КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ СОКА КОРНЕПЛОДОВ ИЛИ КЛУБНЕЙ ВЫМОРАЖИВАНИЕМ Российский патент 2020 года по МПК A23J1/16 A23J3/14 A23L19/10 A23L27/00 

Настоящее изобретение относится к области обработки сока из корнеплодов или клубней, в частности, картофельного сока. Сок из корнеплодов или клубней представляет собой водную жидкость, полученную из корнеплодов или клубней, которую можно получать, например, в качестве побочного продукта после выделения крахмала из клубней картофеля, или из бокового потока, полученного при резке и переработке пищевого картофеля при приготовлении например, картофеля фри. Сок из корнеплодов или клубней богат различными функциональными пептидами, а также другими компонентами. Кроме того, он доступен в больших количествах благодаря тому масштабу, в котором обрабатывают корнеплоды или клубни, в первую очередь картофель. Все это делает сок из корнеплодов или клубней потенциально интересным источником различных компонентов.

Однако сок из корнеплодов или клубней имеет недостаток, состоящий в том, что такой сок по своей природе нестабилен. Сырой сок из корнеплодов или клубней содержит большое количество нативных ферментов, многие из которых обладают интересными свойствами. Однако некоторые из этих ферментов являются протеолитическими, так что они разрушают другие белки и пептиды в соке из корнеплодов или клубней, поэтому сырой сок из корнеплодов или клубней теряет нативный характер в течение часа. Инактивация этих ферментов, например, при тепловой или кислотной обработке, неприемлема, поскольку при этом происходит денатурация ферментов, разрушение интересных функциональных компонентов и исчезновение желательных свойств, которые присущи белкам в нативном состоянии.

Кроме того, сок из корнеплодов или клубней имеет тенденцию легко окисляться. Сырой сок из корнеплодов или клубней содержит большое количество фенольных кислот, полиненасыщенных жирных кислот, а также липоевую кислоту и сульфоаминокислоты, которые под воздействием кислорода из воздуха и/или ферментов разрушаются с образованием различных токсичных и/или окрашенных соединений. Окисление также приводит к превращению фенольных соединений в хиноны, которые быстро объединяются в темный полимерный осадок. Во время реакции процесса окисления белки могут частично сшиваться, что резко снижает растворимость и природное состояние белков.

Кроме того, такие процессы отрицательно влияют на вкус сока из корнеплодов или клубней.

Такие процессы разрушения исключают применение даже в легкой степени разложившегося сока из корнеплодов или клубней для выделения компонентов пищевого качества, кроме тех случаев, когда применяются дорогостоящие методы очистки.

Кроме того, в соке из корнеплодов или клубней образуются продукты реакции Майяра. Продукты реакции Майяра формируются из свободных аминов и восстанавливающих сахаров при повышенной температуре в сложной серии накладывающихся друг на друга реакций, которые приводят к потемнению материала и развитию летучих ароматических веществ. Хотя в некоторых продуктах такая реакция желательна, но неконтролируемые реакции Майяра приводят к получению неприятных темных продуктов с «горелым» запахом. Процессы сушки в частности приводят к образованию продуктов реакции Майяра.

Реакции гидролиза и окисления, упомянутые выше, усугубляются наличием эндогенных ферментов в соке корнеплодов или клубней, в частности пататина, полифенолоксидазы и липоксигеназы. Более того, в результате протеолиза белки превращаются в горькие пептиды. Кроме того, сок корнеплодов или клубней может содержать высокий уровень нежелательных микроорганизмов, причиной чему служат инфицированные клубни. Эти организмы испортят сок, имея на то время и возможность. Желательные соединения, такие как 5'-нуклеотиды, дефосфорилируются в нуклеозиды.

Известный способ удаления воды из водных дисперсий или растворов, содержащих неустойчивые соединения, представляет собой концентрирование вымораживанием. Концентрирование вымораживанием густого сока картофеля с выделением кристаллического материала, в частности, нитрата калия или фосфата калия, упоминалась в WO 01/28958, но описанная там процедура не позволяет получать приемлемые результаты при использовании свежего картофельного сока, поскольку приводит к денатурации белка картофеля, что нежелательно в данном контексте (густой картофельный сок представляет собой коагулированный при тепловом воздействии картофельный сок, из которого удаляют коагулированный (денатурированный) белок и который затем концентрируют).

Кроме того, сок корнеплодов или клубней обычно содержит множество соединений, которые препятствуют образованию и росту льда. Наличие таких соединений также препятствует фильтрованию, так как фильтры легко забиваются.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу обработки сока корнеплодов или клубней, включающему:

a) предварительную обработку указанного сока корнеплодов или клубней с удалением липидов корнеплодов или клубней до уровня менее 28 г/кг сухого веса;

b) охлаждение указанного сока корнеплодов или клубней до температуры от -0,3°С до -16°С с образованием кристаллов льда; и

c) отделение указанных кристаллов льда от указанного сока корнеплодов или клубней с получением концентрированного сока корнеплодов или клубней в качестве первого сокового продукта из корнеплодов или клубней. Кроме того, настоящее изобретение относится к способам получения продуктов из обедненных белками соков корнеплодов или клубней, а также к продуктам, содержащим свободные аминокислоты корнеплодов или клубней, и к их применению.

ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фигура 1: зависимость точки замерзания картофельного сока от содержания растворимых твердых веществ.

Фигура 2: вид выхода ленточного фильтра. Концентрирование вымораживанием не подвергавшегося предварительной обработке картофельного сока приводит к засорению фильтровальной ткани.

Фигура 3: вид выхода ленточного фильтра. Отфильтрованный и промытый ледяной осадок, полученный при концентрировании вымораживания после предварительной обработки с удалением липидов.

Фигура 4: преобразование gln в glu при помощи Amano SD-C100S (Amano, Япония).

Фигура 5: преобразование gln в glu при помощи PreventAse (DSM).

Фигура 6: преобразование gin в ГАМК.

Фигура 7: эмульгирующие способности (ЕС) концентрированных вымораживанием материалов по сравнению с НС PI и TPI. В целом, концентрированные вымораживанием материалы имели более сильные эмульгирующие способности (ЕС) по сравнению с НС PI, для которого эмульсия не стабилизировалась вообще, и более сильные ЕС по сравнению с TPI.

Фигура 8: эмульгирующая способность (ЕС) полученных при концентрировании вымораживанием картофельных и белковых концентратов по сравнению с полными изолятами белка при рН 3.

Фигура 9: Прочность геля для концентрированных вымораживанием ТРС, ТРоС, dTPC по сравнению с TPI 1 при рН 7,0 и рН 3 при концентрации белка 7 мас. %.

Фигура 10: Растворимость образцов концентрированного вымораживанием белка по сравнению с образцами белка ТР1 и ТР2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу обработки сока корнеплодов или клубней, включающему:

a) предварительную обработку сока корнеплодов или клубней с удалением липидов корнеплодов или клубней до уровня менее 28 г/кг сухого веса;

b) охлаждение указанного сока корнеплодов или клубней до температуры от -0,3°С до -16°С с образованием кристаллов льда; и

c) отделение указанных кристаллов льда от указанного сока корнеплодов или клубней с получением концентрированного сока корнеплодов или клубней в качестве первого сокового продукта из корнеплодов или клубней.

В контексте настоящего документа сок корнеплодов или клубней представляет собой сок из корнеплодов или клубней, а в дальнейшем также может называться «соком». Корнеплоды и клубни включают следующее: виды картофеля (Solanum tuberosum или ирландский картофель, сезонная культура, выращиваемая в умеренных климатических зонах по всему миру); сладкий картофель (Ipomoea batatas, сезонная культура, выращиваемая в тропических и субтропических регионах, применяемая главным образом для питания человека); кассава (в том числе Manihot esculenta, syn. М. utilissima, также называемая маниок, мандиока или юка; и М. palmata, syn. М. dulcis, которая также называется сладкая юка, которые являются полупостоянными культурами, выращиваемыми в тропических и субтропических регионах); ямс (Dioscorea spp), широко выращиваемый в тропиках в качестве крахмалистого пищевого продукта); филотения (группа, включающая несколько растений, выращиваемых главным образом в Карибском бассейне, у некоторых из них съедобны клубни, а у некоторых - стебли, включая Xanthosoma spp, также называемые ксантосомой, новой колоказией, окумо; включая таннию (X. sagittifolium)); таро (Colocasia esculenta, группа ароидных, культивируемая ради их съедобных крахмалистых клубнелуковиц, или подземных стеблей, и выращиваемая в тропиках для употребления в пищу, также называемая дашин, эддо, таро или старая колокозия); аракача (Arracacoa xanthorrhiza); маранта (Maranta arundinacea); чуфа (Cyperus esculentus); саговник (Metroxylon spp.); ока и уллюко (Oxalis tuberosa и Ullucus tuberosus); пахиризус и хикама (Pachyrxhizus erosus и P. angulatus); настурция клубненосная (Tropaeolum tuberosum); артишок иерусалимский (топинамбур, Helianthus tuberosus).

Предпочтительно корнеплод иди клубень представляет собой картофель, сладкий картофель, маниок или ямс, более предпочтительно корнеплод или клубень представляет собой картофель (Solarium tuberosum).

В контексте настоящего документа сок корнеплодов или клубней представляет собой водную жидкость, полученную из корнеплодов или клубней, например, при помощи прессования, измельчения и фильтрования, обработки импульсными электрическими полями, из стоков водяных струй при производстве продуктов из обработанных корнеплодов или клубней, таких как чипсы и картофель фри, или другими способами, известными в данной области техники. Выпадающие в осадок нерастворимые твердые вещества по существу отсутствует в соке корнеплодов или клубней, но полученный сок обычно содержит взвешенные твердые частицы или растворимые предшественники, которые естественным образом образуют твердые вещества при разрушении через какое-то время, которые не оседают под действием силы тяжести или оседают незначительно, и которые придают такому соку мутность. Общее содержание твердых взвешенных веществ (TSS) обозначает весь твердый материал, присутствующий в диспергированной форме в соке корнеплодов или клубней. Этот твердый материал достаточно мал и не опускается на дно, чтобы таким образом отделиться от раствора, но также он не растворен молекулярно. Вкратце, TSS представляет собой общее количество не растворенных, но диспергированных твердых веществ в соке корнеплодов или клубней.

