми препаратами из бобов сои называют продукты, содержащие по меньшей мере 90 мас.% белка (ств). Промышленные способы получения белковых препаратов из бобов сои в основном основаны на кислотном осаждении белка. Обычно такие способы получения включают в себя: (1) экстракцию белка из соевых хлопьев водой при щелочной величине рН и удаление твердых веществ из жидкого экстракта, (2) изоэлектрическое осаждение жидкого экстракта при доведении рН жидкого экстракта до величины, при которой наблюдается минимальная растворимость белка, с целью образования максимального количества белкового осадка и (3) отделение творожистого белкового осадка от побочных продуктов в виде жидкой сыворотки. Однако данный способ все еще позволяет получить белковый продукт характерного цвета с особым вкусом.
Опубликован ряд примеров способов для получения концентрированных белковых продуктов из соевых бобов с использованием технологии мембранной фильтрации. Однако из-за ряда факторов, включающих себестоимость, производительность и/или характеристики продукта, способы очистки на основе мембранной фильтрации еще ни разу не получили широкого распространения в промышленности. Такие процессы характеризуются одним или более недостатками, такими как низкие функциональные характеристики полученного белкового продукта и/или получение продукта неприятного вкуса и/или неподходящего цвета, например, от темно-кремового до светло-коричневого цвета. Способы на основе мембранной фильтрации характеризуются также трудностями при внедрении в промышленных условиях из-за проблем в связи с бактериальным загрязнением и засорением мембран. Бактериальное загрязнение приводит к нежелательному изменению вкуса продукта.
Сущность изобретения
Объектом настоящего изобретения является модифицированный материал из семян масличных культур с требуемыми вкусом и/или цветовыми характеристиками, полученный из материала из семян масличных культур, такого как обезжиренные соевые хлопья белого цвета или соевая мука. Модифицированный материал из семян масличных культур, прежде всего, используют в качестве источника белка для его включения в пищевые продукты для человека и/или в корм для скота (например, для получения пищевых продуктов с белковыми добавками).
Другим объектом изобретения является пищевая композиция, содержащая модифицированный материал из семян масличных культур, соответствующий изобретению.
Следующим объектом изобретения является способ получения модифицированного материала из семян масличных культур, включающий экстракцию материала из семян масличных культур водным раствором с образованием суспензии твердых частиц в экстракте из семян масличных культур; пропускание экстракта через систему фильтрации, включающую микропористую мембрану, с образованием первого пермеата и обогащенного белком ретентата, причем микропористая мембрана характеризуется величиной отсечения молекулярной массы (ОММ) по меньшей мере 25000 и фильтрующей поверхностью с краевым углом смачивания не более 30 градусов.
Еще одним объектом изобретения является способ получения модифицированного материала из семян масличных культур, включающий экстракцию материала из семян масличных культур водным раствором при температуре от 20°С до 60°С с образованием смеси твердых частиц в экстракционном растворе, удаление по крайней мере части твердых частиц из смеси с получением осветленного экстракта с содержанием растворенных твердых веществ по меньшей мере 5 мас.%, и пропускание осветленного экстракта при температуре от 55°С до 60°С через систему фильтрации, включающую микропористую мембрану, с образованием первого пермеата и обогащенного белком ретентата, причем микропористая мембрана характеризуется величиной отсечения молекулярной массы (ОММ) от 25000 до 500000 и фильтрующей поверхностью с краевым углом смачивания не более 30 градусов.
Модифицированный материал из семян масличных культур по настоящему изобретению может быть получен с использованием способа очистки на основе мембранной фильтрации, который обычно включает стадию экстракции для солюбилизации белковоподобного материала, содержащегося в материале из семян масличных культур. Стадия экстракции может включать в себя быструю экстракцию, в процессе которой в течение не более чем приблизительно 3 мин можно растворить от 40 до 60% белковоподобного материала. Необходимым условием может быть проведение экстракции в виде непрерывного многостадийного процесса (например, многостадийная противоточная экстракция). Подходящий процесс многостадийной экстракции может включать в себя проведение исходной стадии в водном растворе с величиной рН, отличающейся от рН водного раствора, который используют для второй экстракции частично экстрагированных твердых веществ. Подходящее различие в величинах рН составляет не более 1,5.
Модифицированный материал из семян масличных культур обычно можно получить с использованием способа, который включает в себя стадию экстракции для солюбилизации белковоподобного материала, содержащегося в материале из семян масличных культур. Способ включает в себя использование одной или более микропористых мембран для отделения и концентрирования белка из экстракта. В основном целесообразно использовать микропористую мембрану с относительно малым краевым углом смачивания фильтрующей поверхности, например, не более чем приблизительно 40°. В способе обычно используют либо мембраны для ультрафильтрации с относительно большим размером пор (например, мембраны с отсечением молекулярной массы (ОММ) от приблизительно 25000 до 500000), либо мембраны для микрофильтрации с размером пор приблизительно 1,5 мкм. Если используют мембраны для микрофильтрации, то требуется использовать мембраны с размером пор не более приблизительно 1,0 мкм и, прежде всего, предпочтительными являются мембраны с размером пор не более чем приблизительно 0,5 мкм. В данном контексте термин "микропористая мембрана" включает оба термина "мембраны для ультрафильтрации" и "мембраны для микрофильтрации". При использовании таких мембран с относительно большим размером пор процесс мембранной фильтрации по настоящему способу можно проводить при рабочем давлении не более чем приблизительно 689,5 кПа, предпочтительно не более чем приблизительно 344,7 кПа и обычно в диапазоне от 68,95 до 137,9 кПа.
Модифицированный материал из семян масличных культур может обладать рядом характеристик, которые являются наиболее подходящими для его использования в качестве источника белка для добавки в пищевые продукты. Подходящий модифицированный материал из масличных культур может включать в себя по меньшей мере приблизительно 85 мас.% белка (ств), предпочтительно по меньшей мере 90 мас.% белка (ств) и обладать одной или более следующих характеристик: MM50 (среднемассовая молекулярная масса) составляет по меньшей мере приблизительно 200 кДа; по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в составе материала характеризуется очевидной молекулярной массой более 300 кДа; по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в 50 мг образца может быть растворено в 1,0 мл воды при 25°С; фактор помутнения составляет не более приблизительно 0,95; 13,5%-ный водный раствор образует гель с прочностью на разрыв не более приблизительно 25 г; величина КРА (коэффициент растворимости азотсодержащих соединений) составляет по меньшей мере приблизительно 80; содержание цистеина составляет по меньшей мере приблизительно 1,4% от общего содержания белка; величина L по Гарднеру составляет по меньшей мере приблизительно 85; чрезвычайно мягкий вкус; изменение вязкости (далее, наклон вязкости) составляет по меньшей мере приблизительно 0,01 Па·сек/мин; значение ВМЭ (выделение масла из эмульсии) составляет не более приблизительно 0,75 мл; температура плавления составляет по меньшей мере приблизительно 87°С; скрытая теплота по меньшей мере приблизительно 5 Дж/г, отношение ионов натрия к общему содержанию ионов натрия, кальция и калия не более 0,5; содержание ионов натрия не более приблизительно 7000 мг/кг (ств) и содержание бактерий не более приблизительно 50000 КОЕ/г. Настоящие способы могут быть использованы также для получения модифицированного материала из семян масличных культур, характеризующегося следующим составом вкусовых компонентов: не более 2500 частей на млрд. (ч./млрд) 2-пентилфурана, 600 ч./млрд 2-гептанона, 250 ч./млрд Е,Е-2,4-декадиеналя и/или 500 ч./млрд бензальдегида.
Наиболее подходящий модифицированный материал из семян масличных культур, полученный по настоящему способу и который может быть использован для получения пищевых продуктов с белковой добавкой, может обладать одной или более следующих характеристик: MM50 по меньшей мере составляет приблизительно 400 кДа; по меньшей мере приблизительно 60 мас.% белка в составе материала характеризуется очевидной молекулярной массой более 300 кДа; по меньшей мере приблизительно 50 мас.% белка в 50 мг образца может быть растворено в 1,0 мл воды при 25°С; величина КРА составляет по меньшей мере приблизительно 80°С; отношение ионов натрия к общему содержанию ионов натрия, кальция и калия не более 0,5; содержание ионов натрия не более чем приблизительно 7000 мг/кг (ств) и содержание бактерий не более, чем приблизительно 50000 КОЕ/г. Некоторые варианты воплощения настоящего изобретения включают модифицированный материал из семян масличных культур, который может характеризоваться следующим составом вкусовых компонентов: не более 2500 ч./млрд 2-пентилфурана, 450 ч./млрд 2-гептанона, 150 ч./млрд Е,Е-2,4-декадиеналя, 350 ч./млрд бензальдегида и/или 50 ч./млрд Е,Е-2,4-нонадиеналя.
Перечень фигур чертежей и иных материалов
На фигуре 1 представлен пример схемы системы, которую можно использовать для получения модифицированного материала из масличных культур по настоящему способу.
На фигуре 2 показан график результатов испытаний прочности на разрыв четырех образцов модифицированного материала из семян масличных культур, полученных по настоящему способу: образцы LH (Пример 1), LL (Пример 2), НН (Пример 3) и HL (Пример 4).
На фигуре 3 представлена фотография пробирок, содержащих суспензии 5%-ных растворов (мас./мас.) препаратов соевого белка в 5%-ном растворе (мас./мас.) сахарозы непосредственно после осаждения в течение 16 ч. На пробирках нанесены следующие обозначения: LH (Пример 1), LL (Пример 2), НН (Пример 3), HL (Пример 4), PTI760 (Supro 760) и PTI70 (Supro 670).
На фигуре 4 представлена фотография пробирок, содержащих суспензии 5%-ных растворов (мас./мас.) препаратов соевого белка в 5%-ном растворе (мас./мас.) сахарозы непосредственно после повторного смешивания растворов, представленных на Фиг.3. На пробирках нанесены следующие обозначения: LH (Пример 1), LL (Пример 2), НН (Пример 3), HL (Пример 4), PTI760 (Supro 760) и PTI70 (Supro 670).
На фигуре 5 представлен анализ методом ВЭЖХ для определения молекулярных масс растворимого при рН 6,8 материала в неочищенном экстракте, полученном из непрожаренных, обезжиренных соевых хлопьев (полученном методом экстракции соевых хлопьев по способу, описанному в Примере 1).
На фигуре 6 представлен анализ методом ВЭЖХ для определения молекулярных масс в модифицированном материале из семян масличных культур, полученном по способу, описанному в Примере 1.
На Фиг.7 показаны результаты анализа методом дифференциально-сканирующей калориметрии модифицированного материала из семян масличных культур, полученного по способу, описанному в Примере 1.
На фигуре 8 показаны результаты анализа методом дифференциально-сканирующей калориметрии модифицированного материала из семян масличных культур, полученного по способу, описанному в Примере 2.
На фигуре 9 показан график распределения молекулярных масс модифицированного материала из семян масличных культур, полученного по способу, описанному в Примере 6, и молекулярных масс в препарате Supro 425.
На фигуре 10 показана зависимость вязкости от температуры для модифицированного материала из семян масличных культур, полученного по способу, описанному в Примере 2.
На фигуре 11 показана зависимость вязкости от температуры для препарата Supro 515.
На фигуре 12 показана зависимость процентного содержания растворенного белка от времени экстракции обезжиренных соевых хлопьев различными щелочными растворами.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Модифицированный материал из семян масличных культур, разработанный в настоящем изобретении, в основном характеризуется высоким содержанием белка, светлым цветом и требуемыми вкусовыми характеристиками. Модифицированный материал из семян масличных культур может обладать рядом других характеристик, которые позволяют использовать его в качестве источника белка для включения в пищевые продукты для человека и/или в корм для скота.
Модифицированный материал из семян масличных культур обычно может быть получен по способу, который включает в себя стадию экстракции для солюбилизации белковоподобного материала, содержащегося в материале из семян масличных культур, и последующую очистку экстракта с использованием одной или более микропористых мембран для удаления значительных количеств углеводов, солей и других небелковых компонентов. В большинстве случае перед мембранной очисткой экстракт осветляют с помощью удаления по меньшей мере основного количества твердых частиц, присутствующих в суспензии, полученной в результате процесса экстракции.
Способ, описанный в данном контексте, включает одну или более микропористых мембран для отделения и концентрирования белка из экстракта семян масличных культур. В основном целесообразно использовать микропористые мембраны, обладающие фильтрующей поверхностью с относительно низким краевым углом смачивания, например, не более чем приблизительно 40°. Наиболее подходящими для использования в способе по настоящему изобретению являются микропористые мембраны даже с еще более низким краевым углом, например, обладающие фильтрующей поверхностью с краевым углом не более чем приблизительно 30° и в некоторых случаях не более чем приблизительно 15°. В способе обычно используют либо мембраны для ультрафильтрации с относительно большим размером пор (например, мембраны с ОММ по меньшей мере приблизительно 30000), либо мембраны для микрофильтрации с размером пор до приблизительно 2 мкм.
Источник материала из семян масличных культур
Исходный материал, использованный в настоящем способе, в основном включает материал из обезжиренных семян масличных культур, хотя могут быть использованы другие формы материала на основе семян масличных культур. Жир из очищенных шелушением семян масличных культур в значительной степени может быть удален с использованием ряда различных способов, например, простым отжимом (прессованием) отшелушенных семян или экстракцией отшелушенных семян органическим растворителем, таким как гексан. Материал из обезжиренных семян масличных культур, использованный в предпочтительных вариантах воплощения настоящего изобретения, обычно содержит не более чем приблизительно 3 мас.% и предпочтительно не более чем приблизительно 1 мас.% жира. Процесс экстракции растворителем обычно проводят с использованием отшелушенных семян масличных культур, полученных в виде хлопьев. Продукт, полученный в результате такой экстракции, называют "хлопья белого цвета из семян масличных культур". Например, хлопья белого цвета из семян масличных культур обычно получают отжимом отшелушенных бобов сои с формированием плоских хлопьев и удалением из хлопьев значительной части остаточного масла с помощью экстракции гексаном. Остаточный растворитель может быть удален из полученных хлопьев белого цвета с использованием ряда способов. По одному из способов растворитель экстрагируют пропусканием хлопьев из масличных культур белого цвета через камеру, содержащую горячие пары растворителя. Затем остаточный гексан из соевых хлопьев белого цвета удаляют пропусканием через камеру, содержащую пары гексана при температуре по меньшей мере приблизительно 75°С. В таких условиях основное количество остаточного гексана испаряется из хлопьев и затем может быть удалено, например, с помощью вакуума. Полученный таким способом материал называется "хлопья белого цвета из семян масличных культур после быстрого удаления растворителя". Затем хлопья белого цвета из семян масличных культур после быстрого удаления растворителя обычно измельчают для получения гранулированного материала (муки). Однако при необходимости согласно настоящему способу хлопья белого цвета из семян масличных культур после быстрого удаления растворителя могут быть использованы напрямую.
Другой материал из обезжиренных семян масличных культур, подходящий для использования по настоящему способу, получают из материала, который получают удалением гексана из хлопьев белого цвета из семян масличных культур с использованием способа, названного "прожаривание". Согласно этому способу экстрагированные гексаном белые хлопья из семян масличных культур пропускают через камеру, содержащую водяной пар при температуре по меньшей мере приблизительно 105°С. При этом растворитель из хлопьев испаряется и выводится с паром. Полученный продукт называется "прожаренные хлопья из семян масличных культур". Как и в случае хлопьев белого цвета из семян масличных культур после быстрого удаления растворителя, прожаренные хлопья согласно настоящему способу могут быть использованы напрямую или перед стадией экстракции могут быть измельчены с образованием гранулированного материала.
Несмотря на то, что хлопья белого цвета из семян масличных культур после удаления растворителя могут быть использованы на стадии экстракции напрямую, обычно хлопья после удаления растворителя перед их использованием в качестве исходного материала для экстракции измельчают с образованием муки. Муку из семян масличных культур такого типа, такую как соевая мука, используют в ряде других областей техники и эту муку можно легко получить из коммерческих источников. Другие примеры материалов из семян масличных культур, которые могут быть использованы для получения культуральных сред, включают муку из канолы, муку из жмыха семян подсолнечника, муку из жмыха семян хлопчатника, арахисовую муку, муку из люпина и их смеси. Прежде всего, пригодны для использования материалы из семян масличных культур, полученные из обезжиренных бобов сои и/или обезжиренных семян хлопчатника, так как такие материалы характеризуются относительно высоким содержанием белка. Важно отметить, что несмотря на то, что многие примеры, описанные в настоящем контексте, относятся к модифицированному материалу из бобов сои, способ и материал по настоящему изобретению не ограничиваются перечисленным и могут быть использованы для других семян зерновых и масличных культур.
Экстракция материала из семян масличных культур
Экстракцию белковой фракции из материала из семян масличных культур можно проводить в различных условиях с использованием стандартного оборудования. К факторам, влияющим на выбор параметров процесса и оборудования, относятся эффективность экстракции, влияние на качество белка в составе экстракта и ограничения параметров процесса в соответствии с требованиями охраны окружающей среды. В связи с себестоимостью и охраной окружающей среды в большинстве случае следует снизить объем воды, используемой в процессе. Параметры процесса в основном выбирают таким образом, чтобы свести к минимуму деградацию белка, например, в связи с присутствием природных ферментов и/или с химическими реакциями, а также чтобы исключить значительное загрязнение экстракта бактериями.
На стадии экстракции могут быть использованы многочисленные конструкции реакторов, включающие реакторы с мешалкой, реакторы с перемешанным псевдоожиженным слоем, реакторы с насадкой. Например, экстракцию можно проводить в одну стадию в едином реакторе, снабженном соответствующим оборудованием для контроля температуры и перемешивания среды. В другом варианте экстракцию можно проводить с использованием многостадийного процесса, который осуществляют в отдельных реакторах (см. например, систему процесса, представленного на Фиг.1). Например, экстракцию можно также проводить с использованием непрерывного многостадийного процесса (например, противоточная экстракция, включающая две или более стадии). В другом варианте воплощения настоящего изобретения по меньшей мере одну стадию экстракции можно проводить в условиях, которые позволяют свести к минимуму время контактирования между твердыми семенами из масличных культур и растворителем для экстракции. В другом варианте воплощения настоящего изобретения, в котором используют относительно короткие времена экстракции, материал из семян масличных культур может быть распылен в теплом (например, от 55°С до 75°С) водном растворе по мере его поступления в разделительное устройство для твердых/жидких материалов. Время экстракции в таких системах составляет от 5 до 30 сек. Например, водные растворы и материал из семян масличных культур можно одновременно впрыскивать в червячный экструдер и немедленно направлять в разделительное устройство для твердых/жидких материалов (например, декантатор, центрифуга и т.п.). В таких системах твердая и жидкая фаза могут контактировать в течение только одной или менее минуты в зависимости от конструкции системы.
Обычно при разработке многих процессов для оптимизации различных характеристик требуется согласование при выборе параметров процесса. Например, чтобы исключить значительную химическую деградацию белка, экстракцию следует проводить при относительно низкой температуре, например, приблизительно от 15°С до 40°С и предпочтительно приблизительно от 20°С до 35°С. Однако такие температуры могут способствовать росту бактерий и в этом случае целесообразно свести к минимуму время экстракции и/или проводить последующие операции процесса при более высокой температуре для снижения роста бактерий.
В другом варианте, чтобы снизить риск загрязнения бактериями, экстракцию можно проводить при повышенной температуре, например, от 50°С до 60°С. Однако, несмотря на снижение роста бактерий, при повышенной температуре могут возникнуть проблемы из-за химической деградации белковоподобного материала. Таким образом, с учетом ограничения температуры экстракции до величин, близких к комнатной температуре, если экстракцию проводят при температуре от 50°С до 60°С, то для сведения к минимуму деградации белка в основном требуется завершить экстракцию как можно быстрее. В основном показано, что если проводить экстракцию при температуре приблизительно от 20°С до 60°С, то время экстракции в течение от 1 до 2 ч является достаточным для достижения высокого выхода белка и при этом можно исключить значительную деградацию белка и/или бактериальное загрязнение. Показано также, что если используют более высокие температуры, например от 50°С до 60°С, то в основном время экстракции в течение не более чем приблизительно 30 мин является достаточным для обеспечения высокого выхода белка и при этом можно исключить значительную деградацию белка и/или бактериальное загрязнение. В основном следует исключить использование более высоких температур, так как продолжительное выдерживание при 60°С или более может привести к образованию растворов белка с тенденцией к желированию в процессе обработки.
В основном показано, что экстракция при температуре выше 60°С в течение ограниченного периода позволяет свести к минимуму химическую деградацию белковоподобного материала. Например, если проводить экстракцию при температуре приблизительно от 60°С до 70°, то подходящим является время экстракции приблизительно не более 15 мин. Если проводить экстракцию при температуре приблизительно от 70°С до 80°, то подходящим является время экстракции приблизительно не более 5 мин. Если проводить экстракцию при температуре приблизительно от 80°С до 90°, то подходящим является время экстракции приблизительно не более 3 мин.
Для получения белковоподобного материала экстракцию материалов из семян масличных культур можно проводить как в кислотных, так и в щелочных условиях. Обычно способ по настоящему изобретению включает в себя экстракцию с использованием раствора с рН от приблизительно 6,5 до приблизительно 10. Более предпочтительно способ включает в себя экстракцию при величине рН от нейтральной до щелочной, например, с использованием щелочного раствора с рН от приблизительно 7 до приблизительно 9. Экстракцию можно проводить контактированием материала из семян масличных культур с водным раствором, содержащим определенное количество основания, такого как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид аммония и/или гидроксид кальция, и при этом величина рН медленно падает в ходе нейтрализации основания веществами, экстрагируемыми из твердого материала из семян масличных культур. Обычно исходное количество основания выбирают таким образом, чтобы при завершении экстракции величина рН экстракта составляла требуемое значение, например, рН в диапазоне от 7,0 до 8,5. В другом варианте в процессе экстракции рН водной фазы можно регистрировать (непрерывно или периодически) и при необходимости добавлять основание для обеспечения требуемой величины рН или в требуемом диапазоне рН.
Если экстракцию проводят в одну стадию, то отработанный материал из семян масличных культур в основном промывают по меньшей мере один раз водой или щелочным раствором для извлечения белковоподобного материала, который может остаться в твердой фракции. Промывные воды могут быть объединены с основным экстрактом для их дальнейшей обработки или могут быть использованы при экстракции следующей порции материала из семян масличных культур.
Если экстракцию проводят с использованием многостадийного процесса, то параметры экстракции могут быть оптимизированы на каждой стадии. Например, при многостадийной экстракции величина рН на одной стадии может быть выше или ниже, чем рН на предшествующей или следующей стадии. Подходящим является изменение рН на величину не более 1,5 единиц. Согласно одному варианту воплощения изобретения на исходной стадии материал из семян масличных культур экстрагируют водным раствором с рН от 7,0 до 7,5 и частично экстрагированные твердые вещества экстрагируют второй раз водным раствором с рН от 8,0 до 8,5.
В процессе экстракции обычно получают смесь нерастворимого материала в водной фазе, которая включает растворимый белковоподобный материал. Экстракт может быть напрямую подвергнут разделению методом мембранной фильтрации. Однако в большинстве случаев сначала экстракт осветляют удалением по крайней мере части твердых частиц из смеси и получают осветленный экстракт. Процесс осветления обычно позволяет удалить значительную часть твердых частиц и предпочтительно практически весь твердый материал. Осветление экстракта может повысить эффективность процесса последующей мембранной фильтрации и исключить проблемы засорения мембран, используемых в процессе фильтрации.