В контексте настоящего документа сок корнеплодов или клубней представляет собой сырой сок корнеплодов или клубней, то есть сок корнеплодов или клубней, в котором компоненты присутствуют в естественном состоянии. Об этом можно судить при помощи анализа, показывающего, находятся ли белки в своем нативном состоянии; это можно определить при помощи испытаний на (повторную) растворимость или динамического калориметрического сканирования (Walstra, Р. (2003). Proteins. In Physical Chemistry of Foods (pp. 221-267). New York: Marcel Dekker Inc.). Кроме того, сок корнеплодов или клубней в контексте настоящего документа предпочтительно по существу не имеет цвета. Это можно увидеть, проанализировав общий цвет сока корнеплодов или клубней.

Общий цвет определяется как сумма поглощения при 420, 520 и 620 нм на растворе с содержанием твердых веществ 4,5 мас. %. Для соков, имеющих различное содержание твердых веществ, раствор можно, например, разбавить до 4,5 мас. %, чтобы непосредственно определить общий цвет, или общий цвет можно получить математически при введении поправки на содержание твердого вещества, например, в случае содержания твердого вещества в соке ниже 4,5 мас. %.

В контексте настоящего документа сок можно применять в том виде, в котором он получен. Однако, в контексте настоящего документе сок корнеплодов или клубней можно подвергать определенной обработке, которая не изменяет или почти не изменяет сырое, естественное состояние компонентов сока.

Таким образом, сок корнеплодов или клубней необязательно можно разводить или концентрировать до осуществления настоящего способа. Разведение можно осуществлять добавлением растворителя, который не денатурирует белки (предпочтительно воды) и который содержит меньше белка и/или солей, чем сок корнеплодов или клубней, который подлежит разведению. Наиболее предпочтительно растворитель, который не денатурирует белки, представляет собой обычную воду, которая может иметь рН от 4 до 8. Кислоты и/или соли, подходящие для достижения этого значения рН, указаны в других документах.

Концентрирование сока корнеплодов или клубней можно осуществлять обычными методами. Подходящие методы включают выпаривание, концентрацию при помощи мембран (которую также называют «обратным осмосом»), а также альтернативное разделение на мембране, такое как мембранная дистилляция (MD) и первапорация (PER).

Для выпаривания обычно использует газожидкостное разделение фаз, что относительно недорого. Специалист в данной области техники хорошо осведомлен о методах, которые позволяют концентрировать соки при помощи выпаривания.

При помощи выпаривания можно получить любое содержание сухого вещества до примерно 100 мас. %, но также можно получать и растворы с высоким содержанием сухого вещества, например до 50 мас. %. Однако выпаривание несет риск денатурации белка и обычно проходит относительно медленно. Чтобы сохранить нативную структуру белка, выпаривание необходимо проводить при относительно низких температурах, например, при комнатной температуре, но даже тогда получают продукт более низкого качества из-за медленной скорости, с которой происходит выпаривание.

Поэтому выпаривание предпочтительно используют в комбинации с методами, которые приводят к получению денатурированного изолированного белка, такими как тепловая коагуляция, хотя выпаривание можно использовать в сочетании с методами, используемыми для выделения нативного белка (см. ниже).

Обратный осмос (RO) основан на молекулярно-ситовом механизме полупроницаемых мембран, которые удерживают твердые вещества и растворенные соединения, а также концентрированный сок (концентрат), но пропускают воду (пермеат). При использовании обратного осмаса верхний предел содержания сухого вещества составляет приблизительно 25 мас. %, что обусловлено осмотическим давлением исходного сока.

Обратный осмос может быть выполнен двумя способами: в непрерывном режиме требуются несколько блоков мембранного разделения, которые поэтапно увеличивают концентрацию. В периодическом режиме концентрат возвращают в RO-блок до тех пор, пока не будет достигнута желаемая концентрация. Специалист в данной области техники хорошо осведомлен о том, как сконфигурировать установку обратного осмоса для определенного сока для достижения определенной желаемой концентрации.

Кроме того, с настоящим изобретением предлагается применять сок корнеплодов или клубней, который подвергся обработке другими способами, после которых молекулярные компоненты сока остаются в своем «сыром» состоянии (т.е. сохраняют свою естественную функциональность). Примерами такой обработки являются удаление крахмала, регулирование рН, добавление или удаление солей, пеногашение удаление волокон корнеплодов или клубней, фильтрование или хроматография в расширяющемся слое.

рН сока корнеплодов или клубней можно регулировать любыми способами, известными в данной области техники, такими как добавление, например, сильных кислот, таких как HCl, H₂SO₄, Н₃РО₄, добавление слабых кислот, таких как уксусная кислота, лимонная кислота, муравьиная кислота, молочная кислота, глюконовая кислота, пропионовая кислота, яблочная кислота, янтарная кислота, адипиновая кислота, винная кислота, бисульфит натрия (полученный из газообразного SO₂ или NaHSO₃), добавление сильных оснований, таких как NaOH, KOH, или добавление слабых оснований, таких как аммиак, сода, поташ или подходящее конъюгированное основание вышеуказанных кислот. Также можно добавлять комбинации этих кислот и оснований, например, для получения забуференного сока корнеплодов или клубней.

В контексте настоящего изобретения HCl является предпочтительной сильной кислотой, адипиновая кислота является предпочтительной слабой кислотой (поскольку она прекращает превращение глутамата в ГАМК), а гидроксид натрия или калия являются предпочтительными сильными основаниями.

Другая обработка - это добавление солей в сок корнеплодов или клубней или их удаление. Соли можно добавлять для стабилизации сырого сока корнеплодов или клубней, для контроля химических и ферментативных реакций, для регулирования проводимости или для регулирования растворимости различных ионных частиц. Подходящие соли включают, например, соли, образованные из катионов натрия, калия, магния, кальция и анионов хлорида, фосфата, сульфита и ацетата. Предпочтительно добавляемые соли представляют собой хлорид натрия или калия, фосфат кальция, сульфит натрия или калия и ацетат натрия.

Соли также можно удалять с помощью таких методов, как диафильтрация, электродиализ или емкостная деионизация. Кроме того, можно добавлять другие соединения, такие как, например, соединения, ингибирующие протеолитические ферменты. Такие соединения хорошо известны в данной области техники.

Другая обработка - это, например, удаление крахмала, такое как обычное промышленное получение крахмальных гранул. Способы удаления крахмала хорошо известны. В контексте настоящего изобретения сок корнеплодов или клубней предпочтительно представляет собой побочный продукт изоляции крахмала. То есть, в контексте настоящего изобретения сок корнеплодов или клубней предпочтительно содержит не более 1,0 мас. % крахмала, более предпочтительно 0,5 мас. %, наиболее предпочтительно 0,01 мас. % крахмала. Наиболее предпочтительно в контексте настоящего изобретения сок корнеплодов или клубней претерпел удаление крахмала и одну или несколько обработок, таких как фильтрование, обратный осмос, флокуляция, седиментация, сепарация ультразвуковой стоячей волной или центрифугирование.

Предпочтительно настоящий способ относится к обработке сока корнеплодов или клубней в промышленном масштабе, таком, при котором количество сока корнеплодов или клубней на технологическую линию составляет по меньшей мере 0,01 м³/ч, предпочтительно по меньшей мере 0,1 м³/ч, более предпочтительно по меньшей мере 1 м³/ч, еще более предпочтительно по меньшей мере 10 м³/ч.

Было обнаружено, что для того, чтобы концентрировать вымораживанием сырой сок корнеплодов или клубней в приемлемом и экономичном процессе, необходимо, чтобы до проведения концентрирования вымораживанием из сока корнеплодов или клубней были удалены липиды. Липиды корнеплодов или клубней следует удалять до уровня менее 28 г/кг сухой массы, предпочтительно менее 25, более предпочтительно менее 23, более предпочтительно менее 21, более предпочтительно менее 19, наиболее предпочтительно менее 16 г/кг сухой массы. Предпочтительно липиды корнеплодов или клубней, подлежащие удалению, представляют собой ненасыщенные липиды. Количество липидов корнеплоднов или клубней в соке корнеплодов или клубней можно определить по методу Матьяша и др. (Matyash V., Liebisch G., Kurzchalia T.V., Shevchenko A., & Schwudke D. (2008), J Lipid Res. 49(5): 1137-46 "Lipid extraction by methyl-tert-butyl ether for high-throughput lipidomics").

Очень важно, чтобы предварительная обработка, в ходе которой удаляют липиды из корнеплодов или клубней, не влияла или почти не влияла на «сырой» характер сока, то есть на нативное состояние белка в соке корнеплодов или клубней. Специалисту в данной области техники известно о различных способах удаления липидов корнеплодов или клубней, которые не изменяют нативное состояние белка. Эти методы включают, например, флокуляцию, осаждение, флотацию, центрифугирование или микрофильтрование.

Флокуляцию можно осуществлять путем электрофлокуляции с использованием Fe-электродов или путем добавления природных или синтетических полиионных соединений, предпочтительно комбинации природных и/или синтетических полианионных и поликатионных соединений. Более предпочтительно флокуляцию осуществляют путем приведения сока корнеплодов или клубней в контакт с коагулянтом и флокулянтом с получением хлопьевидного материала, как описано в заявке PCT/NL 2015/050605, где

a) указанный коагулянт содержит катионный коагулянт, а указанный флокулянт содержит анионный полиакриламид со специфической вязкостью 4-6 мПа⋅с и плотностью зарядов от 45 де 75%; или

b) указанный коагулянт содержит полимерный силикат формулы SiO₃^2- и указанный флокулянт содержит катионный полиакриламид со специфической вязкостью 3-5 мПа⋅с и плотностью зарядов не более 30%; или

c) указанный коагулянт содержит катионный коагулянт и указанный флокулянт содержит каррагенан;

и где хлопьевидный материал затем отделяют от указанного сока с получением осветленного сока корнеплодов или клубней и хлопьевидного материала.