Осветление можно проводить с использованием фильтрования и/или подобного процесса (например, центрифугирования), который обычно используют для удаления твердых частиц из водных суспензий. Для отделения жидкой фазы от водной взвеси материала из семян масличных культур обычно используют декантатор-центрифугу. Перед осуществлением мембранной фильтрации экстракта может оказаться целесообразным дополнительное осветление экстракта, например, на центрифуге для удаления осадка. Однако такие процессы в основном не обеспечивают полного удаления растворимых материалов и таким образом солюбилизированный белок остается в водной фазе, предназначенной для дальнейшей очистки мембранной фильтрацией. В учетом требований высокого выхода общего белка на стадии осветления обычно не используют ускорителей фильтрования, таких как флокулянты, которые могут адсорбировать растворимый белковоподобный материал.
Как показано на Фиг.1, один из подходящих способов экстракции и осветления включает серию экстракторов и центрифуг-декантаторов для проведения многостадийной противоточной экстракции. Система такого типа позволяет осуществлять высокоэффективную экстракцию, характеризующуюся относительно низким отношением количества воды к количеству хлопьев. Например, система такого типа позволяет эффективно осуществлять стадии экстракции, причем массовое отношение водного раствора для экстракции к материалу из семян масличных культур в каждой фазе находится в диапазоне от 6:1 до 10:1. При использовании низких отношений количеств воды и хлопьев можно получить экстракт из семян масличных культур, содержащий относительно высокую концентрацию растворенных твердых веществ, например, концентрация растворенных твердых веществ составляет 5 мас.% или более, а также можно получить экстракт с концентрацией твердых веществ по меньшей мере приблизительно 7 мас.%. Использование низких отношений количеств воды и хлопьев и более концентрированных экстрактов позволяет использовать для проведения процесса систему с низкими требованиями к емкости, что снижает капитальные затраты, связанные с системой.
Если в конкретном случае требования к системе не включают значительных ограничений к общему объему, то процесс экстракции можно провести с использованием более высоких отношений количеств воды и хлопьев. Если в процессе экстракции используют относительно высокие отношения воды и хлопьев, например, от 20:1 до 40:1, то целесообразно проводить экстракцию в одну стадию. В то время, как такие отношения воды и хлопьев требуют использования систем для обработки больших объемов жидкости (на килограмм исходного материала из семян масличных культур), более высокий фактор разбавления при экстракции белков может снизить возможность засорения микропористой мембраны (мембран), используемых в процессе мембранной фильтрации.
Мембранная фильтрация
Экстракционный раствор переносят из системы экстракции в систему мембранной фильтрации в основном путем первого введения осветленного экстракта в питающий резервуар мембранной системы. Обычно экстракционный раствор содержит приблизительно 4,0-5,0 растворимого белка и приблизительно 1,5-2,0% растворенного небелкового материала. Одной из целей процесса микрофильтрации является отделение белка от небелкового материала. Такое отделение проводят циркуляцией экстракционного раствора через набор микропористых мембран. Вода и небелковые материалы проходят через мембрану и при этом получают пермеат (раствор, содержащий вещества, проникшие через мембрану), а основное количество белка удерживается мембраной и остается в циркулирующем потоке (ретентат). Степень концентрирования содержащего белок ретентата обычно составляет приблизительно 2,5-3 раза (например, если степень концентрирования составляет 3 раза, то при фильтрации 113,560 л поступающего неочищенного экстракта получают 37,853 л ретентата). Степень концентрирования можно определять простым измерением объема пермеата, проходящего через мембрану. Если степень концентрирования составляет 3 раза, то при фильтрации через мембрану экстракта получают поток ретентата с растворенными твердыми веществами, содержащими по меньшей мере приблизительно 80 мас.% белка (ств). С целью увеличения концентрации белка до 90 мас.% обычно проводят две стадии диафильтрации 1:1. На стадии диафильтрации к концентрированному ретентату добавляют воду и затем проводят фильтрацию через микропористые мембраны. Этот процесс осуществляют описанным выше способом или в другом варианте воплощения настоящего изобретения диафильтрацию проводят на исходной стадии мембранной фильтрации, например, непрерывно подавая воду к поступающему в питающий резервуар экстракту таким образом, чтобы поддерживать исходный объем.
Процесс мембранной фильтрации обычно позволяет получить ретентат со степенью концентрирования по меньшей мере 2,5 раз, то есть при прохождении объема экстракта через фильтровальную систему получают обогащенный белком ретентат, объем которого составляет не более чем приблизительно 40% от исходного объема экстракта. В результате процесса мембранной фильтрации в основном получают обогащенный белком ретентат, который включает по меньшей мере приблизительно 10 мас.% белка, при этом легко достигается концентрация белка от 12 до 14 мас.%.
В связи с требованиями по охране окружающей среды и производительности процесса в основном желательно регенерировать по возможности всю воду из пермеата и возвратить регенерированную воду обратно в процесс, что позволяет снизить общие гидравлические потребности для процесса, а также свести к минимуму объем сточных вод, полученных в результате осуществления процесса. Обычно диафильтрационный пермеат объединяют с пермеатом, полученным после стадии концентрирования методом мембранной фильтрации. Основное количество воды в объединенных пермеатах можно регенерировать методом разделения с использованием обратноосмотической (OO) мембраны на OO ретентат и OO пермеат. При разделении методом OO получают пермеат, который содержит практически чистую воду. Эту воду можно повторно использовать на более ранних стадиях процесса. Например, OO фильтрат можно использовать при получении водного раствора для экстракции материала из семян масличных культур. OO пермеат можно также использовать для процесса диафильтрации при разбавлении обогащенного белком ретентата водным разбавителем, который включает OO пермеат.
Для разделения и концентрирования белка из экстракта по настоящему способу используют систему мембранной фильтрации с одной или более микропористых мембран. Обычно целесообразно использовать микропористую мембрану, которая характеризуется относительно малым краевым углом смачивания фильтрующей поверхности, например, не более приблизительно 40°, так как такие мембраны обеспечивают эффективное разделение и при этом обладают достаточно высокой устойчивостью к засорению. Прежде всего, пригодными для использования в настоящем способе являются микропористые мембраны с еще более малыми краевыми углами смачивания фильтрующей поверхности (то есть с более гидрофильной поверхностью). Такие мембраны характеризуются фильтрующей поверхностью с краевым углом 25° или менее, а некоторые мембраны характеризуются краевым углом фильтрующей поверхности не более приблизительно 10°.
Термин "краевой угол смачивания", использованный в данном контексте, означает краевые углы поверхностей, измеренные с использованием метода покоящейся капли, который является оптическим методом измерения краевых углов, предназначенный для оценки смачивающей способности локального участка на поверхности. Измеряют угол между основанием капли воды (нанесенной на плоскую поверхность мембраны с помощью шприца) и касательной по границе капли. Примером подходящего прибора для измерения краевых углов является система для анализа формы капель, модель DSA 10, производства фирмы Kruss.
Мембраны должны удерживать высокий процент среды и высокомолекулярные белковые компоненты, содержащиеся в экстракте, и при этом вода и другие компоненты должны проходить через мембрану. В процессе мембранной фильтрации обычно используют мембраны для ультрафильтрации с относительно большим размером пор (например, мембраны с ОММ по меньшей мере приблизительно 30000) или мембраны для микрофильтрации с размером пор вплоть до приблизительно 1,5 мкм. Прежде всего, подходящими для использования в способе по настоящему изобретению являются мембраны для микрофильтрации с низким краевым углом смачивания и ОММ от 25000 до 200000. Предпочтительные примеры подходящих микропористых мембран включают модифицированные мембраны из полиакрилонитрила (ПАН) с краевым углом смачивания фильтрующей поверхности не более приблизительно 25° и ОММ от 30000 до 100000. Мембраны для использования в промышленных процессах должны обладать способностью поддерживать значительную проницаемость, например, обеспечивать скорость прохождения через мембранный модуль, включающий приблизительно 12 м2 фильтрующей поверхности мембраны, примерно от 1500 до 3000 мл/мин. При использовании таких микропористых мембран с относительно большим размером пор процесс мембранной фильтрации обычно проводят с использованием противодавления не более чем приблизительно 689,5 кПа. Наиболее предпочтительно противодавление мембраны составляет не более чем приблизительно 344,7 кПа и эффективное мембранное разделение достигается с использованием противодавления в диапазоне 68,95-137,9 кПа.
Система для мембранной фильтрации в основном сконструирована для осуществления фильтрации в режиме поперечного потока. Так как частицы большого размера и дебрис обычно удалены на ранней стадии осветления, микропористая мембрана не будет быстро засоряться. Введение в процесс стадии осветления перед стадией фильтрации обеспечивает более продолжительный срок службы мембраны и более высокие скорости потока через мембрану. Система для мембранной фильтрации обычно включает один или более сменных мембранных модулей. Такая конструкция позволяет при необходимости изменять размер пор мембран (или величину ОММ) и/или тип мембран, а также позволяет быстро заменить засорившиеся мембраны.
Фильтрацию с поперечным потоком можно осуществлять в непрерывном режиме или в статическом режиме. Для мембранной фильтрации с поперечным потоком можно использовать различные формы потока. Например, стандартной формой потока является трубчатая форма, при которой мембраны расположены в виде трубок в продольном направлении аналогично трубкам в кожухе теплообменника или в трубчатом теплообменнике, так как такая конструкция позволяет обрабатывать растворы, содержащие частицы различного размера. Для обеспечения эффективной мембранной фильтрации при сниженном риске засорения мембран известен ряд других стандартных конструкций с поперечным потоком, например, мембраны в форме плоского листа или закрученной спирали. Для использования в способе по настоящему изобретению, прежде всего, подходящими являются мембранные системы с поперечным потоком типа закрученной спирали, особенно если питающий раствор содержит твердые частицы относительно малого размера, такой как осветленный экстракт из семян масличных культур. Мембранные модули типа закрученной спирали обеспечивают высокоэффективное разделение и позволяют создать конструкцию фильтровальной системы с большой фильтрующей поверхностью в относительно компактной форме.
Также как и в процессе экстракции, температура мембранной фильтрации содержащего белок раствора может влиять на химическое строение белка (например, может происходить деградиция и/или денатурация) и влиять на степень бактериального загрязнения. При низких температурах химическая деградация сведена к минимуму. Однако при этом могут возникнуть проблемы, связанные с ростом бактерий при низких температурах и с вязкостью более концентрированных растворов белка (например, растворы, содержащие по меньшей мере приблизительно 10 мас.% белка). В настоящем изобретении показано, что выдерживание содержащего белок экстракта при температуре приблизительно от 55 до 65°С в процессе мембранного разделения позволяет значительно подавить рост бактерий и свести к минимуму изменения в функциональности белка, связанные с химической деградацией/денатурацией. Оказалось, что любое продолжительное выдерживание при более высоких температурах может вызвать изменения в структуре белка, которые могут привести к желированию концентрированных растворов, например, в процессе последующей распылительной сушки.
Если мембранную фильтрацию осуществляют в статическом режиме, то мембраны в основном очищают перед каждым циклом фильтрации. Обычно мембранную систему следует очистить и дезинфицировать за день до цикла, а мембраны следует хранить в растворе гипохлорита натрия. Перед использованием из мембранной системы сливают раствор гипохлорита натрия и всю систему промывают водой. Если мембранную фильтрацию проводят в непрерывном режиме, обычно мембраны периодически отключают и очищают стандартным способом.
Известен рад методов для очистки и дезинфекции микропористых мембранных систем после продолжительного использования. Один из подходящих методов очистки включает последовательную промывку мембраны серией щелочного, кислотного и дезинфицирующего растворов. Примеры подходящих дезинфицирующих растворов включают растворы гипохлорита натрия, растворы пероксида и водный дезинфицирующий раствор на основе ПАВ-щелочи. Обычно между промывкой различными растворами для очистки мембрану промывают водой. Например, показано, что мембраны с малым краевым углом смачивания фильтрующей поверхности (например, модифицированные микропористые мембраны из ПАН) могут быть эффективно очищены с помощью последовательной промывки следующими растворами:
1) вода
2) щелочной раствор (например, 0,2 мас.%-ный раствор NaOH)
3) вода
4) слабокислотный раствор (например, водный раствор с рН 5,5-6)
5) водный дезинфицирующий раствор на основе ПАВ-щелочи (например, раствор Ultra-Clean производства фирмы Ecolab, St. Paul, MN) и
6) вода.
Процесс очистки обычно проводят с использованием серии растворов для очистки при комнатной температуре. Если мембрана в значительной степени засорена, то при необходимости можно провести одну или более стадий промывки при повышенной температуре, например, промывка щелочным, кислотным и/или дезинфицирующим растворами при температуре приблизительно от 40°С до 50°С. В некоторых случаях эффективность промывки серией растворов для очистки можно повысить с использованием промывки растворами сильных кислот, например, промывка мембраны кислотным раствором с рН приблизительно от 4 до 5. В качестве дезинфицирующего раствора могут быть использованы другие типы растворов. Например, если мембрана является в основном химически инертной, то в качестве дезинфицирующего раствора можно использовать раствор окислителя (например, разбавленный раствор NaOCl или разбавленный раствор пероксида водорода). После конечной промывки водой при промывке серией растворов для очистки мембрану можно немедленно использовать для обеспечения эффективного разделения на мембране по настоящему изобретению. В другом варианте после очистки мембрану можно хранить. Обычно очищенную мембрану хранят при контактировании с разбавленным раствором отбеливателя и затем снова промывают водой непосредственно перед использованием.
При выборе мембраны, которую можно эффективно очистить (например, мембрана с малым краевым углом смачивания фильтрующей поверхности, такая как модифицированная мембрана из ПАН), можно проводить мембранную фильтрацию концентрированных белковых экстрактов из семян масличных культур, которая позволяет получить ретентаты с относительно низкими уровнями бактериального загрязнения. Например, при использовании модифицированных мембран из ПАН и операции очистки, аналогичных описанным выше, можно получить высушенные распылительной сушкой белковые ретентаты, характеризующиеся общим содержанием бактерий не более чем приблизительно 300000 КОЕ/г и предпочтительно не более чем приблизительно 50000 КОЕ/г, причем нет необходимости подвергать ретентат пастеризации (например, методом высокотемпературной высокоскоростной технологии (ВТВСТ)).
Структура мембран
Поверхность полимерной матрицы содержит пустоты, образующиеся благодаря дефектам во внешнем периметре матрицы, и микропоры, образующиеся благодаря молекулярной структуре матрицы. Термин "поверхность" включает полимеры или их фрагменты, которые образуют указанные пустоты и микропоры. Если матрица имеет форму пористого изделия, то термин "поверхность" включает полимеры или их фрагменты, которые образуют поры в изделии. Микропористые мембраны, использованные в настоящем способе, характеризуются ассиметричной пористой структурой. Это означает, что вдоль всей мембраны расположены поры с неодинаковыми размерами и структурой. Термин "ассиметричная микропористая мембрана", использованный в данном контексте, означает мембрану с относительно большим размером пор в фильтрующей поверхности, то есть в поверхности, которая контактирует с питающим раствором. Размер пор уменьшается вдоль ширины мембраны. Со стороны мембраны, противоположной фильтрующей поверхности, в основном расположен очень тонкий, относительно плотный слой с самым малым размером пор. Пропускная способность мембраны в основном напрямую определяется числом и размером пор в этом "поверхностном" слое.
От гидрофильности твердой поверхности зависит сродство поверхности к водным растворам. От гидрофильности зависит также биосовместимость мембран, то есть способность эффективного контактирования с белками и подобными веществами без возникновения значительных проблем, связанных с засорением мембран. Хотя для гидрофильности отсутствует количественное определение в промышленных условиях, эту характеристику можно определить качественно по степени распределения воды на твердой поверхности или по краевому углу между жидкой поверхностью и твердой поверхностью в момент расположения капли воды на твердой поверхности. Более гидрофильная поверхность характеризуется меньшим краевым углом. На Фиг.1 показано, что капля воды 10 характеризуется большим краевым углом (тета), если вода расположена на относительно гидрофобной поверхности 11 по сравнению с каплей воды 12, расположенной на относительно гидрофильной поверхности 14, таким образом, больший краевой угол означает относительно гидрофобную поверхность, а меньший краевой угол означает относительно гидрофильную поверхность.
Термин "краевой угол", использованный в данном контексте, означает краевые углы, измеренные для поверхностей с использованием метода покоящейся капли. Этот оптический метод измерения краевого угла используют для оценки смачивающей способности локального участка на поверхности. Измеряют угол между основанием капли воды (нанесенной на плоскую поверхность мембраны с использованием шприца) и касательной по границе капли. Примером подходящего прибора для измерения краевых углов является система для анализа формы капель, модель DSA 10, производства фирмы Kruss.
В способе по настоящему изобретению в основном используют микропористые мембраны с относительно гидрофильной фильтрующей поверхностью, например, микропористые мембраны с фильтрующей поверхностью, характеризующейся краевым углом смачивания не более чем 40°. Предпочтительно краевой угол фильтрующей поверхности микропористой мембраны составляет не более 30° и более предпочтительно не более 15°. В большинстве случаев только фильтрующая поверхность мембраны включает гидрофильные группы, такие как N-алкилоламидные группы, а основная полимерная матрица, образующая мембрану, состоит из гидрофобного полимера, что обеспечивает устойчивость поверхности к засорению и при этом сохраняется физическая прочность мембраны.
Поверхность мембраны, используемой в способе по настоящему изобретению, обычно содержит гидрофильные функциональные группы, проявляющие сродство к воде. Мембраны обычно формуют из молекул подходящего полимера с боковыми группами, которые обеспечивают на поверхности матрицы достаточное количество незаряженных гидрофильных полярных групп, что придает поверхности гидрофильные свойства. Такие группы могут быть получены модификацией боковых групп полимера или группы могут быть "предварительно созданы" и затем нанесены или привиты напрямую на полимер, расположенный на поверхности матрицы. Можно также нанести на поверхность матрицы гидрофобные боковые группы и затем модифицировать все группы или их часть с образованием соответствующих групп для создания гидрофильной поверхности. Аналогичным образом на поверхность матрицы можно нанести или привить мономеры, содержащие соответствующие боковые группы. Примеры мембран с относительно гидрофильной поверхностью описаны в патентах США №4147745, 4943374, 5000848, 5503746, 5456843 и 5939182, которые включены в данное описание в качестве ссылок.
Полимерная матрица, входящая в состав мембраны, может включать в себя практически любой полимер, содержащий соответствующие боковые группы. Подходящие полимеры включают в себя полимеры, содержащие боковые группы, которые можно модифицировать с образованием замещенных амидных групп, такие как полимеры, содержащие боковые нитрильные группы. Подходящие замещенные амидные группы обладают гидрофильными свойствами и сродством к воде. Примеры включают N-алкилоламидные группы. Мембраны по настоящему изобретению предпочтительно включают в себя молекулы подходящего полимера, расположенные на поверхности мембраны и которые обеспечивают достаточное количество незаряженных замещенных амидных групп (например, гидроксиалкилзамещенные амидные группы, такие как гидроксиметилзамещенные амидные группы), что придает поверхности мембраны гидрофильные свойства.
Мембраны могут быть сформованы из нитрилсодержащего полимера, который содержит замещенные амидные группы. Замещенные амидные группы предпочтительно являются незаряженными при нейтральном или близком к нейтральному значению рН. Замещенные амидные группы могут быть получены из нитрильных групп. Примеры таких полимеров включают в себя модифицированные полиакрилонитрильные полимеры. Термин "полиакрилонитрильный полимер", использованный в данном контексте, относится к полимерам, образованным из смесей мономеров, в которых по меньшей мере 50 мол.% мономеров является мономерами акрилонитрильного типа, предпочтительно акрилонитрилом и/или метакрилонитрилом. Более предпочтительно по меньшей мере 90 мол.% мономеров является акрилонитрилом и/или метакрилонитрилом.
Примеры подходящих полимеров включают в себя нитрилсодержащие полимеры, такие как гомо- и сополимеры, образованные из мономеров акрилонитрильного типа, цианостирольные мономеры (например, циннамонитрил), несопряженные алкеннитрильные мономеры и/или мономеры на основе цианоалкил(мет)акрильных эфиров. Подходящие мономеры, прежде всего, включают в себя мономеры акрилонитрильного типа, такие как акрилонитрил, метакрилонитрил, другие 2-алкеннитрильные мономеры (обычно содержащие не более 6 атомов углерода), хлоракрилонитрил и фторакрилонитрил. Полимеры и сополимеры на основе акрилонитрила и/или метакрилонитрила, прежде всего, являются подходящими для формования мембран по настоящему изобретению. Сополимеры обычно образуются из смесей мономеров, которые содержат по меньшей мере 90 мол.% мономера акрилонитрильного типа.
Другие мономеры в смеси мономеров, используемой для получения нитрилсодержащих полимеров, могут не содержать любые заряженные или легко ионизируемые функциональные группы (то есть не содержат кислотных, амино или четвертичных функциональных групп). Обычно сополимеры должны включать в себя только одно мономерное звено, содержащее боковую замещенную амидную группу или группу, которую можно модифицировать с образованием замещенной амидной группы. Другие мономеры могут необязательно содержать такие функциональные группы. Если боковые группы включают нитрильные группы, то подходящими мономерами, которые могут присутствовать наряду с нитрилсодержащим мономером в составе сополимера, являются мономеры, способные к полимеризации с нитрилсодержащим мономером. Примеры таких мономеров включают в себя мономеры стирольного типа (например, стирол, метилстирол, хлорстирол или хлорметилстирол), мономеры на основе акриловых или метакриловых сложных эфиров, сопряженные диены, галогенированные олефины, мономеры на основе простых виниловых эфиров и другие подобные мономеры.
Полимеризацию можно проводить с использованием стандартных методов, известных в данном уровне техники, таких как суспензионная или эмульсионаая полимеризация в водной системе. Полимер может быть также смешан с другими полимерами, которые могут содержать полярные функциональные группы или не содержать их, такие как замещенные амидные группы или группы, которые могут быть модифицированы с образованием замещенных амидных групп. Полимер можно также привить к другому полимеру.
Боковые нитрильные группы можно превратить в гидроксиалкилзамещенные амидные группы при взаимодействии с альдегидом и/или соединением, образующим альдегид, в присутствии кислоты. Для модификации нитрильных групп можно использовать практически любой альдегид. Однако, если используется полимерная матрица в форме пористой мембраны, то использование альдегида может быть ограничено размером молекул альдегида. В таких случаях размер пор определяет возможность использования альдегида, то есть имеется верхний предел размера молекул альдегида. Наиболее подходящими, прежде всего, являются N-алкилоламидные группы, в которых алкилол означает низш. алкилольную группу (то есть алкилольная группа содержит от 1 до 6 атомов углерода). Нитрильные группы предпочтительно взаимодействуют с альдегидом относительно небольшого размера, таким как ацетальдегид или формальдегид. Наиболее подходящим для модификации мембран, образованных из нитрилсодержащего полимера, с целью увеличения гидрофильности поверхности мембраны, прежде всего, является формальдегид и/или соединение, образующее формальдегид, например, диметоксиметан, триоксан или параформальдегид. Методы и определенные условия для модификации нитрилсодержащих полимерных мембран при взаимодействии с альдегидом описаны в патенте США No4906379, который включен в данное описание в качестве ссылки. Время контактирования молекул нитрилсодержащего полимера с альдегидом и/или соединением, образующим альдегид, является достаточно продолжительным для обеспечения образования достаточного количества замещенных амидных групп, которые придают гидрофильность поверхности мембраны, но не придают гидрофильность всей структуре матрицы.