Предпочтительным методом флокуляции является использование полиакриламида, такого как Superfloc А150 от компании Kemira, в сочетании с политанином (таким как Bio20 от компании Servyeco) и k-каррагинаном (таким как Gelcarin GP812 от FMC BioPolymer).

Для альтернативного предпочтительного способа флокуляции используют карбоксиметилцеллюлозу, такую как Walocel CRT 60.000 PA 07 (Dow Chemicals), в сочетании с политанином, таким как BioSO3 (Servyeco) и k-каррагинаном, таким как Gelcarin GP812.

Предпочтительно флокуляцию проводят при температуре ниже 22°С, более предпочтительно ниже 18°С или ниже, например, при 15-18°С. При температурах ниже 22°С скорость разрушения липидов в соке корнеплодов или клубней существенно снижается, что гарантирует, что изолированные продукты будут содержать меньше продуктов окисления липидов.

При температуре выше 18°С часть хлопьев, полученных из сока корнеплодов или клубней, имеют тенденцию «плавать», что препятствует разделению. При температурах 18°С или ниже эта тенденция исчезает.

В целом присутствие липидов препятствует осуществлению концентрирования вымораживанием в какой-либо практически возможной степени, так что очень важно удалить липиды до менее 28 г/кг сухого веса. Удаление липидов в контексте настоящего изобретения может быть неполным, однако для получения высококачественного продукта предпочтительно, чтобы были максимально удалены по меньшей мере ненасыщенные липиды. Ненасыщенные липиды обычно имеют более высокую скорость разрушения, чем насыщенные липиды, так что удаление ненасыщенных липидов оказывает большее влияние на чистоту выделенных продуктов, чем удаление насыщенных липидов. Однако в целом удаление липидов до менее 28 г/кг сухой массы является достаточным для обеспечения выделения высококачественного продукта.

Осаждение можно осуществлять при помощи силы тяжести и центробежной силы, и усиленное осаждение можно осуществлять с использованием статических ультразвуковых волн.

Флотацию можно осуществлять путем добавления микропузырьков или путем старения сока корнеплодов или клубней. Флотацию предпочтительно осуществляют при добавлении микропузырьков.

Центрифугирование можно осуществлять, например, с помощью тарельчатого сепаратора или осадительной центрифуги. Предпочтительно центрифугирование осуществляют с помощью тарельчатого сепаратора.

Фильтрование можно осуществлять, например, при помощи микро-, ультра- или нанофильтрования или с помощью вращающегося вакуумного фильтра с предварительным покрытием. Предпочтительно фильтрование осуществляют с помощью вращающегося вакуумного фильтра с предварительным покрытием.

Среди способов удаления липидов корнеплодов или клубней предпочтительны флокуляция, осаждение или центрифугирование, наиболее предпочтительно флокуляция и осаждение.

Предпочтительно способ согласно настоящему изобретению также включает обработку, позволяющую удалить взвешенные твердые вещества (TSS) до охлаждения сока корнеплодов или клубней с образованием кристаллов льда. Количество TSS можно определять путем определения поглощения сока с содержанием сухого вещества 4,5 мас. % при 620 нм.

TSS предпочтительно следует удалять до уровня менее 3,2, предпочтительно менее 2,7, более предпочтительно менее 2,4, еще более предпочтительно менее 2,1, еще более предпочтительно менее 1,7, еще более предпочтительно менее 0,6 и наиболее предпочтительно до уровня менее 0,2, выраженного в виде поглощения при 620 нм.

TSS можно удалить с достижением таких уровней с помощью высокопроизводительных промышленных тарельчатых сепараторов, высокоскоростного центрифугирования или микрофильтрования.

Предпочтительно TSS можно удалить высокоскоростным центрифугированием или микрофильтрованием.

Наиболее предпочтительной является такая предварительная обработка, которая удаляет как липиды корнеплодов и клубней, так и TSS. К таким методам относятся, например, флокуляция, осаждение, флотация, центрифугирование или микрофильтрование. Также в контексте настоящего изобретения одной особенно предпочтительной предварительной обработкой является флокуляция.

После удаления липидов корнеплодов или клубней и необязательно TSS из сока корнеплодов или клубней при помощи предварительной обработки одним или несколькими способами, как описано, указанный сок корнеплодов или клубней охлаждают до температуры от -0,3°С до -14°С с образованием кристаллов льда. Предпочтительно сок корнеплодов или клубней охлаждают до температуры от -1,5°С до -12°С, более предпочтительно до температуры от -4°С до -9°С, еще более предпочтительно до температуры от -6°С до -9°С.

Точка замерзания сока корнеплодов или клубней зависит от концентрации растворимых твердых веществ и их типа. Точки замерзания сока корнеплодов или клубней при различных концентрациях растворимых твердых веществ показаны на Фиг. 1 на примере картофельного сока. Максимальное содержание сухого вещества (которое представляет собой количество растворимых твердых веществ), которого можно достичь с применением концентрирования вымораживанием, составляет 60 мас. % для соков, которые имеют относительно низкое содержание белка. Для соков с более высоким содержанием белка, таких как исходный сок для настоящего изобретения, можно достичь содержания сухого вещества по меньшей мере 30 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 40 мас. % или более предпочтительно по меньшей мере 50 мас. %.