Этот процесс, включающий обработку мембраны, которая сформована из нитрилсодержащего полимера, смесью кислоты и альдегида в водной среде, обычно приводит к образованию незаряженных замещенных амидных групп только на поверхности полимерной матрицы. В большинстве случаев полимер, из которого состоит мембрана, является сшитым, что придает мембране дополнительную прочность. При химической обработке, используемой для введения N-алкилоламидных групп в нитрилсодержащий полимер, также приводит к образованию поперечных связей (сшивок) между молекулами полимера. Например, обработка в условиях, используемых для введения N-метилоламидных групп на поверхность полиакрилонитрильной мембраны, может также привести к образованию поперечных метилен-бис-амидных связей.
Мембраны по настоящему изобретению обычно включают в себя нитрилсодержащий полимер в структуре матрицы. Однако только часть нитрильных групп полимера, расположенных на поверхности матрицы, модифицированы с образованием замещенных амидных групп, предпочтительно N-метилоламидных групп. В большинстве случаев оставшиеся нитрильные группы остаются немодифицированными, что обеспечивает физическую целостность полимерной матрицы. Если матрица используется в форме пористого изделия, такого как мембрана, то гидрофильная поверхность матрицы определяет поры в пористом изделии.
Молекулы нитрилсодержащего полимера также могут образовывать поперечные связи с другими подобными молекулами. Сшивка может обеспечивать необходимые свойства полимерной матрицы, требуемые в большинстве областей применения, например, повышенная структурная жесткость и повышенная устойчивость к органическим растворителям. Такие свойства можно получить в процессе модификации с использованием кислоты и альдегида. Обычно образование поперечных связей происходит между замещенными амидными группами молекул, расположенных на поверхности матрицы, что придает мембране дополнительную прочность. Согласно варианту воплощения настоящего изобретения, в котором замещенные амидные группы включают в себя N-метилоламидные группы, образование поперечных связей происходит за счет метилен-бис-амидных связей. Если поверхность полимерной матрицы контактирует с альдегидом или соединением, образующим альдегид, контактирование можно осуществлять с помощью выдерживания матрицы в реакционной ванне, содержащей альдегид и/или соединение, образующее альдегид. Время выдерживания, температура в реакционной ванне и концентрация реагентов зависят от типа используемого альдегида или соединения, образующего альдегид, от типа присутствующего нитрил содержащего полимера, количества и силы кислотного катализатора, если он присутствует, а также от требуемых свойств матрицы.
Гидрофильные мембраны можно также получить смешиванием и/или соосаждением гидрофилизирующего агента с более гидрофобным полимером. Образцы мембран с гидрофильной поверхностью могут быть получены соосаждением полиэфирсульфона с гидрофильным полимером, таким как полиэтиленгликоль и/или поливинилпирролидон, и такие мембраны описаны в патенте США No4943374, который включен в данное описание в качестве ссылки.
Чтобы обеспечить эффективную очистку мембран для удаления остаточного органического материала и чтобы исключить проблемы, связанные с бактериальным загрязнением, в основном целесообразно использовать относительно прочные мембраны. Очистка мембраны может быть более эффективной, если мембрана способна выдерживать относительно высокие температуры (например, вплоть до приблизительно 50°С), способна выдерживать раствор, содержащий окислитель (например, водный раствор гипохлорита), способна выдерживать обработку растворами, содержащими чистящие ПАВ, и/или выдерживать действие водных растворов в диапазоне рН, таких как растворы с рН в диапазоне приблизительно от 5 до 11, предпочтительно в диапазоне рН приблизительно от 2 до приблизительно 12.
Обработка ретентата после мембранной фильтрации
В большинстве случаев ретентат, полученный с помощью мембранной фильтрации, пастеризуют для сведения к минимуму микробной активности. В основном пастеризацию проводят при повышении внутренней температуры ретентата до приблизительно 75°С или выше и при поддерживании этой температуры в течение достаточного времени для гибели основного количества бактерий, содержащихся в растворе, например, при выдерживании раствора при 75°С в течение приблизительно 10-15 мин. Обычно продукт пастеризуют с помощью обработки концентрированного раствора ретентата методом высокотемпературной высокоскоростной технологии (ВТВСТ). Обработку методом ВТВСТ можно проводить прокачиванием концентрированного ретентата через паровой инжектор, в котором содержащий белок концентрат смешивают с острым паром и быстро нагревают до приблизительно 65-85°С, более предпочтительно 80-85°С. Затем нагретый концентрат обычно пропускают под давлением через трубку для выдерживания в течение относительно короткого периода времени, например, от 5 до 10 сек. После прохождения через трубку нагретый ретентат может быть охлажден пропусканием в вакуумированный реактор. Испарение воды из ретентата в вакууме приводит к мгновенному охлаждению нагретого раствора, что позволяет быстро снизить температуру до диапазона приблизительно 45-50°С. Обработку методом ВТВСТ можно проводить до мембранной фильтрации. Согласно одному из подходящих вариантов воплощения настоящего изобретения экстракт подвергают обработке ВТВСТ в процессе экстракции (например, между стадиями при многостадийной экстракции). Показано, что такой тип обработки является чрезвычайно эффективным, так как обеспечивает подавление бактерий и при этом позволяет исключить значительную химическую деградацию белка.
Для повышения стойкости при хранении модифицированный продукт из семян масличных культур обычно сушат таким образом, чтобы продукт содержал не более чем приблизительно 12 мас.% влаги и предпочтительно не более чем приблизительно 8 мас.% влаги в расчете на массу конечного высушенного продукта. В зависимости от используемого метода сушки и формы высушенного продукта его после сушки можно измельчить до образования свободно текущих твердых частиц, чтобы улучшить условия хранения и упаковки продукта. Например, если при сушке модифицированный продукт из семян масличных культур образует спекшуюся массу, то продукт может быть измельчен до образования высушенного порошка, предпочтительно в форме порошка с размерами частиц не более 10 меш, причем содержание порошка с таким размером частиц в материале составляет по меньшей мере приблизительно 95 мас.%.
В другом варианте способа после доведения величины рН до нейтральной жидкий ретентат можно высушить в распылительной сушке до образования сухого порошкообразного продукта. Содержание воды в высушенном распылительной сушкой продукте предпочтительно составляет не более чем приблизительно 10 мас.%, более предпочтительно приблизительно 4-6 мас.% воды. Ретентат можно высушить распылительной сушкой путем пропускания концентрированного раствора ретентата (например, приблизительно 10-15 мас.%-ного раствора твердых веществ) через распылительную сушку при температуре входного отверстия сушки приблизительно 160-165°С, при давлении питающего насоса приблизительно 10335 кПа и температуре выходного потока воздуха приблизительно 90-95°С.
Перед нагреванием, которое осуществляют либо в процессе распылительной сушки, либо при обработке методом ВТВСТ, целесообразно довести величину рН образца до приблизительно нейтральной. Например, в большинстве случаев перед любой последующей стадией нагревания образца рН ретентата доводят до величины приблизительно от 6,5 до 7,5 и предпочтительно от 6,7 до 7,2. Нагревание концентрированного ретентата может привести к изменению профиля молекулярных масс продукта и следовательно, к изменению функциональных свойств продукта. Например, сравним профиль молекулярных масс продукта, описанного в Примере 2 и не обработанного нагреванием, с профилем образца, полученного в Примере 1. Необработанный нагреванием материал содержит ряд белков, которые не содержатся в его нагретом аналоге (продукте Примера 1). Анализ этих двух образцов методом дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК) также свидетельствует о существенном различии. В материале, полученном согласно Примеру 2, наблюдается относительно острый симметричный эндотермический пик при приблизительно 93°С. В другом материале, который не подвергали нагреванию (пример 4), также наблюдается высокий эндотермический пик при приблизительно 93°С. Для всех коммерческих продуктов этот пик либо полностью отсутствует или наблюдается незначительный относительно слабый пик при приблизително 82°С. Данные ДСК двух обработанных нагреванием продуктов, полученных по настоящему способу (примеры 1 и 3), также свидетельсвуют о наличии только относительно слабого пика при приблизительно 82°С.
В некоторых случаях перед конечной стадией распылительной сушки целесообразно концентрировать ретентат, полученный в результате мембранной фильтрации. Эту операцию можно осуществить с использованием стандартных методов упаривания, в основном в вакууме, чтобы исключить значительное нагревание обрабатываемого материала на основе соевых белков. Если стадию концентрирования этого типа включают в процесс, то ее обычно проводят после доведения рН ретентата до нейтральной величины (например, приблизительно 6,8-7,0).
Характеристики модифицированного материала из семян масличных культур
Модифицированный материал из семян масличных культур может быть получен из ряда исходных материалов на основе семян масличных культуру, таких как мука из бобов сои, мука из канолы, мука из жмыха семян подсолнечника, мука из жмыха семян хлопчатника, арахисовая мука, мука из люпина или их смеси. Хлопья или мука из бобов сои, прежде всего, являются пригодными источниками белков из семян масличных культур для использованные в настоящем способе. Модифицированный материал из семян масличных культур может характеризоваться рядом параметров, которые являются пригодными для использования этого материала в качестве источника белка для включения в пищевые продукты для человека и/или в корм для скота.
Модифицированный материал из семян масличных культур может быть использован для получения пищевых продуктов с белковой добавкой для потребления человеком. Примеры пищевых продуктов с белковой добавкой включают в себя напитки, готовые мясные продукты, замороженные десерты, кондитерские изделия, молочные продукты, композиции соусов, зерновые и крупяные продукты. Количество модифицированного материала из семян масличных культур, используемое для добавления в пищевой продукт, существенно зависит от конкретного пищевого продукта. Типичный пищевой продукт с белковой добавкой может содержать от 0,1 мас.% до 10 мас.% белка. Модифицированный материал из семян масличных культур может быть использован для получения дополнительных пищевых продуктов. Важно отметить, что пищевые продукты разделяются на различные или дополнительные категории пищевых продуктов. Конкретный пищевой продукт может быть отнесен к нескольким категориям (например, мороженое можно рассматривать как замороженный десерт, так и как молочный продукт). Пищевые продукты, описанные в данном контексте, приведены только в качестве иллюстрации и не представляют собой полный список многочисленных продуктов.
Примеры напитков с белковой добавкой включают в себя загущенные фруктовые напитки, смеси для детского питания, натуральные плодово-ягодные напитки, питьевые йогурты, кофейные напитки, пиво, сухие смешанные напитки, энергетически обогащенные напитки, напитки для спортсменов, соевые ликеры, газированные напитки, напитки с размельченным льдом и замороженные смеси для напитков.
Примеры мясопродуктов с белковыми добавками включают в себя продукты из рубленного мяса цыпленка, ветчинные продукты с добавлением воды, болонская колбаса, булочки с горячей сосиской, сосиски, пирожки с курицей, жареные кусочки куриного филе, пирожки с мясом, пирожки с рыбой, сурими, бекон, мясо для завтрака, пасты для бутербродов, деликатесы, мясные закуски, мясные тефтели, вяленое мясо, фахитас, обрезки бекона, мясные продукты для шприцевания и немецкие колбаски.
Примеры кондитерских изделий с белковыми добавками включают в себя шоколадные конфеты, муссы, шоколадную глазурь, иогуртовую глазурь, какао, сахарную глазурь, конфеты, батончики с повышенным содержанием минеральных солей и батончики с начинкой.
Примеры замороженных десертов с белковыми добавками включают в себя мороженое, солодовые напитки, коктейли, замороженные фруктовые соки, фруктовое мороженое и замороженные пудинги.
Примеры молочных продуктов с белковыми добавками включают в себя йогурт, сыр, мороженое, взбитые сливки, кофе со сливками, сливочный сыр, сметану, прессованный творог, сливочное масло, майонез, молочные соусы, заправки для салатов на основе молока и творог.
Примеры зерновых и крупяных продуктов с белковыми добавками включают в себя хлеб, пышки, бублики, сдобное тесто, лапшу, печенье, оладьи, вафли, сухое печенье, манную крупу, чипсы, маисовые лепешки, кексы, галеты, зерновые хлопья для завтрака (включая готовые к употреблению продукты и вареные продукты), претцели (крендельки с солью), сухие пекарские смеси, тестовый хлеб мелба, соломка, гренки, молотые сухари для начинки курицы или индейки, энергетизированные батончики, пончики, кексы, попкорн, кукурузный блин, смеси для кляра, мука для панировки, коржи для тортов, шоколадные коржики, пироги, воздушные соевые пирожные, блинчики, круасаны, муку и кашу полента.
Термин "композиции для соусов", использованный в данном контексте, относится к пищевым продуктам, таким как подливки, заправки для салатов, пасты для бутербродов, сиропы, маринады, сладкие соусы и пищевые глазури. Примеры композиций для соусов с белковыми добавками включают в себя заправки для соусов, ореховые масла (например, арахисовое масло), маринады, подливки, сальса (мексиканский овощной соус), джемы, сырные соусы, майонез, винный соус, соевая икра, сладкие соусы, фруктовые сиропы и кленовые сиропы.
Композиции соусов с белковыми добавками могут также включать в себя суспендирующий агент для сохранения однородности композиции. Примеры подходящих суспендирующих агентов включают в себя полисахариды, такие как крахмал, целлюлозу (например, микрокристаллическая целлюлоза), каррагенан и полиурониды, такие как пектин. Другим суспендирующим агентом для использования в композициях напитков по настоящему изобретению является желатин.
Примеры других продуктов с белковыми добавками включают в себя тофу, рецептированная соевую эссенцию, порошкообразные белковые добавки, смешиваемые с соком белковые добавки, вспениватели, замутняющие агенты, продукты для детского питания, тефтели для вегетарианцев, заменители мяса, яйцепродукты (например, омлет), супы, супы-пюре, бульоны, заменители молока, продукты из соевого молока, чили, специи, продукты из взбитой сои, заправки для салатов, пищевые пленки, пищевые палочки, жевательные резинки, ветчинные обрезки, овощные обрезки, состав для пропитки коржей пиццы, соевый пирог, не вызывающие газовыделение синтетические бобы, приправа для соевых блюд, сладкая вата из сои, фруктовые обрезки, булочки для пиццы, картофельное пюре, скрученные волокна из сои, соевые рулеты, шприцованные закуски, приправы, бальзамы, жареные пищевые продукты, десерты на основе желатина, витаминные добавки и фармацевтические препараты.
При разработке конкретного продукта для белковой пищевой добавки в большинстве случает важно учитывать характеристики модифицированного материала из семян масличных культур. Например, диспергируемость способствует быстрому смешиванию компонентов (либо в виде сухой приготовленной смеси, либо в виде сухого препарата) в воде, что в идеальном случае приводит к образованию относительно стабильной гомогенной суспензии. Растворимость может потребоваться для снижения количества твердых частиц в конечном напитке. Способность к образованию суспензий может потребоваться для предотвращения осаждения нерастворимых компонентов из конечного состава при хранении. В основном предпочтительным является модифицированный материал из семян масличных культур белого цвета, так как при смешивании растворов светло-коричневого и коричневого цвета трудно получить продукты белого цвета (молочного типа) или яркого цвета (фруктового типа). Важной характеристикой при получении напитков может также являться прозрачность растворов модифицированного материала из семян масличных культур. Вспенивающие свойства, хотя они и обычно нежелательны при получении напитков в связи с затруднениями при смешивании, также могут быть важными характеристиками при получении некоторых продуктов (например, молочные коктейли). Другие характеристики, важные для конкретных пищевых композиций, включают в себя молекулярную массу, способность к гелеобразованию, вязкость, стабильность эмульсии, содержание жира и аминокислотный состав. Некоторые свойства в соответствии с одной или более указанных характеристик могут быть полезными при разработке продуктов для белковых добавок.
Модифицированный материал из семян масличных культур, полученный по настоящему способу, обычно включает высокомолекулярные белки и в меньшей степени содержит низкомолекулярные белки в качестве примесей. Подходящий метод определения содержания высокомолекулярных белков, содержащихся в материале, основан на хроматографических данных, как описано в Примере 16.
Необработанные хроматографические данные могут быть использованы для расчета ряда различных показателей. Одним из показателей является расчет молекулярной массы следующим образом: содержание белков с молекулярной массой выше этой величины составляет 50% и белков с молекулярной массой ниже этой величины составляет 50%. Эта величина точно не соответствует средней молекулярной массе, но ближе к среднемассовой молекулярной массе. Этот термин использован в данном контексте и сокращенно обозначен "MM50". Другой показатель рассчитывают по количеству модифицированного материала из семян масличных культур в мас.%, который характеризуется очевидной молекулярной массой выше 300 кДа. Третий показатель рассчитывают по количеству модифицированного материала из семян масличных культуру в мас.%, который характеризуется очевидной молекулярной массой менее 100 кДа. Для характеристики молекулярной массы конкретного модифицированного материала из семян масличных культур можно использовать любой из трех указанных показателей в отдельности. В другом варианте для характеристики профиля молекулярных масс модифицированного материала из семян масличных культур можно использовать комбинацию двух или более указанных показателей.
Величина MM50 модифицированного материала из семян масличных культур, полученного по настоящему способу, предпочтительно составляет по меньшей мере приблизительно 200 кДа. Более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 400 кДа. В некоторых областях применения величина ММ50 подходящего модифицированного материала из семян масличных культур, прежде всего, предпочтительно составляет по меньшей мере приблизительно 600 кДа. Что касается второго вышеупомянутого показателя, то по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в подходящем модифицированном материале из семян масличных культур характеризуются очевидной молекулярной массой более 300 кДа. В некоторых областях применения требуется, чтобы по меньшей мере приблизительно 60 мас.% белка характеризовалось очевидной молекулярной массой более 300 кДа. Что касается третьего вышеупомянутого показателя, то предпочтительно, чтобы по меньшей мере приблизительно более 40 мас.% белка в модифицированном материале из семян масличных культур характеризовалось очевидной молекулярной массой менее 100 кДа. Однако в некоторых областях применения предпочтительно, чтобы по меньшей мере не более чем приблизительно 35 мас.% белка в модифицированном материале из семян масличных культур характеризовалось очевидной молекулярной массой менее 100 кДа. Подходящий модифицированный материал из семян масличных культур может удовлетворять предпочтительным значениям одного или более указанных трех показателей. Например, величина MM50 подходящего модифицированного материала из семян масличных культур, прежде всего, может составлять по меньшей мере приблизительно 200 кДа и по меньшей мере приблизительно более 60 мас.% белка характеризуется очевидной молекулярной массой более 300 кДа. С использованием настоящего способа может быть получен модифицированный материал из семян масличных культур, величина ММ50 которого составляет по меньшей мере приблизительно 600 кДа и по меньшей мере приблизительно 60 мас.% белка в материале характеризуется очевидной молекулярной массой более 300 кДа.
Модифицированный материал из семян масличных культур, полученный по настоящему способу, обычно включает белковую фракцию с достаточно высокой растворимостью. Например, по настоящему способу можно получить модифицированный материал из семян масличных культур, в котором по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка, содержащегося в 50 мг образца материала, растворимо в 1,0 мл воды при 25°С. Пригодными являются образцы, в которых по меньшей мере приблизительно 50 мас.% белка растворимо в указанных условиях. Растворимость модифицированного материала из семян масличных культур можно также определить по величине КРА, как описано в Примере 9.
Кроме относительно высокой растворимости, модифицированный материал из семян масличных культур, полученный по настоящему способу, обычно характеризуется достаточно высокой способностью к образованию суспензий в водных растворах. Например, настоящий способ может быть использован для получения модифицированного материала из семян масличных культур с достаточно высокой способностью к образованию суспензий. Одним из показателей способности к образованию суспензий сухого белкового продукта из семян масличных культур является "фактор помутнения". Термин "фактор помутнения", использованный в данном контексте, определен в Примере 14. Как описано в Примере, растворяют/диспергируют достаточное количество образца для образования 5 мас.%-ного раствора в 5 мас.%-ном растворе сахарозы. После выдерживания в течение 1 ч при комнатной температуре аликвотную часть суспензии разбавляют в 10 раз водой и измеряют поглощение при 500 нм. Значение поглощения при 500 нм (в данном контексте означает фактор помутнения) является мерой мутности, причем более высокие величины поглощения означают более высокий фактор помутнения и более низкую растворимость.
Модифицированный материал из семян масличных культур, полученный по настоящему способу, предпочтительно характеризуется поглощением при 500 нм не более чем приблизительно 0,95, которое измерено указанным методом анализа, то есть фактор помутнения составляет не более чем приблизительно 0,95. Другими словами, поглощение при 500 нм дисперсии 0,5 мас.% сухого белкового продукта из семян масличных культур в 0,5 мас.%-ном водном растворе сахарозы составляет не более чем приблизительно 0,95 (после выдерживания в течение 1 ч в виде 5 мас.%-ного раствора в 5 мас.%-ном растворе сахарозы).
Настоящий способ позволяет получить модифицированный продукт из семян масличных культур с требуемыми цветовыми характеристиками. Продукты обычно характеризуются чрезвычайно светлым цветом, о чем свидетельствуют величины L по Гарднеру. Например, настоящий способ позволяет получить модифицированные материалы из семян масличных культур, величина L по Гарднеру которых для сухих образцов составляет по меньшей мере приблизительно 85. В некоторых случаях, например, при проведении экстракции в слабощелочных условиях при рН 8-9 и проведении исходной стадии экстракции при относительно низкой температуре (приблизительно 25-35°С), можно получить образец белкового препарата из семян масличных культур с величиной L по Гарднеру (сухой образец) по меньшей мере приблизительно 88.
Кроме того, настоящий способ позволяет получить модифицированный материал из семян масличных культур с требуемыми вкусовыми характеристиками, например, материал характеризуется чрезвычайно мягким вкусом, который отсутствует в бобовых препаратах. В большинстве случаев одним из самых существенных недостатков при использовании модифицированного материала из семян масличных культур в потребительких целях является нежелательный вкус. Вкус модифицированного материала из семян масличных культур, прежде всего, модифицированного соевого белка определяется сложной смесью компонентов. Например, горькость и другой неприятный вкус в большинстве случаев связан с присутствием низкомолекулярных пептидов (400<MM<2000) и летучих соединений. Некоторые из этих низкомолекулярных молекул присутствуют в самих семенах масличных культур, а другие попадают в продукт при обработке модифицированного материала из семян масличных культур на различных стадиях получения. Чрезвычайно мягкий вкус, типичный для модифицированных материалов из семян масличных культур, полученных по настоящему способу, можно объяснить более низким содержанием низкомолекулярных пептидов и летучих соединений. Например, модифицированный материал из семян масличных культур, полученный по настоящему способу, в основном характеризуется составом вкусовых компонентов, который включает не более чем 500 частей на млрд (ч./млрд) бензальдегида, и удовлетворяет одному или более следующих критериев: не более 2500 ч./млрд 2-пентилфурана, не более приблизительно 600 ч./млрд 2-гептанона, не более приблизительно 200 ч./млрд Е,Е-2,4-декадиеналя. Согласно наиболее подходящему варианту воплощения настоящего изобретения модифицированный материал из семян масличных культур, полученный по настоящему способу, в основном характеризуется следующим составом вкусовых компонентов: не более 500 ч./млрд бензальдегида, не более приблизительно 450 ч./млрд 2-гептанона, не более приблизительно 150 ч./млрд Е,Е-2,4-декадиеналя и не более приблизительно 50 ч./млрд Е,Е-2,4-нонадиеналя. Такие материалы обычно включают в себя не более чем приблизительно 2500 ч./млрд 2-пентилфурана. Термин "состав вкусовых компонентов", использованный в данном контексте, относится к количеству (количествам) одного или более специфических летучих компонентов, определенных методом, описанным в Примере 21.