В дополнительном варианте реализации настоящего изобретения сок корнеплодов или клубней охлаждают до эвтектической точки, чтобы произошла совместная кристаллизация кристаллического компонента с кристаллами льда в эвтектической точке. Эвтектическая точка является характерной точкой фазовой диаграммы для смеси «соль - вода». В эвтектической точке существует равновесие между льдом, солью (или другим кристаллизуемым материалом) и раствором со специфической (постоянной) концентрацией. Эта определенная концентрация называется эвтектической концентрацией, а температура, при которой существует это равновесие, называется эвтектической температурой. Эвтектическая точка кристаллического соединения зависит от концентрации кристаллизующегося твердого вещества (твердых веществ) в соке корнеплодов или клубней.

Эвтектическую точку для конкретного кристаллического соединения можно определить при помощи наблюдения по одновременной кристаллизации льда и другого компонента. Когда непосредственное наблюдение невозможно, эвтектическую точку можно обнаружить по следующим признакам: конечная температура системы не изменяется вне зависимости от количества энергии, которое подается в систему для дальнейшего охлаждения.

Одним соединением, которое может сокристаллизоваться с кристаллами льда, является аспарагин. Для этого сок корнеплодов или клубней должен быть охлажден до температуры от +5°С до -10°С, предпочтительно от -2°С до -8°С, более предпочтительно от -3°С до -7°С, при концентрации аспарагина 15-30 г/л. Наиболее предпочтительно эвтектическая точка сока корнеплодов или клубней, содержащего примерно 30 г/л аспарагина, составляет примерно -4°С.

Продукт аспарагина, который может быть получен этим способом, обычно представляет собой порошок с содержанием сухого вещества по меньшей мере 90 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 95 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 98 мас. %. Сухое вещество содержит по меньшей мере 53 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 86 мас. % свободных аминокислот. Аминокислоты содержат, в мас. % свободных аминокислот, по меньшей мере 90 мас. % аспарагина, предпочтительно по меньшей мере 95 мас. %.

Охлаждение сока корнеплодов или клубней с получением кристаллов льда и необязательно других кристаллов можно осуществлять любыми способами, известными в данной области техники. Предпочтительно охлаждение осуществляют путем кристаллизации суспензии, кристаллизации слоя (пленки) или кристаллизации блока.

В одном варианте реализации охлаждение достигается посредством кристаллизации суспензии, включающей начальную фазу, когда образуются зародыши кристаллов льда (зародышеобразование). и вторую фазу, которая включает в себя рост зародышей льда в растворе. Это можно проводить в теплообменнике с очищаемой поверхностью. В теплообменнике с очищаемой поверхностью стенка охлаждается, так что кристаллы льда обычно задерживаются на охлаждаемой стенке. Движущиеся скребки непрерывно удаляют эти кристаллы, предотвращая образование корки льда на теплообменнике.

В другом варианте реализации настоящего изобретения охлаждение достигается посредством кристаллизации слоя. Это можно осуществлять путем кристаллизации воды, присутствующей в соке, на холодной поверхности, при пропускании указанного сока по указанной поверхности, так что образуется слой льда и происходит концентрирование сока.

Кристаллизация блока происходит, когда жидкий раствор полностью заморожен, а температура в центре продукта в значительной степени ниже точки замерзания. После этого всему замороженному раствору позволяют оттаять и концентрированную фракцию отделяют от ледяной фракции с помощью гравитационного оттаивания или другими способами для повышения эффективности разделения.

Предпочтительными способами охлаждения являются кристаллизация суспензии и кристаллизация слоя, наиболее предпочтительно кристаллизация суспензии, поскольку она обеспечивает высокую скорость роста кристаллов льда и связана с лучшей скоростью передачи тепла и, следовательно, обладает более высокой энергоэффективностью.

Охлаждение сока корнеплодов или клубней предпочтительно осуществляется с использованием как можно более высокой скорости охлаждения, такой как по меньшей мере 4°С/мин, предпочтительно по меньшей мере 8°С/мин, более предпочтительно по меньшей мере 12°С/мин, наиболее предпочтительно по меньшей мере 15°С/мин. Охлаждение до указанной температуры также предпочтительно выполнить в течение 2-10 минут. Охлаждение осуществляется предпочтительно более или менее линейно во времени, но при этом не исключается охлаждение с использованием различных скоростей в разное время.

Необязательно после охлаждения указанного сока корнеплодов или клубней до температуры, определенной выше, указанный сок корнеплодов или клубней выдерживают при этой температуре в течение некоторого времени, чтобы происходил рост сформированных кристаллов льда. В это время сок никогда не оставляют статичным, что можно осуществлять, например, путем перемешивания. Предпочтительно указанный сок корнеплодов или клубней можно выдерживать при указанной температуре в течение от 1 минуты до 24 часов. Предпочтительно указанный сок корнеплодов или клубней можно выдерживать при указанной температуре в течение от 30 минут до 12 часов, более предпочтительно от 1 до 6 часов.

Кроме того, во время охлаждения указанный сок предпочтительно смешивают, предпочтительно путем перемешивания, например, при 200-2000 об/мин, предпочтительно при 400-1000 об/мин, более предпочтительно при 700-1100 об/мин. Для минимизации вспенивания предпочтительной является скорость перемешивания ниже 1100 об/мин, предпочтительно ниже 1000 об/мин.