В некоторых областях, смежных с пищевой промышленностью, важной функциональной характеристикой может быть способность модифицированного материала из семян масличных культур к образованию гелей. При желировании белки денатурируются с образованием свободной сетки из белкового окружения, что сопровождается связыванием большого количества воды. Термин "прочность геля", использованный в данном контексте, означает силу разрыва 12,5%-ного водного раствора модифицированного материала из семян масличных структур после усадки и уравновешивания геля в холодильнике при температуре приблизительно 4-5°С. Прочность на разрыв модифицированных материалов из семян масличных культур по настоящему изобретению может составлять не более чем приблизительно 25 г.
Модифицированный материал из семян масличных культур по настоящему изобретению обычно характеризуется требуемыми вискозиметрическими свойствами. Модифицированный материал из семян масличных культур, из которого образуется раствор с меньшей вязкостью в определенных условиях, является предпочтительным в случаях применения при получении инжектируемых продуктов (с помощью шприцов), когда менее вязкие растворы можно легко впрыскивать или втирать в мясные продукты. Обычно для модифицированного материала из семян масличных культур предпочтительным является отсутствие снижения вязкости при нагревании. В некоторых случаях применения требуемым свойством является способность продукта поддерживать постоянную величину вязкости в ходе стадий обработки с нагреванием. При нагревании модифицированного материала из семян масличных культур по настоящему изобретению наблюдается увеличение вязкости таким образом, что при этом улучшается способность материала удерживать воду на первых стадиях кулинарной обработки. И наоборот, при нагревании на первых стадиях кулинарной обработки большинства коммерческих образцов вязкость уменьшается и снижается их способность удерживать воду.
При нагревании наблюдается более интенсивное колебание молекул белка и увеличивается количество связанной воды. В некоторый момент молекулы теряют нативную конформацию и становятся полностью доступными для молекул воды. Этот процесс называется желированием в случае крахмалов и денатурацией в случае белков. При дальнейшем нагревании вязкость может уменьшаться, так как разрушены взаимодействия между молекулами. После охлаждения оба типа полимеров могут образовывать сетки с чрезвычайно высокой вязкостью (называемые гелями). В некоторых областях, смежных с пищевой промышленностью, важной функциональной характеристикой может быть способность модифицированного материала из семян масличных культур к образованию гелей. Для анализа крахмальных образцов был разработан скоростной вискозиметрический анализ (СВА), который в основном аналогичен анализу Брабендера. Если провести аналогию между крахмальными и белковыми системами, то для испытаний модифицированных материалов из семян масличных культур по настоящему изобретению можно использовать метод СВА, описанный в Примере 11.
Согласно методу, описанному в Примере 11, можно измерить наклон графика зависимости вязкости от температуры при увеличении от 45°С до 95°С, причем этот термин в данном контексте назван "наклоном вязкости". Наклон вязкости подходящего модифицированного материала из семян масличных культур составляет по меньшей мере приблизительно 30. Наклон вязкости более предпочтительного подходящего модифицированного материала из семян масличных культур составляет по меньшей мере приблизительно 50. Как показано в Таблице 3, наклон вязкости модифицированных материалов из семян масличных культур по настоящему изобретению составляет по меньшей мере приблизительно 70.
В некоторых областях, смежных с пищевой промышленностью, важной функциональной характеристикой может быть способность модифицированного материала из семян масличных культур к образованию эмульсий. Масло и вода не смешиваются и, в отсутствии стабилизатора границы раздела фаз между ними, общая площадь поверхности раздела фаз сведена к минимуму, что обычно приводит в разделению масляной и водной фаз. Белки могут стабилизировать такие границы разделы фаз благодаря денатурации на поверхности и обеспечению покрытия капли (масла или воды). Белок может взаимодействовать как с маслом, так и с водой и в результате изолировать одно от другого. Предполагается, что большие высокомолекулярные белки в большей степени способны к денатурации на поверхности такой капли, обеспечивают большую стабильность по сравнению с малыми белками и тем самым предотвращают слияние капель.
Стабильность эмульсии можно определить с использованием метода, описанного в Примере 12. Указанный метод основан на оценке образца по количеству выделеннного масла из эмульсии. Термин "выделение масла из эмульсии" или "ВМЭ", использованный в данном контексте, означает количество масла, выделенного (в мл) из эмульсии при анализе образца в условиях, описанных в Примере 12. Модифицированные белковые продукты, полученные из семян масличных культур способом по настоящему изобретению, обычно образуют относительно стабильные эмульсии. В типичном случае в отсутствие центрифугирования масло из эмульсии практически не выделяется в течение 2-3 ч. После центрифугирования в условиях, описанных в Примере 12, величина ВМЭ подходящего материала может составлять не более чем приблизительно 0,75 мл. Другими словами, из эмульсии после центрифугирования может выделиться не более чем приблизительно 0,75 мл масла. Более подходящая эмульсия характеризуется величиной ВМЭ после центрифугирования не более чем приблизительно 0,5 мл и наиболее предпочтительно не более чем приблизительно 0,3 мл.
В то время, как уровни некоторых компонентов модифицированного материала из семян масличных культур значительно изменяются в процессе мембранной фильтрации, содержание жира (измеренного после кислотного гидролиза) в модифицированном материале из семян масличных культур по настоящему изобретению остается относительно постоянным. Таким образом, если материал из масличных культур в основном получен из обезжиренных соевых хлопьев, то содержание жира в модифицированном продукте, полученном согласно настоящему способу, обычно составляет от приблизительно 1 до приблизительно 3 мас.% (ств). Например, при обработке обезжиренного материала из семян масличных культур, такого как соевая мука, с помощью настоящего способа можно получить модифицированный продукт из семян масличных культур с содержанием белка 90 мас.% (ств) или более, и с содержанием жира не более чем приблизительно 3 мас.% (ств) и предпочтительно не более чем приблизительно 2 мас.%. Термин "жир", использованный в данном контексте, означает триацилглицериды и фосфолипиды.
Аминокислотный состав в модифицированном материале из семян масличных культур может иметь значение не только с точки зрения питательной ценности, но и играть роль в проявлении функции белка. Содержание аминокислот в модифицированном материале из семян масличных культур можно определить с использованием ряда известных методов в зависимости от конкретного аминокислотного состава. Например, содержание цистеина можно определить после гидролиза пермуравьиной кислотой по известному методу. Для сравнения материалов с различным аминокислотным составом содержание аминокислот пересчитывают в расчете на 100% белка. Обычно следует ожидать, что материалы, полученные из общего исходного материала, характеризуются чрезвычайно сходным аминокислотным составом. Однако прямое сравнение средних составов показало, что модифицированные материалы из семян масличных культур, полученные по настоящему способу, содержат большее количество цистеина (определенного в виде цистина) по сравнению с исследованными коммерческими препаратами. Например, подходящий модифицированный материал из семян масличных культур может включать в себя по меньшей мере приблизительно 1,35 мас.% цистеина в расчете на общее количество белка. Более подходящий материал может содержать по меньшей мере приблизительно 1,5 мас.% цистеина в расчете на общее количество белка.
Цистеин может играть важную роль в питательном процессе и является одной из 10 незаменимых аминокислот. Цистеин может также играть роль в стабилизации природной структуры соевых белков. Если при "реструктурировании" соевых белков используют окислительно-восстановительные реагенты, то непреднамеренным последствием может быть разрушение остатков цистеина. Нарушение природной структуры может привести в некоторой степени к потере защитной функции цистеина, что делает более вероятным разрушение природной структуры. Как показано в Примере 18, данные определения молекулярной массы и дифференциальной сканирующей калориметрии свидетельствуют о том, что в коммерческих материалах наблюдается значительное разрушение нативной структуры.
Модифицированный материал из семян масличных культур, полученный по настоящему способу, может обладать рядом характеристик, которые необходимы для его использования в качестве белкового источника для добавления в пищевые продукты для человека и/или в корм для скота. Подходящий модифицированный материал из семян масличных культур может содержать по меньшей мере приблизительно 85 мас.% (ств) белка, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 90 мас.% (ств) белка. Величина MM50 подходящего модифицированного материала из семян масличных культур может составлять по меньшей мере приблизительно 200 кДа и/или по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в материале характеризуется очевидной молекулярной массой более 300 кДа. Модифицированный материал из семян масличных культур может также обладать одной или более следующих характеристик: по меньшей мере 40 мас.% белка в 50 мг образца может быть растворимо в 1,0 мл воды при 25°С; фактор помутнения составляет не более чем приблизительно 0,95; 13,5%-ный водный раствор образует гель с прочностью на разрыв не более чем приблизительно 25 г; величина КРА составляет по меньшей мере приблизительно 80; содержание цистеина составляет по меньшей мере приблизительно 1,4% в расчете на общее количество белка; величина L по Гарднеру составляет по меньшей мере приблизительно 85; чрезвычайно мягкий вкус; наклон вязкости составляет по меньшей мере приблизительно 0,01 Па·сек/мин; величина ВМЭ не более чем приблизительно 0,75 мл; температура плавления по меньшей мере приблизительно 87°; величина скрытой темплоты составляет по меньшей мере 5 Дж/г; отношение количества ионов натрия к общему количеству ионов натрия, кальция и калия составляет не более чем 0,5; содержание ионов натрия составляет не более чем приблизительно 7000 мг/кг (ств) и содержание бактерий не более чем приблизительно 50000 КОЕ/г.
Более подходящий модифицированный материал из семян масличных культур, полученный по настоящему способу, может быть использован при получении пищевого продукта для белковой добавки и может содержать по меньшей мере приблизительно 85 мас.% (ств) белка, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 90 мас.% (ств) белка, а также удовлетворять одному или более следующих критериев: величина ММ50 составляет по меньшей мере приблизительно 400 кДа; по меньшей мере приблизительно 60 мас.% белка в материале характеризуется очевидной молекулярной массой более 300 кДа; по меньшей мере 40 мас.% белка в 50 мг образца может быть растворимо в 1,0 мл воды при 25°С; фактор помутнения составляет не более чем приблизительно 0,95; 13,5%-ный водный раствор образует гель с прочностью на разрыв не более чем приблизительно 25 г; величина КРА составляет по меньшей мере приблизительно 80; содержание цистеина составляет по меньшей мере приблизительно 1,5% в расчете на общее количество белка; величина L по Гарднеру составляет по меньшей мере приблизительно 85; чрезвычайно мягкий вкус; наклон вязкости составляет по меньшей мере приблизительно 50; величина ВМЭ не более чем приблизительно 0,5 мл; температура плавления по меньшей мере приблизительно 87°; величина скрытой теплоты по меньшей мере 5 Дж/г; отношение количества ионов натрия к общему количеству ионов натрия, кальция и калия составляет не более 0,5; содержание ионов натрия не более чем приблизительно 7000 мг/кг (ств) и содержание бактерий не более чем приблизительно 50000 КОЕ/г.
Следующие примеры представлены для иллюстрации настоящего изобретения и с целью предоставления необходимых сведений специалистам в данной области техники для использования и реализации настоящего изобретения. Примеры не ограничивают объем изобретения.
Пример 1
Стадии экстракции проводят периодически в резервуаре из нержавеющей стали объемом 189,3 л. Объем партии составляет 13,6 кг хлопьев белого цвета и 113,6 л воды. Эстракцию партии и центрифугирование проводят в течение не более 2 ч с использованием лабораторного оборудования. Уровень роста бактерий, который происходит в процессе экстракции, может быть сведен к минимуму путем снижения времени, необходимого для проведения экстракции и центрифугирования.
Перед использованием резервуар для проведения экстракции, центрифугу, фильтрующую ткань центрифуги и всю посуду дезинфицируют горячей водой и гипохлоритом натрия (NaOCl). В резервуар для экстракции добавляют водопроводную воду (108,9 л при 27°С). После включения перемешивания в резервуар для экстракции добавляют 13,6 кг соевых хлопьев белого цвета. Величину рН полученной суспензии доводят добавлением раствора 92 г гидроксида натрия, растворенного в 400 мл водопроводной воды. Затем суспензию перемешивают при комнатной температуре в течение 30 мин. Величину рН суспензии регистрируют в начале и при завершении процесса экстракции. Исходная величина рН водной фазы суспензии обычно составляет приблизительно 9,0. После перемешивания в течение 30 мин величина рН экстракта обычно составляет от приблизительно 8,4 до 8,5.
Затем запускают отжимную центрифугу Sharples, при этом скорость вращения ротора устанавливают на 1800 об/мин. Экстракционную суспензию подают в центрифугу вручную со скоростью приблизительно 0,5 г/мин. Осветленный экстракционный раствор собирают и переносят в питающий резервуар системы микрофильтрации. После заполнения барабана центрифуги отработанными хлопьями (после центрифугирования приблизительно 40,8 кг суспензии) осадок промывают 4000 мл (приблизительно 4,08 кг) водопроводной воды. Затем центрифугу останавливают и отработанные хлопья удаляют. После промывки центрифуги и фильтрующей ткани центрифугу снова включают и серию экстракций повторяют до завершения экстракции всего объема суспензии в питающем резервуаре для экстракции. Осветленный экстра кг содержит приблизительно 4,0-5,0% растворенного белка и 1,5-2,0% растворенного небелкового материала, величина рН экстракта составляет приблизительно от 7,5 до 7,8.
После перемещения приблизительно 68,04 кг экстракционного раствора из системы для экстракции в питающий резервуар мембраной системы, экстракционный раствор подвергают рециркуляции со скоростью потока приблизительно 9 г/мин через нагревательную систему, которая представляет собой обводной контур над мембранами. Температура воды в водяной бане для нагревательной системы составляет 60°С. Показано, что при данной температуре наблюдается подавление роста бактерий в осветленном экстракте (см. Пример 2).
После перемещения всего экстракционного раствора в питающий резервуар мембраной системы экстракционный раствор подвергают рециркуляции при 60°С над мембранами со скоростью 15 г/мин, при этом противодавление в мембранной системе составляет 68,9 кПа. Мембранная фильтрационная система включает 4 модифицированные ПАН мембраны, с величиной ОММ 50000 (мембраны МХ-50 выпускаются фирмой Osmonics, Minnetonka, MN), собранные в виде блоков. Общая площадь фильтрующей поверхности блока мембран составляет приблизительно 12 м2.
Пермеат собирают и регистрируют его массу. После взвешивания пермеат отбрасывают. Когда количество собранного пермеата составляет 67% от исходной общей массы осветленного экстракта, степень концентрирования белка составляет 3 раза, при этом концентрация белка в ретентате возрастает приблизительно от 4% до приблизительно 12%. На начальном этапе концентрирования методом мембранной фильтрации скорость фильтрации обычно составляет приблизительно 2600 мл/мин, а на более позднем этапе приблизительно 1500 мл/мин.
На данном этапе стадию концентрирования останавливают путем перекрывания кранов на потоке пермеата и путем сброса давления через клапан на мембранном блоке. Перед первой стадией диафильтрации в питающий резервуар мембраной системы к ретентату добавляют воду, нагретую до 60°С, в количестве, равном массе ретентата, полученного после стадии концентрирования. Другими словами, добавляют достаточное количество воды ("диафильтрационная вода") для снижения концентрации белка в два раза (т.е. при добавлении воды объем ретентата увеличивается в два раза). Краны на потоке пермеата открывают и в системе снова устанавливают давление 68,9 кПа. Пермеат собирают и взвешивают перед его удалением. Когда масса диафильтрационного пермеата равна массе диафильтрационной воды, первую стадию диафильтрации завершают. Затем операцию диафильтрации повторяют второй раз. После завершения второй стадии диафильтрации твердое вещество в ретентате обычно содержит от приблизительно 90 до приблизительно 93 мас.% белка.
После второй стадии диафильтрации ретентат из мембранной системы переносят в смесительный резервуар. Мембранную систему промывают 7 галонами (26,5 л) водопроводной воды для регенерации остаточного количества белка из системы. Раствор, полученный после промывания, объединяют с ретентатом в смесительном резервуаре. Перед следующей стадией величину рН ретентата доводят до 6,8-7,0 с помощью разбавленного раствора HCl.
После доведения величины рН ретентат обрабатывают методом относительно высокотемпературной высокоростной технологии ("ВТВСТ") для пастеризации ретентата. Стадия ВТВСТ включает закачивание ретентата со скоростью 1 г/мин в паровой инжектор. В паровом инжекторе ретентат смешивают с острым паром и быстро нагревают до 138°С. Нагретый ретентат проходит через трубу для выдерживания под давлением в течение 5 сек. После прохождения через трубу продукт поступает в вакуумированный сосуд, где он мгновенно охлаждается до 54,5°С. Затем продукт сушат в распылительной сушке. Стадия ВТВСТ является чрезвычайно эффективной для гибели бактерий, даже в случае термофильных бактерий. Общее количество бактерий (определенное подсчетом на чашках Петри) может быть снижено после стадии ВТВСТ с 300000 КОЕ/г до приблизительно 100 КОЕ/г.
Материал, обработанный методом ВТВСТ, сушат в распылительной сушке, при этом получают соевый белковый продукт, содержащий приблизительно 90-93 мас.% белка (ств) и приблизительно 6 мас.% воды. Соевый белковый продукт, высушенный в распылительной сушке, характеризуется средним размером частиц приблизительно 20 мкм и содержит приблизительно 8-9 мас.% воды.
Пример 2
Партии (по 13,6 кг) соевых хлопьев белого цвета экстрагируют и обрабатывают в соответствии с методикой, описанной в Примере 1, за исключением того, что после доведения величины рН (до рН 6,8-7,0) ретентат не обрабатывают методом ВТВСТ. Вместо этого, после доведения величины рН ретентат сушат в распылительной сушке с использованием методики, описанной в Примере 1, при этом получают соевый белковый продукт. Соевый белковый продукт, высушенный в распылительной сушке, характеризуется средним размером частиц приблизительно 20 мкм и общим количеством бактерий не более чем приблизительно 50000 КОЕ/г.
Пример 3
Партии (по 13,6 кг) соевых хлопьев белого цвета экстрагируют и обрабатывают в соответствии с методикой, описанной в Примере 1. В начале процесса экстракции величину рН полученной суспензии доводят путем добавления раствора 165 г гидроксида натрия, растворенных в 1000 мл водопроводной воды. Исходная величина рН водной фазы суспензии составляет приблизительно 9,8 и после перемешивания в течение 30 мин рН экстракта составляет приблизительно 9,5. После доведения величины рН (до рН 6,8-7,0) ретентат обрабатывают методом ВТВСТ для пастеризации ретентата с использованием методики, описанной в Примере 1. Материал, обработанный методом ВТВСТ, сушат в распылительной сушке с использованием методики, описанной в Примере 1, при этом получают соевый белковый продукт. Соевый белковый продукт, высушенный в распылительной сушке, характеризуется средним размером частиц приблизительно 20 мкм, содержит приблизительно 88-89 мас.% белка (ств) и приблизительно 8-9 мас.% воды.
Пример 4
Партии (по 13,6 кг) соевых хлопьев белого цвета экстрагируют и обрабатывают в соответствии с методикой, описанной в Примере 1, за исключением того, что в начале процесса экстракции рН полученной суспензии доводят путем добавления раствора 165 г гидроксида натрия, растворенного в 1000 мл водопроводной воды. Исходная величина рН водной фазы суспензии составляет приблизительно 9,8 и после перемешивания в течение 30 мин рН экстракта составляет приблизительно 9,5. После мембранной фильтрации и доведения величины рН ретентат сушат в распылительной сушке, при этом получают соевый белковый продукт, который содержит приблизительно 90 мас.% белка (ств) и приблизительно 8-9 мас.% воды. Соевый белковый продукт, высушенный в распылительной сушке, характеризуется средним размером частиц приблизительно 20 мкм и общим количеством бактерий не более приблизительно 50000 КОЕ/г.
Пример 5
Стадии экстракции проводят в снабженном мешалкой резервуаре из нержавеющей стали объемом 302,8 л. Соевые хлопья белого цвета (0,45 кг/мин) непрерывно перемешивают с водопроводной водой (2,4 г/мин). В резервуаре поддерживают величину рН 8,5, добавляя едкий натр (NaOH), и температуру при 54,4°С. Среднее время экстракции, составляющее 25 мин, контролируют путем измерения скорости выходного потока из резервуара. Суспензия непрерывно поступает из резервуара для экстракции в центрифугу-декантатор, в которой суспензия разделяется на два потока; поток экстракционного раствора, обогащенного белком, и поток отработанных хлопьев.
Перед использованием резервуар для экстракции, центрифугу и соединительные трубы промывают 0,75%-ным раствором едкого натра и дезинфицируют раствором гипохлорита натрия (NaOCl) с концентрацией 500 частей на млн (ч/млн).
Экстракционный раствор подают в питательный резервуар А или В мембранной системы. Экстракционный раствор содержит приблизительно 3,0% белка. Мембранные системы А и В используют для отделения белка от растворимых углеводов, при этом используют мембраны для ультрафильтрации. После загрузки 378 л экстракционного раствора из экстракционной системы в питательный резервуар мембранной системы, экстракционный экстракта рециркулирует в мембранной системе при соответствующей скорости потока приблизительно 80 г/мин. Температуру экстракционного раствора поддерживают при 60°С с помощью встроенного теплообменника. Все 1135 л экстракционного раствора переносят в питательный резервуар мембранной системы.
После загрузки всего экстракционного раствора в питательный резервуар мембранной системы экстракционный раствор рециркулирует над мембранами при температуре 60°С со скоростью 80 г/мин, при этом противодавление поддерживают при 68,9-137,8 кПа. Мембранная фильтрационная система включает 6 модифицированных ПАН мембран, с величиной ОММ 50000 (мембраны МХ-50 выпускаются фирмой Osmonics, Minnetonka, MN). Общая фильтрующая поверхность блока мембран составляет приблизительно 117,8 м2.
На начальном этапе концентрирования методом мембранной фильтрации скорость потока пермеата обычно варьирует от исходной скорости приблизительно 2,5 г/мин и до приблизительно 1,5 г/мин на последнем этапе концентрирования. На данной стадии происходит концентрирование белка от 3% до приблизительно 10%.
После завершения исходной стадии концентрирования в питательный резервуар мембранной системы добавляют 378 л воды при температуре 60°С, что приводит к разбавлению раствора белка до приблизительно 3,3%. Затем раствор снова концентрируют до концентрации белка 10%. Данную стадию называют стадией диафильтрации. Для повышения содержания белка в твердом веществе в потоке ретентата минимум до 90% используют две стадии диафильтрации. На данной стадии пермеат, выходящий из мембранной системы, отбрасывают.