Этот второй этап настоящего процесса приводит к образованию кристаллов льда. Кристаллы льда предпочтительно представляют собой по существу чистую воду, такую как по меньшей мере 70 мас. % воды, предпочтительно по меньшей мере 80 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 90 мас. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 97 мас. % воды. Указанные кристаллы льда предпочтительно имеют размер от 1 мм до 10 микрон, более предпочтительно 1 мм - 500 микрон, наиболее предпочтительно 900-200 микром. Микрон соответствует микрометру (мкм). В контексте настоящего изобретении размер кристалла льда можно определить путем определения самого длинного прямолинейного диаметра кристалла льда, например, при микроскопическом измерении встроенным лазерным зондом или при визуальном осмотре.

После образования кристаллов льда их отделяют от указанного сока корнеплодов или клубней с получением концентрированного сока корнеплодов или клубней в качестве первого сокового продукта из корнеплодов или клубней. Подходящие способы разделения кристаллов льда от сока корнеплодов или клубней хорошо известны в данной области техники и включают, например, фильтрование, гидравлические промывные колонны и центрифугирование.

Фильтрование предпочтительно осуществляют с использованием фильтров 10-500 мкм, предпочтительно 20-200 мкм, более предпочтительно 40-100 мкм. Фильтрование можно осуществлять в непрерывном или периодическом процессе, но предпочтительно это непрерывный процесс.

В еще одном предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения фильтрование осуществляют при помощи вакуума, как хорошо известно в данной области техники.

Альтернативно отделение кристаллов льда можно осуществлять путем гидравлической промывки, которую можно проводить при использовании гидравлических промывочных колонн.

При гидравлической промывке концентрат выжимаю через фильтр на дне промывочной колонны. Таким образом образуется уплотненный слой кристаллов льда. Затем указанный уплотненный слой подталкивается вверх. В верхней части промывочной колонны лед удаляют и расплавляют, а часть выплавленной воды используют для промывки уплотненного слоя. В одном из вариантов гидравлической промывки используют поршень чтобы проталкивать смесь лед/вода через нижний фильтр, и в этом случае этот метод иногда называют промывкой с продавливанием поршнем.

Альтернативно отделение кристаллов льда можно осуществлять путем центрифугирования, которую можно проводить при помощи центрифуги с ножевым съемом осадка.

Жидкость закачивают в центрифугу для осветления фильтрованием, где на нее воздействуют перегрузки в много g (до 7500 раз больше силы тяжести), и сок разделяется на тяжелую фазу (маточный раствор) и легкую фазу (лед). Благодаря высокой центробежной силе жидкая фаза отделяется от льда и проходит через фильтр, расположенный на стенке центрифуги. Уплотненный лед снимается ножом для съема осадка, при помощи которого счищенный лед передается в линии для выводя льда. Любые остаточные твердые частицы отделяются и удаляются вручную из установок по очистке с ручным управлением или автоматически выгружаются с помощью автоматической установки по самоочистке.

В случае, если охлаждение сока корнеплодов или клубней было связано с совместной кристаллизацией кристаллизуемого соединения, например, аспарагина, указанное соединение отделяют от сока корнеплодов или клубней с кристаллами льда. Его можно выделить путем плавления льда и последующего выделения указанного кристаллизуемого соединения известными способами, такими как, например, кристаллизация или сушка.

После отделения кристаллов льда от сока корнеплодов или клубней получают концентрированный сок корнеплодов или клубней. Концентрированный сок корнеплодов или клубней содержит по меньшей мере 30 мас. % белка, предпочтительно по меньшей мере 35 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 40 мас. %, например, 30-50 мас. % белка, предпочтительно 30-60 мас. %, более предпочтительно 30-70 мас. % белка. Содержание белка в концентрированном соке корнеплодов или клубней выражается в мас. % в пересчете на сухое вещество сока. Содержание белка по сухому веществу можно определить при помощи быстрого анализатора белка Sprint™. Белок в концентрированном соке корнеплодов или клубней представляет собой по существу нативный белок.

Явное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что белок, полученный концентрированием вымораживанием, разрушен в меньшей степени и, следовательно, имеет более высокое качество, чем известные белковые продукты. Протеин, полученный концентрированием вымораживанием, окисляется и гидролизуется в меньшей степени, чем при получении другим способом, например, с помощью абсорбционной хроматографии или микрофильтрования. Это можно увидеть, например, по содержанию карбонила. Распад белка приводит к образованию карбонильных групп, и поэтому количество карбонильных групп как таковое («содержание карбонилов») отражает степень разрушения белка. Чем меньше карбонильных групп, тем ниже степень разрушения белка. При концентрировании вымораживанием, как описано в настоящем документе, можно получить изолят из корнеплодов или клубней, который имеет более низкое содержание карбонилов и, следовательно, разрушен в меньшей степени, чем белок, выделенный другими способами.