После второй стадии диафильтрации ретентат из мембранной системы переносят в питательный резервуар для сушки. Мембранную систему промывают 113,6 л водопроводной воды для регенерации остаточного количества белка из системы. Воду после промывки объединяют с ретентатом в питательном резервуаре для сушки. Перед следующей стадией величину рН ретентата доводят до 6,8-7,0 с помощью разбавленного раствора HCl.
После доведения величины рН ретентат обрабатывают методом ВТВСТ для его пастеризации. Стадия ВТВСТ включает прокачивание ретентата со скоростью 2 г/мин в паровой инжектор. В паровом инжекторе ретентат смешивается с острым паром и мгновенно нагревается до 138°С. Нагретый ретентат проходит через трубу для выдерживания под давлением в течение 10 сек. Из трубы для выдерживания продукт поступает в вакуумированный сосуд, где он мгновенно охлаждается до 54,4°С. Затем продукт сушат в распылительной сушке. Стадия ВТВСТ является чрезвычайно эффективной для гибели роста бактерий, даже в случае термофильных бактерий. В результате стадии ВТВСТ общее количество бактерий может быть снижено с 300000 КОЕ/г до приблизительно 100 КОЕ/г.
Материал, обработанный методом ВТВСТ, сушат в распылительной сушке, при этом получают соевый белковый продукт, характеризующийся средним размером частиц приблизительно 80 мкм и содержащий приблизительно 90 мас.% белка (ств) и приблизительно 8-9 мас.% воды.
Пример 6
Партии (по 108,9 кг) соевых хлопьев белого цвета экстрагируют и обрабатывают в соответствии с методикой, описанной в Примере 5, за исключением того, что после доведения величины рН (до 6,8-7,0) ретентат не обрабатывают методом ВТВСТ. Вместо этого, после доведения величины рН ретентат сушат в распылительной сушке с использованием методики, описанной в Примере 5, при этом получают соевый белковый продукт, который содержит приблизительно 90-93 мас.% белка (ств) и приблизительно 6 мас.% воды. Соевый белковый продукт, высушенный в распылительной сушке, характеризуется средним размером частиц приблизительно 80 мкм и общим количеством бактерий не более чем приблизительно 50000 КОЕ/г.
Пример 7
Партии (по 108,9 кг) соевых хлопьев белого цвета экстрагируют и обрабатывают в соответствии с методикой, описанной в Примере 5, за исключением того, что величину рН суспензии в резервуаре для экстракции поддерживают на уровне 9,5. Как описано в Примере 5, после доведения величины рН (до 6,8-7,0) ретентат обрабатывают методом ВТВСТ для его пастеризации. Материал, обработанный методом ВТВСТ, сушат в распылительной сушке с использованием методики, описанной в Примере 5, при этом получают соевый белковый продукт. Соевый белковый продукт, высушенный в распылительной сушке, характеризуется средним размером частиц приблизительно 80 мкм, содержит приблизительно 88-89 мас.% белка (ств) и приблизительно 8-9 мас.% воды.
Пример 8
Партии (по 108,9 кг) соевых хлопьев белого цвета экстрагируют и обрабатывают в соответствии с методикой, описанной в Примере 7, за исключением того, что после мембранной фильтрации и доведения рН, ретентат не обрабатывают методом ВТВСТ. Вместо этого, после доведения рН, ретентат сушат в распылительной сушке, при этом получают соевый белковый продукт, который содержит приблизительно 90 мас.% белка (ств) и 8-9 мас.% воды. Соевый белковый продукт, высушенный в распылительной сушке, характеризуется средним размером частиц приблизительно 80 мкм и общим количеством бактерий не более 50000 КОЕ/г.
Пример 9
Содержание белка, КРА, растворимость, ЖКГ и цветовые характеристики модифицированного материала из семян масличных культур
Четыре образца препаратов соевого белка получают, как описано в Примерах 1-4, и определяют ряд характеристик образцов. Исследованные образцы в ряде случаев представляют собой смеси из различных партий продукта.
Четыре образца препаратов получают с помощью экстракции соевых хлопьев белого цвета либо при рН 8,5 (примеры 1 и 2), либо при рН 9,5 (примеры 3 и 4). Экстрагированный белок концентрируют и подвергают диафильтрации с использованием мембранной системы, доводят рН до 6,8-7,0, затем либо обрабатывают методом ВТВСТ (примеры 1 и 3), либо не обрабатывают методом ВТВСТ (примеры 2 и 4), и в конечном итоге сушат в распылительной сушке. Исследованные образцы в ряде случаев представляют собой смеси из различных партий продукта.
В четырех указанных образцах определяют содержание белка (ств), коэффициент растворимости азотсодержащих соединений (КРА) с использованием способа AOCS Ва 11-65, растворимость белка (истинная растворимость) и содержание жира (после кислотного гидролиза, названного сокращенно ЖКГ, с использованием способа АОАС 922.06), полученные результаты исследования, представлены в Таблице 1. Для сравнения приведены также результаты для некоторых коммерческих препаратов соевых белков. Препарат PTI Supro™ 515 представляет собой коммерческий препарат из соевого белка и рекомендуется для готовых мясных продуктов. Препарат PTI Supro™ 760 представляет собой коммерческий препарат соевого белка и рекомендуется для получения напитков. Ряд коммерческих образцов характеризуются более высоким содержанием жира. Является ли это результатом обработки или последующего добавления жира, в настоящее время не установлено.
Содержание белка определяют с использованием метода Кьельдаля, или метода Леко, или метода ближней инфракрасной спектроскопии. Цистеин определяют с помощью стандартной методики.
Содержание свободных аминогрупп (САА) определяют с использованием нингидринного способа (см., например, European Brewery Convention (Европейское соглашение пивоваренных заводов, 1987). Твердые образцы материала из семян масличных культур экстрагируют водой. При необходимости каждый образец разбавляют водой до величины ССА 1-3 мг/л. Разбавленные образцы смешивают с буферным раствором нингидрина на кипящей водяной бане в течение 16 мин. После охлаждения на водяной бане при температуре 20°С в течение 10-20 мин образцы разбавляют с использованием раствора иодата калия в смеси вода/этанол. Через 30 мин измеряют оптическую плотность при 570 нм против контрольного образца, содержащего воду и обработанного указанным методом. Содержание САА рассчитывают по калибровочной кривой, построенной с использованием глицина при различных концентрациях.
Растворимость белка определяют при взвешивании образцов соевых продуктов (по 50 мг) в пробирках для центрифугирования. Образцы диспергируют в 1,0 мл деионизированной воды при комнатной температуре и выдерживают в течение на 1 ч. После центрифугирования образцов в настольной центрифуге в течение 5 мин аликвотные части супернатанта объемом 50 мкл разбавляют 950 мкл деионизированной воды. Полученные растворы повторно разбавляют, добавляя 5 мкл разбавленного супернатанта в стеклянную пробирку, содержащую 1,0 мл деионизированной воды. В пробирку добавляют реагент Бредфорда (1,0 мл) и немедленно перемешивают. Через 5 мин измеряют оптическую плотность при 595 нм. Для расчета количества белка в исходных супернатантах используют стандартную кривую, полученную с использованием бычьего сывороточного альбумина. Данные по растворимости в %, представленные в Таблице 6, рассчитывают в расчете на 90%-ную концентрацию белка в образцах.
Одним из наиболее очевидных различий между исследованными образцами, полученными с использованием настоящего способа, и коммерческими образцами является цвет. Образцы по настоящему изобретению имеют более светлую и яркую окраску по сравнению с коммерческими препаратами из сои, о чем свидетельствует сравнение значений, полученных на колориметре Гарднера (см. Таблицу 1), более высокие величины "L" соответствуют более светлым образцам.
Пример 10
Гелеобразующие свойства модифицированного материала из семян масличных культур
Способность препаратов соевых белков взаимодействовать с водой оценивают по гелеобразованию. При гелеобразовании происходит денатурация белка с образованием рыхлой сетки из белкового окружения, связывающей большой объем воды. Можно использовать ряд экспериментов по гелеобразованию, однако был выбран способ определения прочности геля после усадки и уравновешивания в холодильнике.
Гелеобразующие свойства соевых гелей определяют по следующей методики:
1. Взвешивают 3,5 г препарата соевого белка в пластиковом стакане из триплекса объемом 50 мл.
2. Отмеряют 30 мл фосфатного буферного раствора в градуированный цилиндр (0,25% NaH2PO4, 0,7% NaCl, pH доводят до 5,7 с помощью NaOH).
3. К соевому препарату добавляют приблизительно 10 мл буферного раствора. Перемешивают шпателем до поглощения буферного раствора, затем добавляют еще 10 мл буферного раствора. Продолжают перемешивание и добавляют весь объем буферного раствора до образование гомогенной смеси. Следует убедиться в том, что весь соевый препарат находится в смеси.
4. Интенсивно перемешивают в течение 30 сек в ручном гомогенизаторе.
5. Закрывают алюминиевой фольгой.
6. Нагревают при 90°С на водяной бане в течение 30 мин, при этом время приготовления образцов сводят к минимуму для предотвращения усадки. Охлаждают на водяной бане при комнатной температуре. Выдерживают в холодильнике в течение ночи.
7. Измеряют прочность геля (деформацию) путем определения сопротивления 13,5 мас.%-ного соевого геля проникающей силе с использованием структурного анализатора Texture Technologies Ti2x Texture Analyzer. В приборе помещают цилиндр из акрила диаметром 1/2 дюйма (1,27 см). Цилиндр центрируют над стаканом, содержащим гель. Скорость проникновения устанавливают равной 3 мм/сек. После достижения сопротивления до 4 г скорость цилиндра снижают до 2 мм/сек и начинают регистрацию данных. После проникновения цилиндра в гель на глубину 15 мм его вынимают со скоростью 5 мм/сек.
Результаты исследования геля представлены на Фиг.2. Обычная форма кривой сжатия геля включает увеличивающееся сопротивление, за которым следует разрыв, затем наблюдается непрерывное сопротивление геля. Сила разрыва является одной из характеристик прочности геля. Три указанных образца характеризуются данной формой (см. Фиг.2), но в одном из образцов (см. Пример 2) разрыв отсутствует. Многие коммерческие образцы соевых белков не образуют гелей. Некоторые из них легко разделяются после нагревания, некоторые образуют неразрывающиеся пасты, а другие образуют слабосшитые гели.
Другим основным результатом является слабая сшитость гелей, образованных из образцов, полученных, как описано в Примерах 1-4. Три образца, для которых наблюдается разрыв, характеризуются силой разрыва приблизительно 20 г. Для сравнения были исследованы партии желатиновых гелей, приготовленных при различных концентрациях. Желатиновый гель, характеризующийся сопоставимой величиной силы разрыва (приблизительно 20 г), готовят при концентрации 2% мас./мас. (данные не приведены). Соевые гели, приготовленные при концентрации 12-13% мас./мас., характеризуются величиной силы разрыва вплоть до приблизительно 70 г, что является эквивалентным желатиновым гелям, полученным при концентрации от 2 до 5% мас./мас. Таким образом, следует отметить, что прочность гелей из соевых препаратов обычно составляет низкую величину, а прочность четырех образцов, описанных в Примерах 4-7, находится на нижней границе диапазона величин, ожидаемых для соевых препаратов.
Пример 11
Вязкость модифицированного материала из семян масличных культур после нагревания
Нативные молекулы (в их нативной конформации) могут придавать некоторую вязкость суспензии за счет адсорбции воды. При нагревании колебания молекул ускоряются и молекулы связывают большее количество воды. В определенный момент нативная конформация молекул разрушается и молекулы полностью доступны для действия воды. Для крахмала данный процесс называется гелеобразованием, а для белков денатурацией. Дальнейшее нагревание приводит к уменьшению вязкости, поскольку все взаимодействия между молекулами нарушены. После охлаждения оба вида полимеров способны образовывать сетки с высокой вязкостью (называемые гелями).
Скоростной визкозиметрический анализ (СВА) был создан для исследования образцов крахмала и в основном аналогичен анализу Брабендера. Например, образец суспендируют в воде при перемешивании. Суспензию нагревают при определенных условиях и измеряют вязкость (сопротивляемость к перемешиванию). Можно измерять исходную вязкость, максимальную вязкость, вязкость после охлаждения и изменение вязкости при фазовых переходах (наклон).
Вязкость определяют в соответствии со следующей методикой:
1. Определяют влажность образца (%).
2. Взвешивают 2 г ± 0,01 г препарата сои в сосуд.
3. Определяют содержание воды для 12,5%-ного или 15%-ного препаратов (ств) в соответствии с рекомендациями изготовителей. Взвешивают соответствующее количество дистиллированной воды в резервуар для измерения вязкости СВА.
4. Непосредственно перед началом исследования в резервуар добавляют сухой образец. Резервуар закрывают резиновой пробкой и интенсивно встряхивают смесь вверх и вниз 10 раз.
5. Остатки препарата смывают с крышки обратно в резервуар. Вставляют мешалку в резервуар, используя ее для удаления всех остатков препарата со стенок резервуара.
6. Загружают образец в прибор для СВА и определяют вязкость в различных режимах изменения температуры и скорости вращения.
В Таблице 2 показаны условия испытаний в двух режимах изменения температуры и скорости вращения (об/мин). В одном из экспериментов, выполненным в соответствии с режимом 1 (обозначен как метод 1 в Таблице 2), 15%-ную суспензию препарата в воде нагревают до 95°С, выдерживают при данной температуре в течение 2,5 мин и затем охлаждают до 50°С. Типичный график изменения вязкости для материала, полученного, как описано в Примере 2, показан на Фиг.10. Типичный график изменения вязкости для коммерческого препарата Supro™ 515, показан на Фиг.11. В основном, вязкость препаратов по настоящему изобретению увеличивается при начальном нагревании. Однако вязкость коммерческих препаратов при начальном нагревании уменьшается. Более того, препараты по настоящему изобретению характеризуются чрезвычайно низкой исходной вязкостью, в то время как коммерческие образцы либо совсем не обладают вязкостью, либо обладают очень высокой исходной вязкостью и разжижаются при нагревании. Образцы по настоящему изобретению, не обработанные методом ВТВСТ, характеризуются увеличением вязкости при нагревании. Образцы, обработанные методом ВТВСТ, характеризуются относительно низкими изменениями вязкости. Каждый из исследованных образцов по настоящему изобретению при охлаждении образует гель.
Анализ образцов методом СВА имеет большое значение в отношении оценки потерь воды и удерживанию жира в системах при кулинарной обработке. Повышение вязкости может привести к замедлению миграции жидкости. Вязкость увеличивается в результате взаимодействия между белком и водой в системе. По мере связывания все большего количества воды с белком вязкость в системе увеличивается. Этот показатель относится к одной из важнейших форм удерживания воды и может свидетельствовать о прочности и устойчивости к напряжениям. Вязкость образцов по настоящему изобретению увеличивается при нагревании, при этом увеличивается степень удерживания ими воды на ранних стадиях кулинарной обработки. И наоборот, вязкость большинства коммерческих образцов уменьшается на ранних стадиях кулинарной обработки и при этом снижается степень удерживания ими воды. "Свободная" вода будет в большей степени упариваться или вытекать из продукта. Кроме того, благодаря повышенной прочности при увеличении вязкости другие потенциально жидкие компоненты системы (такие, как жир) будут в большей степени удерживаться в системе.
Данные другого эксперимента, выполненного в другом режиме изменения температуры и скорости вращения (об/мин) (обозначен как метод 2 в Таблице 2), позволяют определить изменение вязкости (в сантипуазах, "сП" (Па·сек)). В настоящем изобретении наклон вязкости рассчитывают путем определения разницы между исходной вязкостью при 43°С и конечной вязкостью при 95°С и делением этой величины на время. Наклон вязкости рассчитывают с учетом исходной вязкости (при 43°С) и конечной вязкости (95°С), не учитывая вязкости в любой другой момент эксперимента. Результаты данного анализа 12,5%-ной суспензии модифицированного материала из семян масличных приведены в Таблице 3. Результаты свидетельствуют о том, что только для одного из коммерческих образцов наблюдается положительный наклон вязкости (в сП/мин (Па·сек/мин)).
Другой величиной, которую можно измерить, является "исходная вязкость" (вязкость через 1 мин перемешивания при приблизительно 30°С). Такие сравнительные результаты также представлены в Таблице 3. Материал, полученный по способу, описанному в Примере 3, характеризуется чрезвычайно высокой исходной вязкостью (приблизительно 1,5 Па), однако обычно образцы характеризуются более низкими величинами исходной вязкости по сравнению с коммерческими образцами. Сочетание низкой исходной вязкости и увеличения вязкости при нагревании является преимуществом при использовании таких материалов для получения готовых мясных продуктов, т.к. менее вязкие растворы можно легко ввести шприцом или втиранием в мясные продукты, и при этом такие продукты будут в меньшей степени терять воду при кулинарной обработке.
Пример 12
Стабильность эмульсии модифицированного соевого материала
Одним из важных функциональных свойств белков является стабилизация поверхности раздела фаз, например, поверхности раздела фаз масло-вода. Масло и вода не смешиваются и в отсутствии стабилизатора поверхности раздела фаз между ними общая площадь поверхности раздела фаз будет сведена к минимуму. Обычно это приводит к разделению масляной и водной фаз. Широко известно, что белки могут стабилизировать такие поверхности раздела фаз.
Анализ выполняют в соответствии со следующей методикой. По 10 мг образца суспендируют в 13 мл 50 мМ фосфата натрия при рН 7,0. После гидратации в течение 15-20 мин добавляют 7 мл кукурузного масла. Смесь гомогенизируют в течение 1 мин при высокой скорости с помощью ручного гомогенизатора типа Polytron. С помощью пипетки переносят 12 мл эмульсионной фазы (исключая образующуюся водную фазу) в градуированную пробирку для центрифугирования. Пробирки центрифугируют в клинической цетрифуге при максимальной скорости в течение 30 мин. При этом регистрируют объем масла, которое образуется в процессе центрифугирования. Объем масла определяют от нижнего мениска до верхнего уровня водного слоя (который обычно является плоским). В образцах эмульсии без центрифугирования при их хранении в течение 2-3 ч выделения масла не наблюдается. Объемы водного или эмульсионного слоя не определяют.
Полученные результаты, приведенные в Таблице 4, свидетельствуют о том, что образцы по настоящему изобретению в большей степени стабилизируют эмульсии по сравнению с исследованными коммерческими продуктами. Термин "выделение масла из эмульсии" или "ВМЭ", используемый в данном контексте, означает количество масла (в мл), выделенного из эмульсий в описанных выше условиях.
Предположение о том, что высокомолекулярные белки являются более функциональными при нагрузке, было исследовано путем расчета коэффициентов корреляции между величиной ВМЭ и величиной молекулярной массы, представленных в Таблице 11. Полученные результаты свидетельствуют о том, что величина ВМЭ отрицательно коррелирует с молекулярной массой белков более 300 кДа и средневесовой молекулярной массой MM50. Другими словами, более крупные белки в большей степени удерживают масло.
Пример 13
Вкусовые характеристики модифицированного материала из семян масличных культур
К продуктам, используемым для изготовления напитков, обычно предъявляют ряд требований в отношении физических свойств белковых препаратов. Вкус является наиболее важной характеристикой, поскольку белковый препарат может составлять значительно большую часть конечного продукта. Прежде всего, это относится к напиткам, которые должны удовлетворять критериям, утвержденным министерством здравоохранения. Некоторые витаминизированые напитки для взрослых содержат незначительные количества белковых препаратов, а основное количество белка составляют белки из молочных продуктов. Чтобы успешно конкурировать с такими продуктами, напитки на основе растительных белков должны обладать сопоставимыми вкусовыми характеристиками.
Вкусовые характеристики 5%-ных дисперсий белковых препаратов в воде оценивали в группе специалистов по оценке качества пищевых продуктов. Материалы, описанные в Примерах 1-4, сравнивают с препаратом PTI Supro™ 760, который широко используют при изготовлении напитков. При получении исследуемых растворов можно сделать ряд наблюдений. Образцы по настоящему изобретению плохо диспергируются, по сравнению с Supro™ 760, в связи с этим их смешивают в смесителе Варинга. При этом наблюдается повышенное пенообразование (в 4 раза выше по сравнению с коммерческим образцом). Полученные растворы отличаются также по цвету по сравнению с коммерческим продуктом, в основном образцы имеют более темный цвет. Продукт, описанный в Примере 4, является наиболее темным.
Некоторые из вкусовых характеристик, определенные в группе специалистов, представлены в Таблице 6. За исключением продукта, описанного в Примере 3, образцы по настоящему изобретению в большей степени напоминают зерновой вкус по сравнению с коммерческим продуктом, что является значительным преимуществом при приготовлении напитков.
Одни и те же пять препаратов добавляют в напиток для взрослых, аналогичный коммерческим напиткам, которые выпускаются в банках готовыми к употреблению. В состав продукта включено только 0,7% соевого белка от общей массы. Общая композиция включает приблизительно 30% твердого вещества, 12% белка (ств) и приблизительно 18% от общего белка представляет соевый препарат. Общее содержание соевого белка в композиции составляет приблизительно 0,6%. Не удивительно, что не наблюдается значительного различия во вкусе конечных продуктов.
Пример 14
Характеристики растворимости модифицированного материала из семян масличных культур
Суспензии (5% (мас./мас.) получают в смеси с 5% (мас./мас.) сахарозы в деионизированной воде. Четыре образца по настоящему изобретению оказались трудно увлажняемыми и для получения однородной суспензии их смешивают с помощью гомогенизатора. Данная стадия не требуется для обработки двух коммерческих продуктов. Полученные суспензии выдерживают при комнатной температуре в течение приблизительно 1 ч, затем аликвотные части разбавляют в 10 раз водой и измеряют оптическую плотность при 500 нм. На величину оптической плотности влияют мутность и/или растворимость; т.е., чем больше величина оптической плотности, тем ниже растворимость. Результаты представлены в Таблице 7. Полученные результаты свидетельствуют о том, что три образца по настоящему изобретению в большей степени растворяются, чем суспендируются. Это является преимуществом при приготовлении напитков, т.к. при этом не желательно образование опалесцирующих растворов. Полученные суспензии фотографируют непосредственно после отстаивания в течение 16 ч (Фиг.4) и после соответствующего повторного перемешивания (Фиг.3). Три образца, которые характеризуются наименьшей оптической плотностью (Таблица 7), характеризуются также наименьшей степенью отстаивания в течение ночи. Суспензия, полученная с использованием образца, описанного в Примере 3, имеет четкий коричневатый оттенок (на фотографии не показано). При дальнейшем наблюдении становится очевидным, что отсутствие частиц приводит к более темной окраске суспензий. После отстаивания верхняя часть суспензий, приготовленная из коммерческих образцов, темнеет. После встряхивания суспензии светлеют.
Образцы по настоящему изобретению добавляют также в состав напитка для взрослых. Получают напиток с высоким содержанием соевого белка, что удовлетворяет новым требованиям, установленным министерством здравоохранения. Исходные составы являются очень простыми (см. Таблицу 8). Напитки, смешанные с использованием образцов по настоящему изобретению, сравнивают с напитками на основе препарата Supro™ 670 (фирмы Protein Technology Inc.) и препарата Pro Fam™ 974 (фирмы Archer Daniels Midland). Данные продукты были рекомендованы известными фирмами, выпускающими составы для напитков данного типа.
Проводят дегустацию напитков на основе образцов по настоящему изобретению по сравнению с напитками, приготовленными из коммерческих продуктов. Сухую смесь шоколада (44,7 г) или ванили (37,7 г) добавляют к 472 г воды, смешивают в смесителе Варинга в течение приблизительно 10 сек до полного перемешивания и оценивают по шкале от одного (плохо) до пяти (хорошо). Такие количества позволяют получить напитки с одинаковым содержанием соевого белка (6,48 г на порцию в 8 унций). Общие оценки напитков на основе соевых образцов по настоящему изобретению и коммерческих препаратов приведены в Таблице 9. Оценки являются средними от 7 специалистов по оценке качества продуктов. Следует отметить, что напитки с вкусовыми добавками на основе образцов, описанных в Примерах 1-4, не обладают песочным привкусом и в меньшей степени отстаиваются при хранении по сравнению с коммерческими продуктами.
Пример 15
Содержание белка, жира, волокон, влаги и золы в модифицированном материале из семян масличных культур
Проводят дополнительный анализ составов на основе 4 образцов, описанных в Примерах 1-4, для определения содержания белка, жира, волокон, влаги и золы. Результаты представлены в Таблице 10. Анализы проводят с использованием стандартных методов АОАС. Грубые волокна определяют методом АОАС 962.09. Содержание жира (после кислотного гидролиза) определяют методом АОАС 922,06. Содержание влаги и золы определяют методом АОАС 930.42/942.05. Содержание белка (методом Кьельдаля с использованием фактора конверсии 6,25) определяют методом АОАС 991.20.1.
Одним из последствий деградации белка под действием ферментов (или кислоты) является высвобождение альфа-аминов. Такие амины взаимодействуют с нингидрином и позволяют измерить степень гидролиза. Данный метод используют для анализа коммерческих препаратов и образцов по настоящему изобретению, результаты представлены в Таблице 10. Хотя значительное отличие между коммерческими веществами очевидно, закономерностей в различии между образцами, описанными в Примерах 1-4, и коммерческими препаратами не обнаружено. Были обнаружены образцы соевых белковых продуктов с высоким, средним и низким содержанием свободных аминогрупп (ССА).
** - Содержание жира определяют кислотным гидролизом
Пример 16
Профили молекулярных масс модифицированного материала из семян масличных культур
Одним из показателей количества белка, сохранившего нативную конформацию, является его профиль молекулярных масс. Чистые белки на хроматограммах характеризуются единственным симметричным пиком. На хроматограммах белковых смесей, содержащихся в соевых препаратах, обычно наблюдаются серии симметричных пиков. На Фиг.5 показана хроматограмма (профиль молекулярных масс) экстракта из непрожаренных обезжиренных соевых хлопьев. Если обработка материала не приводит к разрушению белка, то следует ожидать, что в случае соевых образцов будет получен аналогичный профиль.
Образцы соевых белковых продуктов (25 мг) суспендируют в 1 мл 50 мМ буферного раствора фосфат натрия - NaOH (pH 6,8). Образцы тщательно перемешивают (и по выбору озвучивают) в течение 20 мин. Образцы центрифугируют в течение 1 мин в микроцентрифуге для отделения нерастворимых частиц. Супернатант (100 мкл) разбавляют растворителем (900 мкл), фильтруют через шприц с фильтром (0,45 мкм) и 100 мкл отфильтрованного образца наносят на колонку для ВЭЖХ. Колонки ВЭЖХ представляют собой последовательно соединенные хроматографические колонки Biorad SEC 125 и SEC 250 для гельфильтрации, уравновешенные 50 мМ буферным раствором фосфат натрия - NaOH (pH 6,8), 0,01% мас./об. азида натрия. Скорость элюции составляет 0,5 мл/мин, и белки в элюате регистрируют по поглощению при 280 нм. Кроме образцов соевых белковых продуктов в качестве необработанного контроля используют образец свежеполученного осветленного экстракта (рН 8,5) из соевых хлопьев, который разбавляют буферным раствором для уравновешивания и проводят анализ методом ВЭЖХ. Показано, что для основной части коммерческих образцов (данные не представлены) наблюдается деградация белков, а в некоторых случаях в значительной степени. Однако образцы, описанные в Примерах 1-8, характеризуются значительно меньшей тенденцией к деградации.
Деградация может быть случайной или может быть проведена с определенной целью. Случайная деградация может происходить в связи с механическими повреждениями (например, высокая скорость сдвига при перемешивании или кавитационное перемешивание), с кислотным или щелочным гидролизом на стадиях нагревания, или с ферментативным гидролизом в любое время в процессе обработки. Ферментативный гидролиз может происходить с участием ферментов, содержащихся в сое, или с участием ферментов бактериального происхождения. Деградацию белков можно также проводить с определенной целью для улучшения их функциональных свойств. Частичный гидролиз может улучшать эмульгирующие или пенообразующие свойства соевых белков. Исчерпывающий гидролиз может улучшить растворимость в кислых условиях.
Образцы коммерческих соевых продуктов выпускаются различными фирмами. Способ получения необработанных профилей молекулярных масс описан выше. Анализ необработанных хроматографических данных проводят с использованием корреляции между величинами времени удерживания и молекулярной массы. Колонку для гельфильтрации ВЭЖХ калибруют с помощью набора белков с известными молекулярными массами. Строят калибровочную кривую и рассчитывают уравнение для определения молекулярных масс. Затем хроматограммы образцов разделяют на 30-50 участков и определяют площадь этих участков. Эту величину делят на общую площадь хроматограммы и получают "площадь в процентах" (общую площадь хроматограммы ограничивают по молекулярной массе в интервале от приблизительно 1000 Да до молекулярной массы, соответствующей свободному объему колонки). В уравнение для расчета молекулярной массы подставляют время удерживания для каждого участка и рассчитывают соответствующую молекулярную массу. Затем строят график зависимости суммарного процентного содержания белка от молекулярной массы. Пример такого сравнительного анализа представлен на Фиг.8.
Данный анализ аналогичен анализу, используемому для определения размера частиц в эмульсии. Например, можно определить процентное содержание белков с молекулярной массой менее 100 кДа, содержащихся в материале. В препарате Supro™ 425 содержание белков с молекулярной массой менее 100 кДа составляет приблизительно 62%, в то время как в материале, полученным способом, описанным в Примере 6, содержание этой фракции составляет приблизительно 30%. Другой способ анализа данных хроматографии заключается в определении молекулярной массы следующим образом: содержание белков выше этой величины составляет 50%, а содержание белков с молекулярной массой ниже этой величины составляет 50%. Этот метод анализа не пригоден для точного определения молекулярной массы, но позволяет определить величину, близкую к среднемассовой молекулярной массе. Такая молекулярная масса в данном контексте названа "MM50". Величина MM50 для препарата Supro™ 425 составляет приблизительно 50 кДа, в то время как ММ50 для материала, полученного по способу, описанному в Примере 6, составляет приблизительно 480 кДа.
Содержание высокомолекулярных белков в образцах по настоящему изобретению (материалы, полученные методами, описанным в Примерах 1-8) значительно выше по сравнению с коммерческими образцами. Содержание высокомолекулярных белков в большинстве исследованных коммерческих образцов значительно ниже по сравнению с неочищенным экстрактом.
Более высокое содержание высокомолекулярных фракций имеет значение в ряде областей применения. Одним из преимуществ является сниженное содержание горьких пептидов. Гидролиз белков до низкомолекулярных пептидов (400<MM<2000) часто приводит к образованию соединений с горьким привкусом. Примером таких веществ является аспартам, который обычно характеризуется как избыточно сладким вкусом, так и горьким послевкусием. Вкус соевых белков определяется сложной смесью компонентов. Горький привкус является одним из недостатков. Снижение содержания пептидов может привести к получению продукта, обладающего менее горьким вкусом.
Вторым преимуществом более высокого содержания высокомолекулярных белков может являться стабилизация поверхности на границе раздела фаз. Хотя разделы фаз воздух-вода и масло-вода на исходной стадии могут быть стабилизированы материалами с более низкой молекулярной массой, стабилизация таких поверхностей зависит от молекул с большей молекулярной массой. Следует отметить, что самые лучшие результаты по стабилизации эмульсий были получены для материалов, описанных в Примерах 5-8.
Пример 17
Анализ модифицированных материалов из семян масличных культур методом дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК)
Образцы соевых белковых продуктов (50 мг) взвешивают в чашке для образца, смешивают с 50 мкл воды и плотно закрывают. Образцы помещают в калориметр фирмы Перкин-Элмер и нагревают со скоростью 10°С/мин от приблизительно 30°С до приблизительно 135°С.
Термограммы ДСК модифицированных материалов из семян масличных культур, полученных способами, описанными в Примерах 1-4, приведены, например, на Фиг.7 и 8. Показано, что нативный соевый белок (представленный в виде высушенного в распылительной сушке образца из необработанного экстракта, полученного из непрожаренных обезжиренных соевых хлопьев) характеризуется эндотермическим пиком при приблизительно 93°С с плечом при приблизительно 82°С. Пик при 93°С очевидно соответствует белку 118 и пик при 82°С - белку 78 (см., например, статью Sorgentini и соавт., J. Ag. Food Chem., 43: 2471-2479 (1995)). Данные анализа термограмм ДСК для белковых продуктов, описанных в Примерах 4, и для препарата Supro™ 670, представлены в Таблице 12. Соевые белковые продукты, описанные в Примерах 2 и 4, характеризуются большим эндотермическим пиком при приблизительно 93°С (см., например, Фиг.7). Соевые белковые продукты, описанные в Примерах 1 и 3, характеризуются меньшим эндотермическим пиком при приблизительно 82°С (см., например, Фиг.8). Коммерческие препараты характеризуются только пиками при приблизительно 82°С, а ряд коммерческих препаратов характеризуется полным отсутствием тепловой адсорбции, что свидетельствует о полной денатурации белка в образце. Эндотермический пик при 93°С в коммерческих препаратах отсутствует.
Пример 18
Аминокислотный состав в модифицированном материале из семян масличных культур
Аминокислотный состав в модифицированном материале из семян масличных культур имеет значение не только с диетологической точки зрения, но и определяет функциональные свойства белка. Содержание аминокислот в модифицированном материале из семян масличных культур определяют с использованием ряда известных способов, в зависимости от конкретных аминокислот, входящих в состав препарата. Например, цистеин определяют после гидролиза в присутствии надмуравьиной кислоты в соответствии с известными методами. Для сравнения материалов с различным содержанием белка состав пересчитывают в расчете на 100%-ное содержание белка. Обычно аминокислотный состав материалов, полученных из одного и того же исходного материала, различается в незначительной степени. В Таблице 13 приведено количество цистеина в мас.% от общего количества белка в ряде соевых белковых препаратов. Как видно из Таблицы 13, прямое сравнение средних составов свидетельствует о том, что материалы, полученные по настоящему способу, содержат приблизительно на 17% больше цистеина (определенного в виде цистина) по сравнению со средней величиной для коммерческих образцов.
Пример 19
Проводимость/содержание солей в модифицированном материале из семян масличных культур
Суспензии (5% (мас./об.) - ств) образцов соевых белковых продуктов получают в дистиллированной деионизированной воде. Каждую суспензию интенсивно перемешивают без доведения рН и выдерживают при комнатной температуре в течение 20-60 мин. Суспензию повторно перемешивают и измеряют проводимость. Величину рН доводят до 7,0 и повторно измеряют проводимость.
Определение содержания натрия, кальция и калия в образцах проводят использованием модифицированного метода ЕРА 60I0B. Краткое описание метода: образцы кипятят с обратным холодильником в азотной кислоте, охлаждают, фильтруют и разбавляют для анализа методом спектроскопии индуктивно связанной плазмы и атомно-эмиссионной спектроскопии. Два образца анализируют в параллельных экспериментах, пики стандартных образцов используют для подтверждения достоверности определения ионов, а чрезвычайно высокое содержание натрия в двух образцах подтверждают другим методом анализа. Все результаты получены с достаточной достоверностью.
Модифицированные материалы из семян масличных культур по настоящему изобретению обычно содержат относительно низкое количество ионов натрия. В связи с этим в образцах наблюдается низкое отношение ионов натрия к общему содержанию ионов натрия, кальция и калия (в мас.%). Обычно отношение содержания ионов натрия к общему содержанию ионов натрия, кальция и калия составляет не более чем приблизительно 0,5:1,0 (т.е. 50%) и, предпочтительно, не более чем приблизительно 0,3:1,0 (т.е. 30%). В некоторых случаях можно получить соевые белковые материалы с отношением содержания ионов натрия к общему содержанию ионов натрия, кальция и калия не более чем приблизительно 0,2:1,0 (т.е. 20%). Данный способ позволяет получать модифицированные соевые белковые материалы с содержанием ионов натрия не более чем приблизительно 7000 мг/кг (ств). При использовании деионизированой воды на стадиях экстракции и/или диафильтрации можно получить модифицированные соевые белковые материалы с еще более низким содержанием ионов натрия, например, 5000 мг/кг (ств) или менее.
Соевые бобы содержат относительно низкое количество натрия, но значительные количества кальция и калия. Для обработки соевых продуктов может быть использован ряд оснований, что приводит к увеличению количества ионов в конечном продукте. Наиболее часто применятся гидроксид натрия, однако можно также использовать гидроксиды кальция и калия. Например, гидроксид кальция можно использовать в экспериментах получения соевого препарата, аналогичному молочному белку. В связи с тем, что процесс, описанный в Примерах 1-4 для получения соевых белковых продуктов, включает несколько изменений рН и конечная величина рН снижается, существует реальная возможность обнаружения низкого содержания натрия по сравнению с продуктами, полученными коммерческими способами. Это подтверждено результатами анализа, представленными в Таблице 14.
Материалы, полученные как описано в Примерах 1-4, содержат значительно более низкое количество натрия и значительно более высокое количество калия по сравнению с образцами коммерческих соевых продуктов. За исключением двух образцов, содержание кальция в образцах, описанных в Примерах 1-4, значительно выше по сравнению с коммерческими образцами. Наиболее удивительным является чрезвычайно низкое содержание калия и кальция в некоторых продуктах (например, Pro Fam™ 974).
Пример 20
Процесс экстракции проводят с использованием аппарата для двухстадийной противоточной экстракции. Первую и вторую стадии экстракции проводят в снабженных мешалкой резервуарах из нержавеющей стали объемом 302,8 л. Перед использованием резервуары для экстракции, центрифуги и соединительные трубы системы промывают 0,75 мас.%-ным раствором едкого натра и дезинфицируют раствором гипохлорита натрия (NaOCl), 500 ч/млн.
На первой стадии экстракции обезжиренные соевые хлопья белого цвета непрерывно смешивают со скоростью приблизительно 0,45 кг/мин с потоком промежуточного обогащенного белком экстракционного раствора (1,0-1,2 г/мин), поступающего из центрифуги-декантатора и полученного на второй стадии экстракции (описано ниже). Перед началом первой стадии экстракции величина рН промежуточного обогащенного белком экстракционного потока составляет от приблизительно 8,0 до приблизительно 8,5. При смешивании с обезжиренными соевыми хлопьями белого цвета происходит нейтрализация щелочных соединений, присутствующих в экстракте, и снижение рН полученной смеси в резервуаре для первой стадии экстракции до приблизительно 7-7,5. Температуру в резервуаре для первой стадии экстракции поддерживают при приблизительно 43-49°С. Среднее время экстракции, составляющее приблизительно от 10 до 20 мин, определяют по скорости потока, выходящего из резервуара.
Поток суспензии из резервуара для первой стадии экстракции непрерывно закачивают в систему для обработки методом ВТВСТ (для пастеризации). Скорость потока и размеры системы ВТВСТ подбирают таким образом, чтобы поток суспензии нагревался до температуры приблизительно 65-85°С с использованием впрыскивания острого пара и выдерживания при данной температуре в течение среднего времени приблизительно от 5 до 20 сек. Стадия ВТВСТ является чрезвычайно эффективной для подавления роста бактерий в ходе экстракции. Затем поток, перед закачиванием в центрифугу-декантатор первой стадии, охлаждают до приблизительно 55°С с использованием встроенного охлаждающего устройства. Затем суспензию разделяют на 2 потока; конечный обогащенный белком поток экстракционного раствора и поток частично экстрагированных соевых хлопьев. Конечный обогащенный белком поток экстракционного раствора закачивают в центрифугу-декантатор (см. ниже).
На второй стадии экстракции частично экстрагированные соевые хлопья (твердый поток, полученный на первой стадии экстракции) смешивают со скоростью приблизительно 0,45 кг/мин) с водой (1,0-1,2 г/мин) (например, водопроводной водой, регенерированной водой после стадии экстракции, дистиллированной водой и т.д.). Температуру в резервуаре на второй стадии экстракции поддерживают при приблизительно 55-60°С. Величину рН в резервуаре доводят до приблизительно 8,0-8,5 добавлением достаточного количества едкого натра (NaOH). Среднее время экстракции, составляющее от 10 до 20 мин, определяют по скорости потока, выходящего из резервуара. Суспензию закачивают в центрифугу-декантатор второй стадии экстракции и разделяют на 2 потока; промежуточный обогащенный белком поток экстракционного раствора и поток израсходованных соевых хлопьев.
После пропускания конечного обогащенного белком потока экстракционного раствора через центрифугу-декантатор полученный осветленный обогащенный белком поток экстракционного раствора закачивают в питающий резервуар мембранной системы. Осветленный обогащенный белком поток экстракционного раствора содержит приблизительно 3,0 мас.% белка. Для отделения белка от растворимых углеводов используют 2 параллельные мембранные системы с мембранами для ультрафильтрации. После загрузки приблизительно 378,5 л осветленного обогащенного белком потока экстракционного раствора из системы экстракции в питающий резервуар мембранной системы, экстракционный раствор рециркулирует при средней скорости потока приблизительно 80 г/мин через мембранную систему и начинается стадия концентрирования белка. Температуру экстракционного раствора поддерживают при приблизительно 60°С с помощью встроенного теплообменника. Общее количество загрузки осветленного обогащенного белком потока экстракционного раствора в питающий резервуар мембранной системы составляет 1135 л.
После загрузки всего осветленного обогащенного белком потока экстракционного раствора в питающий резервуар мембранной системы, экстракционный раствор рециркулирует над мембранами при 60°С со скоростью 80 г/мин и противодавлением в мембранной системе 68,9-137,8 кПа. Мембранная фильтрационная система включает 6 модифицированных ПАН мембран с номинальным ОММ 50000 (мембраны МХ-50 поставляются фирмой Osmonics, Minnetonka, NM). Общая площадь фильтрующей поверхности блока мембран составляет приблизительно 1260 кв. футов (117,8 м2).
В исходной фазе концентрирования методом мембранной фильтрации скорость потока пермеата обычно изменяется от исходной, составляющей приблизительно 2,5 г/мин, до приблизительно 1,5 г/мин на последнем этапе концентрирования. В процессе данной стадии происходит концентрирование белка от 3 мас.% до приблизительно 10 мас.% (т.е. приблизительно в 3 раза)
После исходной фазы 3-кратного концентрироания, к ретентату в питающем резервуаре мембранной системы добавляют 378,5 л воды при 60°С, что приводит к разбавлению белка приблизительно до 3,3 мас.%. Затем раствор снова концентрируют до 10 мас.% твердого вещества (данная стадия называется диафильтрацией 1:1). Вторую стадию диафильтрации 1:1 проводят для увеличения содержания белка в потоке концентрированного ретентата по меньшей мере вплоть до 90 мас.%. На данной стадии пермеат, выходящий из мембранной системы, отбрасывают.
После второй стадии диафильтрации ретентат из мембранной системы переносят в питающий резервуар системы сверхвысокотемпературной обработки (СТО). Через мембранную систему прокачивают 113,6 л водопроводной воды для регенерации остаточного количества белка из системы. Промывные воды объединяют с ретентатом в питающем резервуаре СТО. Перед следующей операцией величину рН ретентата доводят до 6,8-7,0 разбавленным раствором HCl.
После доведения рН ретентат обрабатывают методом СТО в течение относительно короткого времени для пастеризации ретентата. Стадия СТО включает закачивание ретентата со скоростью 2 г/мин в паровой инжектор. В паровом инжекторе ретентат смешивают с острым паром и мгновенно нагревают до 138°С. Нагретый ретентат проходит через трубу для выдерживания под давлением в течение 10 сек. Из трубы для выдерживания под давлением продукт поступает в вакуумированный сосуд, в котором продукт мгновенно охлаждается до 54,4°С. Поток полученного продукта сушат в распылительной сушке. Стадия СТО является чрезвычайно эффективной для гибели бактерий, даже в случае термофильных бактерий. В результате стадии СТО общее количество бактерий уменьшается от более чем 300000 КОЕ/г до приблизительно 100 КОЕ/г.
Материал, обработанный методом СТО, сушат в распылительной сушке, при этом получают соевый белковый продукт со средним размером частиц приблизительно 80 мкм, содержащий приблизительно 90 мас.% или более белка (ств) и приблизительно 3-6 мас.% воды.
Пример 21
Вкусовые характеристики модифицированного материала из семян масличных культур
Анализ проводят в соответствии со следующей методикой. 15 образцов соевых белковых препаратов (СБП) анализируют с использованием параллельных дубликатов с закодированной нумерацией. Образцы готовят в минимальном количестве, обычно используемом для анализа; 0,5 г каждого СБП взвешивают во флаконе из янтарного стекла объемом 22 мл и в каждый флакон добавляют 19,7 мл воды. Флаконы закрывают полипропиленовыми крышками (с прокладками из силикона/ПЭТФ) и перемешивают с помощью магнитного стержня фирмы Twisters™ (Gerstel, США), покрытого ПДМС. В каждый флакон помещают магнитный стержень Twisters™ и перемешивают на магнитной мешалке в течение 45 мин при 700 об/мин. Магнитные стержни Twisters™ извлекают из образцов, промывают деионизированной водой, протирают бумажным полотенцем Kimwipe™, помещают в пробоотборник для термодесорбции и проводят анализ методом газовой хроматографии - масс-спектрометрии (ГХ/МС).
Образцы анализируют методом ГХ/МС с использованием газового хроматографа фирмы Hewlett-Packard модели 6890 и масс-спектрографа модели 5973N, снабженных охлаждаемым инжектором (CIS4) (фирмы Gerstel, США), системой для термодесорбции (короткий путь десорбции) (TDS-2) (Gerstel, US) и колонкой НР-5 (30 м × 0,25 мм). Программирование температуры термостата устанавливают от 40°С до 225°С при скорости прироста 10°С/мин, программирование исходной температуры инжектора CIS4 устанавливают от исходной 10°С в течение 0,2 мин до конечной 300°С в течение 13,0 мин со скоростью прироста 12°С/сек. Программирование температуры системы термодесорбции TDS-2 устанавливают от исходной температуры 40°С в течение 0,5 мин до 200°С в течение 5,0 мин со скоростью 60°С/мин. Температуру соединительной линии поддерживают постоянной при 300°С. Систему TDS-2 устанавливают в режиме без деления потока, инжектор CIS4 в потоке растворителя, со скоростью потока 50,0 мл/мин, давление 118 кПа, поток продувки 30,0 мл/мин, время продувки 1,2 мин и общая скорость потока 34,3 мл/мин. В процессе анализа все магнитные стержни Twisters™ анализируют второй раз при температуре десорбции 250°С, при которой все анализируемые соединения полностью десорбируются из магнитных стержней Twister™. Хроматограммы анализируют с использованием библиотек NIST и Willey и сравнивают со стандартами. Данные обрабатывают статистическими методами с использованием программы SAS.
Стандарты готовят в растворе этанола, полярного, смешиваемого с водой растворителя. Калибровочные кривые для каждого стандарта готовят с использованием водных растворов стандартов. Образец СБП и водный образец смешивают с деканалем (1 ч/млн), чтобы убедиться в равенстве коэффициентов распределения стандартов в водных растворах и в растворах СБП. Концентрации соответствующих компонентов в образцах СБП определяют с использованием калибровочных кривых.
На основании результатов анализа определяют содержание вкусовых компонентов. Термин "содержание вкусового компонента", использованный в данном контексте, означает количество одного или более конкретного летучего вкусового компонента, определенное описанным выше способом. Содержание вкусового компонента может означать содержание отдельного конкретного компонента, а также содержание комбинации компонентов. Как показано в Таблице 15, содержание вкусовых компонентов может быть выражено в виде средней концентрации (в ч./млрд) одного или более конкретных компонентов в образце материала из семян масличных культур. Например, содержание вкусовых компонентов может быть определено в виде концентрации 2-пентилфурана, 2-гептанона, Е,Е-2,4-декадиеналя, бензальдегида и Е,Е-2,4-нонадиеналя в материалах, полученных, как описано в Примерах 5, 6, 7 и 8, наряду с 11 коммерческими образцами (см. Таблицу 15).
Как показано в Таблице 15, материал, полученный, как описано в Примерах 5, 6, 7 и 8, характеризуется значительно более низкой концентрацией 2-пентилфурана, по сравнению со всеми исследованными коммерческими образцами, за исключением двух образцов. Материал, полученный, как описано в Примерах 5, 6 и 8, характеризуется значительно более низкой концентрацей бензальдегида, по сравнению со всеми исследованными коммерческими образцами. Материал, полученный, как описано в Примерах 5, 6 и 8, характеризуется также значительно более низкой концентрацией 2-гептанона, по сравнению со всеми исследованными образцами, за исключением одного образца. Материал, полученный, как описано в Примерах 6 и 8, также характеризуется значительно более низкой концентраций Е,Е-2,4-декадиеналя, по сравнению со всеми исследованными коммерческими образцами, за исключением двух образцов. Материал, полученный, как описано в Примерах 6 и 8, характеризуется значительно более низкой концентрацией Е,Е-2,4-нонадиеналя, по сравнению со всеми исследованными коммерческими образцами.
Как видно из Таблицы 15, материалы, описанные в Примерах 5, 6 и 8, характеризуются следующим составом вкусовых компонентов: не более чем приблизительно 2500 ч./млрд 2-пентилфурана и не более чем приблизительно 500 ч./млрд бензальдегида. Материалы, описанные в Примерах 5, 6 и 8, характеризуются следующим составом вкусовых компонентов: не более чем приблизительно 2500 ч./млрд 2-пентил-фурана, не более чем приблизительно 600 ч./млрд 2-гептанона, не более чем приблизительно 250 ч./млрд Е,Е-2,4-декадиеналя, не более чем приблизительно 350 ч./млрд бензальдегида и не более чем приблизительно 50 ч./млрд Е,Е,-2,4-нонадиеналя. Материалы, описанные в Примерах 6 и 8, характеризуются следующим составом вкусовых компонентов: не более чем приблизительно 2500 ч./млрд 2-пентилфурана, не более чем приблизительно 600 ч./млрд 2-гептанона, не более чем приблизительно 150 ч./млрд Е,Е-2,4-декадиеналя, не более чем приблизительно 350 ч./млрд бензальдегида и не более чем приблизительно 50 ч./млрд Е,Е-2,4-нонадиеналя. Материалы, описанные в Примерах 5, 6, 7 и 8, характеризуются следующим составом вкусовых компонентов: не более чем приблизительно 250 ч./млрд Е,Е-2,4-декадиеналя. Материалы, описанные в Примерах 5, 6 и 8, характеризуются следующим составом вкусовых компонентов: не более, чем приблизительно 350 ч./млрд бензальдегида.
В основном, группа необученных специалистов по сенсорной оценке качества продуктов способна отличить материал, полученный, как описано в Примере 5, от коммерческих соевых белковых продуктов Pro Fam 891, Supro 670, Supro 515 и Pro Fam 930 с достоверностью 95%.
Пример 22
Стадии кратковременной экстракции
Традиционная экстракция соевых белковых препаратов в промышленном масштабе включает ряд стадий экстракций при щелочных значениях рН, при этом белок переходит в растворенное состояние из обезжиренных соевых хлопьев с удаленным растворителем. Продолжительность типичных стадий экстракции составляет 20-40 мин. Обычно, более половины белка растворяется в начальной фазе (например, от 1 до 5 мин) процесса экстрации. Таким образом, более половины белка можно извлечь в течение короткого периода (например, в течение менее приблизительно 15 мин, предпочтительно, менее приблизительно 5 мин) первой стадии экстрации, которая составляет часть процесса экстракции. За счет первой короткой стадии экстракции можно значительно снизить рост бактерий и, следовательно, снизить тенденцию к снижению качества продукта.
Стадии экстракции проводят в стеклянной колбе объемом 1 л. В колбу добавляют 500 мл дистиллированной воды и нагревают до требуемой температуры. К дистиллированной воде добавляют достаточное количество 10%-ного мас./об. раствора NaOH для доведения величины рН от 9 до 10. В жидкость опускают механическую мешалку и электрод рН-метра. Затем в жидкость добавляют 50 г обезжиренных хлопьев из соевых бобов с удаленным растворитетелем (90PDI), причем хлопья добавляют с максимально возможной скоростью. К смеси быстро добавляют NaOH для достижения требуемого рН. После увлажнения хлопьев, но перед доведением величины рН, регистрируют время. При необходимости добавляют NaOH, чтобы приблизительно поддержать требуемую величину рН.
Образцы периодически удаляют, фильтруют через нейлоновую ткань и фильтрат центрифугируют. Супернатант декантируют в пробирки для замораживания и хранения. Общее время от удаления образцов до декантации (общее время получения) составляет менее 3 мин. Декантированный супернатант анализируют на содержание белка методом сжигания по Леко.
Стадии экстракции проводят при 6 различных сочетаниях температура (°С)/рН (см. Таблицу 16). Две стадии экстракции проводят при 37°С/рН 8, 55°С/рН 8, 55°С/рН 9,5, 30°С/рН 8,7 и 37°С/рН 9,5. Три стадии экстракции проводят при 46°С/рН 8,7. Процентное содержание растворенного белка определяют в образцах, которые периодически отбирают в ходе экстракции, как описано выше. В Таблице 16 представлено общее содержание растворенного белка в зависимости от температуры, величины рН и времени экстракции. Как показано в Таблице 16, можно подобрать условия экстракции по меньшей мере 50% белка в течение от 4 до 6 мин. На стадиях экстракции при 55°С/рН 8, 55°С/рН 9,5, 37°С/рН 9,5 и 46°С/рН 9,5 приблизительно более 50% белка растворяется в течение не более чем приблизительно 3 мин экстракции. В процессе экстракции при 55°С/рН 9,5 приблизительно более 50% белка растворяется в течение приблизительно первой мин экстракции. Более того, как показано в Таблице 16, полученные результаты свидетельствуют о том, что могут быть подобраны условия для экстракции по меньшей мере 60% белка в течение приблизительно от 2 до 3 мин и 70% - в течение приблизительно от 4 до 5 мин. На стадиях экстракции при 55°С/рН 8, 55°С/рН 9,5 и 37°С/рН 9,5 по меньшей мере приблизительно 70% белка растворяется в течение приблизительно 8 мин экстракции. В процессе экстракции при 55°С/рН 9,5 более приблизительно 70% белка растворяется в течение приблизительно 4,5 мин экстракции. На Фиг.12 приведено графическое изображение результатов, представленных в Таблице 16.
Приемлемый процесс экстракции можно также проводить без добавления щелочи после исходного доведения величины рН. Результаты экстракции могут быть получены без доведения величины рН.
Все величины означают процентное содержание растворенного белка.
Температура (°С)/рН
Пример 23
Натуральный апельсиновый напиток, обогащенный соевым белком
Натуральный апельсиновый, полезный для здоровья напиток для завтрака, содержащий 0,9 г соевого белка на порцию (240 мл), инулин (волокно), трегалозу и фруктозу в качестве энергетических компонентов, а также апельсиновый сок и витамины А, С и Е для придания напитку антиоксидантных свойств, получают следующим образом:
Основу продукта получают смешиванием соевых белков со стабилизатором. Основу продукта (70 мас.%) гомогенизируют и объединяют со вкусовой основой (30 мас.%), содержащей подсластители, сок, красители, смесь витаминов и минералов, и лимонную кислоту. Полученный продукт гомогенизируют, пастеризуют при 85°С и разливают в горячем виде в стеклянные бутылки.
Основу продукта готовят из следующих компонентов:
Соевый белковый препарат (полученный, как описано в Примере 5) диспергируют в воде, предварительно нагретой до 62°С. Дисперсию соевого белкового препарата получают в смесителе с высокими скоростями сдвига (для жидкостей). Пектин отдельно добавляют в кукурузную патоку с высоким содержанием фруктозы и перемешивают в течение 5 мин с помощью высокоскоростного смесителя (12000 об/мин). Пектиновую основу добавляют к соевой белковой дисперсии при премешивании со средней скоростью и выдерживают при 55°С. Данную основу продукта затем гомогенизируют в двухступенчатом гомогенизаторе Gaulin при давлении 240 бар (24115 кПа/3445 кПа) (вторая ступень) и 20670 кПа (первая ступень). Полученная основа продукта содержит 70% конечного состава.
Вкусовую основу получают из следующих компонентов:
Токоферил ацетат (ацетат витамина Е)
Носитель (мальтодекстрин)
Используемое количество: 80 мг/порция
2Включает избыточное количество и
компенсацию для рыночных форм, состав
которых не приведен со 100%-ной точностью
14,4мг
Инулин и трегалозу гидратируют в предварительно нагретой воде при 82°С и добавляют к основе продукта. Затем при перемешивании медленно добавляют кукурузную патоку с высоким содержанием глюкозы, сок, смесь витаминов и вкусовые добавки. Измеряют величину рН конечного напитка и добавляют небольшое количество 50%-ного раствора лимонной кислоты (при необходимости) для доведения рН до 4,1.
Полученный напиток затем гомогенизируют в двухступенчатом гомогенизаторе Gaulin при давлении 24115 кПа (240 бар)/344,5 кПа) (вторая ступень) и 20679 кПа (первая ступень), пастеризуют при 85°С с использованием пилотной установки для пастеризации в промышленном масштабе Microthermics LabHVH и разливают в стеклянные бутылки. Стеклянные бутылки переворачивают и выдерживают в течение 2 мин (температура в холодном участке не должна быть ниже 80°С в течение 2-минутного выдерживания) и быстро охлаждают до 21°С.
Пример 24
Пирожки с мясным фаршем
Четыре образца соевых белковых препаратов, полученных, как описано в Примерах 1-4, используют для получения пирожков с эмульгированным мясным и куриным фаршем, обогащенным соевым белком. Кроме указанных четырех препаратов, в качестве коммерческих препаратов используют препараты Supro™ 515 (поставляемый фирмой PTI) и Pro Fam™ 981 (поставляемый фирмой Archer Daniels Midland). Контрольный образец не содержит сои, но его готовят таким же образом, как обогащенные соевым белком образцы. Основной процесс приготовления таких образцов заключается в следующем: соевый белковый препарат (25 г) и воду (100 г) быстро измельчают в кухонном комбайне Cuisinart с насадкой для мясорубки. Добавляют мясо (1212,5 г 80%-ной постной говядины или куриных бедер без костей и кожи (приблизительно 10% жира)) и измельчают в течение 1 мин. Добавляют соль (25 г) и готовят пирожки с мясом (100 г). Некоторые пирожки замораживают, а остальные выпекают при внутренней температуре 74,9°С или более, охлаждают и замораживают. После оттаивания, нагревания и хранения в течение 1 ч при комнатной температуре пирожки оценивают в группе специалистов по сенсорной оценке качества продуктов. Пирожки, обработанные таким образом, сопоставимы с аналогичными коммерческими продуктами.
Характеристики пирожков с эмульгированным мясным фаршем и добавкой образцов по настоящему изобретению сопоставимы с добавками коммерческих соевых белковых препаратов. Некоторые характеристики приведены в Таблице 17. Оценка характеристик пирожков с эмульгированным мясным фаршем, добавками белковых препаратов по настоящему изобретению и добавками двух коммерческих соевых препаратов представлена в Таблице 17. Результаты даны в виде средних величин при анализе 5 пирожков, полученных из одной смеси. Выходы после хранения в свежем виде, определенные для четырех образцов по настоящему изобретению, являются сопоставимыми с выходами, определенными для коммерческих препаратов. Выходы после кулинарной обработки и выходы после процессов замораживания-размораживания отличаются в большей степени. Выходы после кулинарной обработки для двух препаратов по настоящему изобретению (полученных, как описано в Примерах 1 и 4), сопоставимы с выходами, полученными для коммерческих препаратов Pro Fam™ 981 и Supro™ 515. Выходы после процесса замораживания-размораживания для двух коммерческих белковых препаратов и двух образцов (полученных как описано в Примерах 1 и 2), сопоставимы с выходами, определенными для контрольных пирожков.
Соевые белковые препараты по настоящему изобретению характеризуются чрезвычайно обнадеживающими результатами при оценке куриных пирожков. Куриные пирожки содержат меньшее количество жира (приблизительно 10% жира в мясе) по сравнению с мясными пирожками (20% жира в мясе). Характеристики препаратов по настоящему изобретению и двух коммерческих соевых добавок в пирожках с эмульгированным куриным фаршем представлены в Таблице 18. Результаты даны в виде средних величин при анализе пяти пирожков, полученных из одной смеси. Выход продуктов после хранения в свежем виде, наблюдаемый для четырех образцов по настоящему изобретению, сопоставим с выходом, определенным для контрольного и коммерческих продуктов. Некоторые образцы по настоящему изобретению превосходят коммерческие продукты по двум другим типам выходов. Препараты, полученные, как описано в Примерах 2 и 4, характеризуются чрезвычайно высокими выходами после кулинарной обработки и после процесса замораживания-размораживания, в то время как образец, полученный как описано в Примере 3, характеризуется более низкими выходами (сопоставимыми с выходами, определенными для коммерческих образцов).
Эмульгированные мясные продукты оценивают также в группе специалистов по сенсорной оценке качества продуктов. В основном специалисты оценивают продукт, определяя "общую оценку" и выявляя "лучший" и "худший" образец. Результаты сенсорной оценки препаратов по настоящему изобретению и двух коммерческих соевых добавок в пирожках с эмульгированным куриным или мясным фаршем представлены в Таблице 19. Общую оценку определяют по шкале от 1 (худший образец) до 5 (лучший образец). В таблице указано число специалистов, представивших оценки "худший" или "лучший". В связи с этим количество специалистов значительно различается.
Ниже обсуждаются результаты сенсорной оценки. Все четыре образца по настоящему изобретению характеризуются более высокой общей оценкой по сравнению с любым коммерческим продуктом при оценке мясных пирожков и два из них превосходят контрольные образцы. Мясные пирожки, содержащие препараты по настоящему изобретению, полученные как описано в Примерах 2 и 3, характеризуются значительно более высокими оценками. Мясные пирожки, содержащие препарат, полученный как описано в Примере 1, также характеризуется высокой общей оценкой.
При оценке куриных пирожков образец, полученный как описано в Примере 2, характеризуется лучшей общей оценкой, и два специалиста оценили его как лучший продукт. Образец, полученный как описано в Примере 1, характеризуется чрезвычайно высокой общей оценкой, и два специалиста оценили его в качестве лучшего куриного продукта. Образец, полученный как описано в Примере 4, характеризуется самой низкой общей оценкой.
Несмотря на то, что такие результаты достаточно сложно интерпретировать, общий результат оценки свидетельствует о том, что ни один продукт не был признан лучшим по всем характеристикам мясных продуктов с белковой добовкой. На основании результатов, полученных для куриных продуктов, можно предположить, что соевые белковые препараты, полученные как описано в Примерах 1, 2 и 3, прежде всего, являются чрезвычайно эффективными соевыми белковыми добавками для готовых мясных продуктов.
Пример 25
Ветчина с соевой белковой добавкой
Модифицированные соевые материалы по настоящему изобретению могут быть использованы для приготовления мясных продуктов с белковой добавкой, полученным инжектированием рассола, таких как ветчина, готовая к употреблению. Процедура приготовления ветчины, содержащей воду, является более сложной по сравнению с получением сосисок. Прежде всего, рассол, содержащий соевый продукт, вводят в мясо. Это приводит к добавлению в продукт большого количества воды наряду с добавлением соли, фосфата и соевого препарата. В связи с добавлением воды требования к добавкам могут быть чрезвычайно высоки.
В ветчину вводят рассол, полученный из воды, декстрозы, соли, фосфата натрия и связующего агента (соевого белкового препарата). Кроме четырех соевых препаратов по настоящему изобретению (соевые белковые препараты, полученные как описано в Примерах 1-4), получают ветчину без добавок или ветчину с добавкой препарата Supro™ 515 (соевый белковый препарат, выпускаемый фирмой PTI). Все соевые белковые добавки вводят при концентрации приблизительно 2% в смеси связующий раствор/рассол.
Связующий раствор получают из следующих компонентов:
Ветчину, содержащую инжектированный рассол, подкрашивают и затем формуют в вакууме с смеси с приблизительно 10 мас.%-ным связующим раствором, приготовленным из тонкорубленного мяса из свиной голени и рассола. Ветчину, обработанную связующим раствором, помещают в волокнистую оболочку и подвергают постадийной тепловой обработке при приблизительно 68,3°С. Готовую ветчину в оболочке охлаждают в солевом растворе и/или на воздухе, очищают от оболочки и упаковывают.
Влияние различных добавок на выход полученной ветчины представлен в Таблице 20. В данной таблице приведено влияние различных добавок на выход содержащей воду копченой ветчины. Следует отметить, что также как и при хранении сосисок, потеря воды в процессе хранения является нежелательной и одной из важных характеристик добавок является снижение таких потерь жидкости. В Таблице 20 представлено также влияние добавок на потери жидкости в ветчине после хранения в холодильнике или после стадии замораживания-размораживания.
Неожиданно обнаружено, что ни одна из добавок не приводит к значительному повышению выхода ветчины после копчения. Наблюдаемые различия пренебрежимо малы. Данная величина выхода зависит от потери массы в процессе тепловой обработки. Результаты определения потерь жидкости свидетельствуют о том, что наилучшую общую устойчивость проявляют препараты, описанные в Примерах 1 и 3. Все три препарата характеризуются более высокой устойчивостью по сравнению с коммерческими соевыми белковыми продуктами.
Пример 26
Шоколадная глазурь
Глазурь с высоким содержанием соевого белка (16,0% соевого белка/17% общего белка) с мягким вкусом (неприятный привкус, свойственный соевым бобам, не обнаружен) и хорошими функциональными характеристиками для использования при приготовлении обогащенных белком кондитерских изделий, готовят из компонентов, перечисленных ниже. Соевый белковый препарат получают как описано в Примере 5.
Все сухие компоненты смешивают вместе в смесителе Hobart объемом 11,4 л. Пальмоядровое масло добавляют для повышения содержания жира до приблизительно 29%. Полученную массу пропускают через трехвальцовую машину для измельчения шоколада и получают хлопья с максимальным размером частиц 30 мкм. Полученные хлопья возвращают в чистый смеситель Hobart объемом 11,4 л и перемешивают при нагревании (водяная рубашка с температурой при 54,4°С) в течение приблизительно 2 ч. Затем в систему добавляют оставшийся жир. После добавления всего количества жира в массу добавляют небольшое количество соевого лецитина для разжижжения массы и получения требуемой пластической вязкости. После выполнения всех обычных анализов (размер частиц, пластическая вязкость, колориметрия, содержание жира, определенное методом ЯМР) глазурь разливают в пластиковые формы объемом 4,5 кг, помещают в охлаждающее устройство с температурой 20,9°С и отверждают в течение 1 ч.
Пример 27
Шоколадно-апельсиновые энергетизированные батончики, покрытые обогащенной белком шоколадной глазурью
Питательные батончики, состящие из двух фаз: А) связующий раствор на основе белка, объединенный с зерновой смесью, содержащей фруктовые чипсы, Б) шоколадная глазурь, содержащая 15 г соевого белка на порцию (80 г) из соевого препарата и гранулированную соевую муку, готовят в соответствии со следующей методикой:
Белковая основа включает следующие компоненты:
Первые семь компонентов, т.е. кукурузную патоку, мед, сорбит, масло, глицерин и две добавки, перемешивают в смесителе Hobart до образования гомогенной смеси. Соевый белковый препарат, какао и соль предварительно смешивают, затем медленно добавляют в жидкую смесь и перемешивают до образования гомогенной пасты. Конечный наполнитель батончиков смешивают в смесителе Hobart с использованием следующих компонентов:
Батончики готовят путем распыления смеси слоем с толщиной 3/4 дюйма и разрезают на батончики массой 64 г. Каждый батончик покрывают 16 г шоколадной глазури (приготовленной как описано в Примере 26), содержащей 16% соевого белка. Продукты герметично упаковывают и хранят при комнатной температуре.
Пример 28
Ванильный замороженный десерт
Ванильный замороженный десерт, содержащий 3,7 г соевого белка на порцию (90 г) и не имеющий привкуса сои, готовят из следующих компонентов:
Сахар, сухое молоко и соевый белковый препарат (полученный как описано в Примере 5) перемешивают в сухом виде и медленно добавляют в жидкое молоко, предварительно нагретое до 54,4°С, при перемешивании ручным гомогенизатором. Остальные компоненты, т.е. кукурузную патоку, вкусовые добавки и краситель, смешивают с молочной смесью до образования гомогенной дисперсии. Полученную смесь ("мороженное") пастеризуют при 84°С и выдерживают при этой температуре в течение 3 мин. Смесь для изготовления мороженного замораживают в фризере (мороженице) для продажи в розницу (электрический морозильник объемом 3,8 л).
Дополнительные иллюстративные варианты воплощения настоящего изобретения
Описание ряда дополнительных иллюстративных вариантов воплощения настоящего изобретения приведено ниже. Варианты воплощения настоящего изобретения, описанные ниже, предназначены для иллюстрации настоящих материалов и методов и не ограничивают объем притязаний изобретения.
Может быть получен модифицированный материал из семян масличных культур, содержащий по меньшей мере приблизительно 85 мас.% (ств) белка и величина MM50 которого составляет по меньшей мере приблизительно 200 кДа. Более того, по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в 50 мг образца модифицированного материала из семян масличных культур растворимо в 1,0 мл воды при 25°С, Кроме того, модифицированный материал из семян масличных культур может удовлетворять одному или более дополнительных критериев.
Например, можно получить дисперсию 0,5 мас.% (ств) модифицированного материала из семян масличных культур в 0,5 мас.%-ном водном растворе сахарозы с поглощением при 500 нм не более чем приблизительно 0,95. Модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться величиной ВМЭ не более чем приблизительно 0,75 мл. Кроме того, 13,5%-ный водный раствор модифицированного материала из семян масличных культур может образовывать гель с прочностью на разрыв не более чем приблизительно 25 г.
Другим примером является модифицированный материал из семян масличных культур, наклон вязкости которого составляет по меньшей мере приблизительно 0,02 Па·сек/мин. Модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться температурой плавления по меньшей мере приблизительно 87°С. Кроме того, по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в модифицированном материале из семян масличных культур может характеризоваться очевидной молекулярной массой более 300 кДа.
В качестве дополнительного примера подходящего критерия модифицированного материала из семян масличных культур можно привести фактор помутнения, равный не более, чем приблизительно 0,95. Модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться величиной L по Гарднеру по меньшей мере приблизительно 85. Модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться величиной КРА по меньшей мере приблизительно 80.
Другим примером является модифицированный материал из семян масличных культур, содержащий по меньшей мере приблизительно 1,4 мас.% цистеина от общего количества белка. Модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться величиной скрытой теплоты по меньшей мере приблизительно 5 Дж/г. Кроме того, модифицированный материал из семян масличных культур может характеризоваться отношением ионов натрия к общему количеству ионов натрия, кальция и калия не более чем приблизительно 0,5.
Другим примером является модифицированный материал из семян масличных культур, содержание ионов натрия в котором составляет не более чем приблизительно 7000 мг/кг (ств). Модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться чрезвычайно мягким вкусом. Модифицированный материал из семян масличных культур, кроме того, может также включать в себя модифицированный материал из бобов сои.
Модифицированный материал из семян масличных культур может быть включен в пищевой продукт при концентрации приблизительно от 0,5 до 5 мас.% (ств). Модифицированный материал из семян масличных культур может также содержать по меньшей мере приблизительно 90 мас.% (ств) белка. Кроме того, модифицированный материал из семян масличных культур может характеризоваться содержанием бактерий не более чем приблизительно 50000 КОЕ/г.
Может быть получен модифицированный материал из семян масличных культур, содержащий по меньшей мере приблизительно 85 мас.% (ств) белка и по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в модифицированном материале из семян масличных культур может характеризоваться очевидной молекулярной массой более 300 кДа. Более того, по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в 50 мг образца модифицированного материала из семян масличных культур может быть растворено в 1,0 мл воды при 25°С. Кроме того, модифицированный материал из семян масличных культур может удовлетворять одному или более дополнительных критериев.
Например, можно получить дисперсию 0,5 мас.% (ств) модифицированного материала из семян масличных культур в 0,5 мас.%-ном водном растворе сахарозы с поглощением при 500 нм не более чем приблизительно 0,95. Модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться величиной ВМЭ не более чем приблизительно 0,75 мл. Кроме того, 13,5%-ный водный раствор модифицированного материала из семян масличных культур может образовывать гель с прочностью на разрыв не более чем приблизительно 25 г.
Другим примером является модифицированный материал из семян масличных культур, наклон вязкости которого составляет по меньшей мере приблизительно 0,02 Па·сек/мин. Модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться температурой плавления по меньшей мере приблизительно 87°С. Кроме того, модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться величиной MM50 по меньшей мере приблизительно 200 кДа.
Дополнительным примером является модифицированный материал из семян масличных культур, фактор помутнения которого составляет не более чем приблизительно 0,95. Модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться величиной L по Гарднеру по меньшей мере приблизительно 85. Кроме того, модифицированный материал из семян масличных культур может характеризоваться величиной КРА по меньшей мере прибилизительно 80.
Другим примером является модифицированный материал из семян масличных культур, содержащий по меньшей мере приблизительно 1,4 мас.% цистеина от общего количества белка. Модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться величиной скрытой теплоты по меньшей мере приблизительно 5 Дж/г. Кроме того, модифицированный материал из семян масличных культур может характеризоваться отношением ионов натрия к общему количеству ионов натрия, кальция и калия не более чем приблизительно 0,5.
Другим примером является модифицированный материал из семян масличных культур, содержание ионов натрия в котором составляет не более чем приблизительно 7000 мг/кг (ств). Модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться чрезвычайно мягким вкусом. Модифицированный материал из семян масличных культур может также включать в себя модифицированный материал из бобов сои.
Модифицированный материал из семян масличных культур может быть включен в пищевой продукт при концентрации приблизительно от 0,1 до 10 мас.%. Модифицированный материал из семян масличных культур может также содержать по меньшей мере приблизительно 90 мас.% (ств) белка. Кроме того, модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться содержанием бактерий не более чем приблизительно 50000 КОЕ/г.
Может быть получен модифицированный материал из семян масличных культур, содержащий по меньшей мере приблизительно 85 мас.% (ств) белка и по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в модифицированном материале из семян масличных культур может характеризоваться очевидной молекулярной массой более 300 кДа. Кроме того, модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться величиной MM50 по меньшей мере приблизительно 200 кДа и наклоном вязкости по меньшей мере приблизительно 0,02 Па·сек/мин. Модифицированный материал из семян масличных культур может также содержать по меньшей мере приблизительно 90 мас.% (ств) белка. Более того, модифицированный материал из семян масличных культур может также включать в себя модифицированный материал из бобов сои.
Может быть получен модифицированный материал из семян масличных культур, содержащий по меньшей мере приблизительно 85 мас.% (ств) белка и по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в модифицированном материале из семян масличных культур может характеризоваться очевидной молекулярной массой более 300 кДа. Модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться величиной ММ50 по меньшей мере приблизительно 200 кДа и по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в 50 мг образца модифицированного материала из семян масличных культур может быть растворено в 1,0 мл воды при 25°С. Модифицированный материал из семян масличных культур может также содержать по меньшей мере приблизительно 90 мас.% (ств) белка. Кроме того, модифицированный материал из семян масличных культур может включать в себя модифицированный материал из бобов сои.
Может быть получен модифицированный материал из семян масличных культур, содержащий по меньшей мере приблизительно 85 мас.% (ств) белка и по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в модифицированном материале из семян масличных культур может характеризоваться очевидной молекулярной массой более 300 кДа. Модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться величиной ММ50 по меньшей мере приблизительно 200 кДа и дисперсия 0,5 мас.% (ств) модифицированного материала из семян масличных культур в 0,5 мас.%-ном водном растворе сахарозы может характеризоваться поглощением при 500 нм не более, чем приблизительно 0,95. Модифицированный материал из семян масличных культур может содержать по меньшей мере приблизительно 90 мас.% (ств) белка. Кроме того, модифицированный материал из семян масличных культур может включать в себя модифицированный материал из бобов сои.
Может быть получен модифицированный материал из семян масличных культур, содержащий по меньшей мере приблизительно 85 мас.% (ств) белка и по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в модифицированном материале из семян масличных культур может характеризоваться очевидной молекулярной массой более 300 кДа. Модифицированный материал из семян масличных культур может также характеризоваться величиной MM50 по меньшей мере приблизительно 200 кДа и температурой плавления по меньшей мере приблизительно 87°С. Модифицированный материал из семян масличных культур может содержать по меньшей мере приблизительно 90 мас.% (ств) белка. Кроме того, модифицированный материал из семян масличных культур может включать в себя модифицированный материал из бобов сои.
Может быть получен модифицированный материал из семян масличных культур, содержащий по меньшей мере приблизительно 90 мас.% (ств) белка и по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в модифицированном материале из семян масличных культур может характеризоваться очевидной молекулярной массой более 300 кДа. Кроме того, модифицированный материал из семян масличных культур может характеризоваться величиной ММ50 по меньшей мере приблизительно 200 кДа и величиной ВМЭ не более чем приблизительно 0,75 мл. Модифицированный материал из семян масличных культур может содержать по меньшей мере приблизительно 90 мас.% (ств) белка. Более того, модифицированный материал из семян масличных культур может включать в себя модифицированный материал из бобов сои.
Может быть получен модифицированный материал из семян масличных культур, содержащий по меньшей мере приблизительно 90 мас.% (ств) белка и по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в модифицированном материале из семян масличных культур может характеризоваться очевидной молекулярной массой более 300 кДа. Кроме того, модифицированный материал из семян масличных культур может характеризоваться величиной MM50 по меньшей мере приблизительно 200 кДа и фактором помутнения не более чем приблизительно 0,95. Модифицированный материал из семян масличных культур может содержать по меньшей мере приблизительно 90 мас.% (ств) белка. Более того, модифицированный материал из семян масличных культур может включать в себя модифицированный материал из бобов сои.
Модифицированный материал из семян масличных культур может быть получен способом, который включает в себя экстракцию материала из семян масличных культур водным щелочным раствором с образованием суспензии твердых частиц в экстракте из семян масличных культур и пропускание экстракта через систему фильтрации, включающую микропористую мембрану, для получения пермеата и обогащенного белком ретентата. Микропористая мембрана может характеризоваться фильтрующей поверхностью с краевым углом смачивания не более чем приблизительно 30 градусов.
Модифицированный материал из семян масличных культур может быть получен способом, который включает экстракцию материала из семян масличных культур при температуре от 20°С до 60°С водным раствором с величиной рН от 7,5 до 10,0 с образованием смеси твердых частиц в щелочном экстракционном растворе, удаление из смеси по меньшей мере части твердых частиц с образованием осветленного экстракта и пропускание осветленного экстракта при температуре от 55°С до 60°С через систему фильтрации для получения пермеата и обогащенного белком ретентата. Фильтрационная система может включать в себя микропористую модифицированную мембрану из полиакрилонитрила. Модифицированная микропористая мембрана из полиакрилонитрила может характеризоваться величиной ОММ от 25000 до 500000 и фильтрующей поверхностью с краевым углом смачивания не более чем приблизительно 30 градусов.
Целесообразно, чтобы время контактирования (т.е. время выдерживания материала из семян масличных культур в водном растворе) составляло менее 1 ч. Если используют непрерывный многостадийный процесс (т.е. противоточную экстракцию), целесообразно, чтобы очевидное время контактирования (т.е. среднее время выдерживания материала из семян масличных культур в водном растворе) составляло не более чем приблизительно 1 ч.
Кроме того, способ может включать в себя диафильтрацию обогащенного белком ретентата с использованием фильтрационной системы для получения содержащего белок диафильтрационного ретентата. Целесообразно проводить нагревание диафильтрационного ретентата, по меньшей мере приблизительно до 75°С в течение достаточного количества времени для получения пастеризованного ретентата.
Пищевые композиции с белковой добавкой по настоящему изобретению могут включать в себя модифицированный материал из семян масличных культур, который обычно содержит по меньшей мере приблизительно 85 мас.% и более предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 90 мас.% белка (в расчете на массу сухих твердых веществ (ств)).
Пищевая композиция может включать в себя модифицированный материал из семян масличных культур, который характеризуется величиной ММ50 по меньшей мере приблизительно 200 кДа и по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в 50 мг образца модифицированного материала из семян масличных культур может быть растворено в 1,0 мл воды при 25°С.
Пищевая композиция может включать в себя модифицированный материал из семян масличных культур, который характеризуется величиной MM50 по меньшей мере приблизительно 200 кДа и фактором помутнения не более чем приблизительно 0,95 при 500 нм.
Пищевая композиция может включать в себя модифицированный материал из семян масличных культур, который характеризуется величиной MM50 по меньшей мере приблизительно 200 кДа и величиной КРА по меньшей мере приблизительно 80.
Пищевая композиция может включать в себя модифицированный материал из семян масличных культур, который характеризуется фактором помутнения не более чем приблизительно 0,95 при 500 нм, причем по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в модифицированном материале из семян масличных культур может характеризоваться очевидной молекулярной массой по меньшей мере 300 кДа.
Пищевая композиция может включать в себя модифицированный материал из семян масличных культур, который характеризуется величиной ММ50 по меньшей мере 200 кДа и по меньшей мере 40 мас.% белка в 50 мг образца модифицированного материала из семян масличных культур может быть растворено в 1,0 мл воды при 25°С.
Пищевая композиция может включать в себя модифицированный материал из семян масличных культур, причем по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в модифицированном материале из семян масличных культур можетхарактеризоваться очевидной молекулярной массой по меньшей мере 300 кДа; и по меньшей мере 40 мас.% белка в 50 мг образца модифицированного материала из семян масличных культур может быть растворено в 1,0 мл воды при 25°С.
Пищевая композиция может включать в себя модифицированный материал из семян масличных культур, который характеризуется содержанием бактерий не более 50000 КОЕ/г и температурой плавления по меньшей мере 87°С.
Пищевая композиция может включать в себя модифицированный материал из семян масличных культур, который может быть получен способом, включающим: (а) экстракцию материала из семян масличных культур водным щелочным раствором с образованием суспензии твердых частиц в экстракте из семян масличных культур; и (б) пропускание экстракта через систему фильтрации, включающую микропористую мембрану для получения пермеата и обогащенного белком ретентата. Микропористая мембрана обычно характеризуется фильтрующей поверхностью с краевым углом смачивания не более чем приблизительно 30 градусов.
Пищевая композиция может включать в себя сахар, воду и модифицированный материал из бобов сои, который обычно содержит по меньшей мере приблизительно 90 мас.% белка (ств). Модифицированный материал из семян масличных культур характеризуется величиной ММ50 по меньшей мере 400 кДа и по меньшей мере 40 мас.% белка в 50 мг образца модифицированного материала из семян масличных культур может быть растворено в 1,0 мл воды при 25°С.
Способ получения модифицированного материала из семян масличных культур может включать в себя экстракцию материала из семян масличных культур водным раствором с образованием суспензии твердых частиц в экстракте из семян масличных культур и пропускание экстракта через систему фильтрации, включающую микропористую мембрану, для получения первого пермеата и обогащенного белком ретентата, причем микропористая мембрана характеризуется фильтрующей поверхностью с краевым углом смачивания не более чем 30 градусов.
В подходящем варианте воплощения настоящего изобретения микропористая мембрана может характеризоваться размером пор не более чем приблизительно 1,5 мкм.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения осветленный экстракт может проходить через систему фильтрации при давлении над мембраной не более 344,5 кПа.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения первый пермеат может быть разделен с использованием обратноосмотической (ОО) мембраны на ОО ретентат и ОО пермеат.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения экстракт может проходить через систему фильтрации при температуре от 55°С до 60°С.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения обогащенный белком ретентат подвергают диафильтрации через систему фильтрации, при этом получают диафильтрационный ретентат и диафильтрационный пермеат.
В предпочтительном подходящем варианте воплощения настоящего изобретения первый пермеат и диафильтрационный пермеат могут быть объединены, при этом получают объединенный пермеат, который может быть разделен с использованием ОО мембраны на ОО ретентат и ОО пермеат.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения диафильтрация обогащенного белком ретентата включает в себя разбавление обогащенного белком ретентата водным растворителем, который содержит ОО пермеат.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения ОО пермеат может поступать в систему рециркуляции водного раствора, предназначенного для экстракции материала из семян масличных культур.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения материал из семян масличных культур можно экстрагировать водным щелочным раствором с образованием суспензии.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения величина рН водного щелочного раствора составляет от 6,5 до 10.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения пропускание экстракта через систему фильтрации включает первое пропускание исходного объема экстракта через систему фильтрации, причем в питающий резервуар с экстрактом добавляют воду, чтобы поддерживать исходный объем, и второе пропускание экстракта через систему фильтрации, при этом ретентат концентрируется по меньшей мере в 2,5 раза по отношению к исходному объему.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения микропористая мембрана представляет собой ультрафильтрационную мембрану с величиной ОММ не более 500000.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения размер пор микропористой мембраны составляет от 0,1 до 1,0 мкм.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения микропористая мембрана представляет собой мембрану из гидрофильного полиэфирсульфона.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения микропористая мембрана включает нитрилсодержащий полимер.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения мембрана представляет собой мембрану из модифицированного полиакрилонитрила.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения мембрана предназначена для выдерживания при температуре по меньшей мере вплоть до приблизительно 75°С.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения мембрана предназначена для выдерживания в водных растворах с рН в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 11.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения мембрана способна выдерживать обработку раствором окислителя.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения ретентат может быть нагрет по меньшей мере до 75°С в течение достаточного периода времени с образованием пастеризованного ретентата.
Способ получения соевого белкового продукта может включать в себя экстракцию материала из бобов сои при температуре от 20°С до 35°С водным щелочным раствором с образованием смеси твердых частиц в экстракционном растворе, удаление по крайней мере части смеси твердых частиц для получения осветленного экстракта и пропускание осветленного экстракта при температуре от 55°С до 60°С через систему фильтрации, включающую микропористую мембрану, для получения пермеата и обогащенного белком ретентата, причем микропористая модифицированная мембрана может характеризоваться величиной ОММ от 25000 до 500000 и фильтрующей поверхностью с краевым углом смачивания не более чем приблизительно 30 градусов.
Пищевой продукте белковой добавкой, включающий модифицированный материал из семян масличных культур, где модифицированный материал из семян масличных культур включает в себя по меньшей мере 85 мас.% белка (ств); и дисперсию 0,5 мас.% модифицированного материала из семян масличных культур в 0,5 мас.%-ном водном растворе сахарозы с поглощением при 500 нм не более 0,95.
Белковый препарат из семян масличных культур может быть получен способом, который включает в себя экстракцию материала из семян масличных культур водным раствором с образованием суспензии твердых частиц в экстракте из семян масличных культур и пропускание экстракта через систему фильтрации, включающую микропористую мембрану для получения пермеата и обогащенного белком ретентата, причем микропористая мембрана может характеризоваться фильтрующей поверхностью с краевым углом смачивания не более 30 градусов.
Способ получения белкового продукта из семян масличных культур может включать в себя экстракцию материала из семян масличных культур водным щелочным раствором с образованием щелочной суспензии твердых частиц в экстракте из семян масличных культур и пропускание экстракта через систему фильтрации, включающую микропористую мембрану, для получения первого пермеата и обогащенного белком ретентата, причем микропористая мембрана сформована из нитрилсодержащей полимерной матрицы, которая включает фильтрующую поверхность, содержащую достаточное количество незаряженных замещенных амидных групп, которые обеспечивают образование поверхности с краевым углом смачивания не более чем приблизительно 40 градусов.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения незаряженные замещенные амиды включают в себя N-алкилоламидные группы.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения N-алкиллоамидные группы включают в себя N-метилоламидные группы.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения мембрана представляет собой мембрану из модифицированного полиакрилонитрила.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения мембрана характеризуется величиной ОММ от 25000 до 500000.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения мембрана характеризуется фильтрующей поверхностью с краевым углом смачивания не более 15 градусов.
В другом подходящем варианте воплощения настоящего изобретения размер пор мембраны составляет не более 0,5 мкм.
Может быть получен сухой твердый модифицированный материал из семян масличных культур, содержащий по меньшей мере 85 мас.% белка (ств), причем отношение ионов натрия к общему количеству ионов натрия, кальция и калия составляет не более чем приблизительно 0,5.
Может быть получен сухой твердый модифицированный материал из семян масличных культур, содержащий по меньшей мере 85 мас.% белка (ств) и содержащий не более чем приблизительно 7000 мг/кг ионов натрия (ств).
Настоящее изобретение описано со ссылками на различные специфические и иллюстративные варианты воплощения настоящего изобретения и методики. Однако следует понимать, что многочисленные варианты и модификации могут быть выполнены в пределах сущности и объема настоящего изобретения.
Родственные заявки
Настоящая заявка является частично продолжающей заявкой, серийный номер 09/883496 с названием "Protein Supplemented Beverage Compositions (Композиции для напитков с белковой добавкой)", поданной 18 июня 2001 года; частично продолжающей заявкой, серийный номер 09/883558 с названием "Protein Supplemented Pocessed Meat Compositions (Композиции готовых мясных продуктов с белковой добавкой)", поданной 18 июня 2001 года; частично продолжающей заявкой, серийный номер 09/883495 с названием "Protein Supplemented Confectionary Compositions (Композиции для кондитерских изделий с белковой добавкой)", поданной 18 июня 2001 года; частично продолжающей заявкой, серийный номер 09/883849 с названием "Protein Supplemented Frozen Dessert Compositions (Композиции замороженных десертов с белковой добавкой)", поданной 18 июня 2001 года; частично продолжающейся заявкой, серийный номер 09/883552 с названием "Modified Oilseed Material (Модифицированный материал из семян масличных культур)", поданной 18 июня 2001 года, которая, в свою очередь, является частично продолжающей заявкой, серийный номер 09/717923 с названием "Process for Producing Oilseed Protein Products (Способ получения белковых продуктов из семян масличных культур)", поданной 21 ноября 2000 года, полное описание которых включено в настоящее описание в качестве ссылки.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| НЕПРЕРЫВНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВОГО ИЗОЛЯТА ИЗ СЕМЯН МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР | 2002 |
|
RU2314705C2 |
| ПРОИЗВОДСТВО БЕЛКОВОГО ИЗОЛЯТА ИЗ СЕМЯН МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР | 2002 |
|
RU2316223C2 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВОГО ИЗОЛЯТА КАНОЛЫ | 2003 |
|
RU2342848C2 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛКОВОГО ИЗОЛЯТА КАНОЛЫ, ВКЛЮЧАЮЩИЙ ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ | 2006 |
|
RU2422035C2 |
| ЭКСТРАКЦИЯ БЕЛКА ИЗ КОРМОВОЙ МУКИ ИЗ ЖМЫХА СЕМЯН МАСЛИЧНОЙ КАНОЛЫ | 2003 |
|
RU2361415C2 |
| ПОЛУЧЕНИЕ БЕЛКОВЫХ ПРОДУКТОВ ("810") ИЗ НЕСОЕВЫХ МАСЛИЧНЫХ СЕМЯН | 2017 |
|
RU2764800C2 |
| УВЕЛИЧЕННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ БЕЛКА ИЗ СЕМЯН МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР | 2002 |
|
RU2318397C2 |
| ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОЛЯТА БЕЛКА КАНОЛЫ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В АКВАКУЛЬТУРЕ | 2005 |
|
RU2386341C2 |
| ПРОИЗВОДСТВО МУКИ ИЗ МАСЛИЧНЫХ СЕМЯН | 2004 |
|
RU2405373C2 |
| ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОЛЯТА СОЕВОГО БЕЛКА С ПОМОЩЬЮ ЭКСТРАКЦИИ ХЛОРИДОМ КАЛЬЦИЯ ("S703 CIP") | 2012 |
|
RU2620949C2 |
Изобретение относится к пищевой промышленности и, в частности, касается модифицированного материала из масличных культур и технологии его получения. Модифицированный материал из семян масличных культур получен способом, в котором проводят экстракцию материала из семян масличных культур водным раствором с образованием суспензии. Затем отделяют экстракт и пропускают через систему фильтрации, включающую микропористую мембрану. При этом используют микропористую мембрану, характеризующуюся величиной отсечения молекулярной массы (ОММ) по меньшей мере 25000 и фильтрующей поверхностью с краевым углом смачивания не более 40°. 4 н. и 22 з.п. ф-ы, 20 табл., 12 ил.
| US 4420425, 13.12.1983 | |||
| US 5086166, 04.02.1992 | |||
| Растительный белок | |||
| Перевод | |||
| ДОЛГОПОЛОВА В.Г | |||
| /Под ред | |||
| Т.П.МИКУЛОВИЧ | |||
| - М.: ВО "АГРОПРОМИЗДАТ", 1991, с.441-446. |