Кроме того, анизидиновое число может быть использовано для выражения качества белка. Анизидиновое число отражает количество продуктов окисления липидов и, как таковое, более высокое анизидиновое число указывает на продукт худшего качества. Применяя описанное ниже концентрирование вымораживанием, можно получить изолят из корнеплодов или клубней более высокого качества.

Таким образом, настоящее изобретение аналогичным образом относится к изоляту из корнеплодов или клубней, содержащему не разрушенный белок высокого качества и высокой чистоты. Этот изолят из корнеплодов или клубней можно охарактеризовать содержанием карбонилов менее 4,7 ммоль/кг растворимого белка, предпочтительно менее 4 ммоль/кг растворимого белка. Такой изолят из корнеплодов или клубней предпочтительно является нативным. Кроме того, предпочтительно, чтобы изолят из корнеплодов или клубней имел общий цвет менее 0,7, предпочтительно менее 0,5.

Концентрированный сок корнеплодов или клубней можно необязательно дополнительно концентрировать с получением концентрированного сока корнеплодов или клубней с более высоким содержанием белка. Это можно осуществлять путем, например, диафильтрации или двухфазного водного разделения. Это может привести к получению концентрированного сока корнеплодов или клубней, содержащего по меньшей мере 50 мас. % белка, предпочтительно по меньшей мере 60 мас. % белка, более предпочтительно по меньшей мере 65 мас. % белка или даже по меньшей мере 70 мас. % белка, например, 50-90 мас. %, предпочтительно 60-85 мас. %, более предпочтительно 65-85 мас. % белка в пересчете на сухое вещество.

Диафильтрацию можно осуществлять при помощи мембраны 2-15 кДа, предпочтительно 3-8 кДа и наиболее предпочтительно 4-6 кДа, и воды или солевого раствора. Температура концентрированного сока во время диафильтрации не должна превышать 30°С, предпочтительно не должна превышать 25°С и более предпочтительно не должна превышать 18°С.

Двухфазное водное разделение основано на выделении представляющего интерес белка преимущественно в одну фазу, тогда как все загрязняющие вещества по существу находятся другой фазе, как описано в Yuzugullu Y. & Duman Y.A. (2015) Prep Biochem Biotechnol.; 45(7):696-711., "Aqueous two-phase (PEG4000/Na2SO4) extraction and characterization of an acid invertase from potato tuber (Solanum tuberosum)".

Преимуществом настоящего способа является то, что процесс концентрирования вымораживанием позволяет практически избежать биологического загрязнения сока корнеплодов или клубней. Таким образом, количество микроорганизмов в соке и порошках из корнеплодов или клубней, полученных по настоящему способу, остается низким, и во время обработки не происходит существенного окрашивания.

Кроме того, сок или порошок из корнеплодов или клубней после обработки имеет низкий уровень TGA (тригликоалкалоидов), и во время обработки в соке или порошке из корнеплодов или клубней практически не образуются продукты реакции Майяра.

Кроме того, к минимуму сведено образование налета и коррозия на оборудовании по сравнению с другими способами концентрирования сока корнеплодов или клубней.

Кроме того, сок корнеплодов или клубней, обработанный способам согласно настоящему изобретению, и продукты, полученные из такого сока, по существу не имеют цвета. Это отличает их от продуктов предшествующего уровня техники, которые неизменно имеют ярко выраженный коричнево-желтый или темно-коричневый цвет из-за химического и микробиологического загрязнения.

Кроме того, содержание фенольных кислот обычно невелико. Дополнительным преимуществом является то, что соковые продукты из корнеплодов или клубней и порошки из корнеплодов или клубней, полученные способом согласно настоящему изобретению, не содержат аллергенов и обычно не производятся из генетически модифицированных организмов.

Концентрированный сок корнеплодов или клубней, полученный с использованием настоящего способа, можно дополнительно обрабатывать для получения различных продуктов. Одним из таких продуктов может быть изолят белка корнеплодов или клубней. Выделение изолята белка корнеплодов или клубней одновременно приводит к получению второго сокового продукта из корнеплодов или клубней: обедненного белками сока корнеплодов или клубней, содержащего свободные аминокислоты.

В одном варианте реализации настоящего изобретения изолят белка корнеплодов или клубней представляет собой денатурированный изолят. Денатурированный изолят белка корнеплодов или клубней может быть подходящим образом получен коагуляцией концентрированного сока корнеплодов или клубней, предпочтительно тепловой или химической коагуляцией.

Тепловую коагуляцию можно осуществлять путем нагревания концентрированного сока корнеплодов или клубней до температуры выше самой высокой температуры денатурации любого содержащегося белка корнеплодов или клубней. Предпочтительно тепловую коагуляцию для получения денатурированного изолята белка корнеплодов или клубней осуществляют путем нагревания концентрированного сока корнеплодов или клубней до температуры по меньшей мере 80°С, предпочтительно по меньшей мере 90°С, в течение по меньшей мере 15 минут, предпочтительно по меньшей мере 30 минут, более предпочтительно по меньшей мере 60 минут. Это приводит к денатурации и последующей коагуляции белка корнеплодов или клубней, который затем можно выделить из концентрированного сока корнеплодов или клубней.

Альтернативно денатурированный белок корнеплодов или клубней можно получать при помощи химической коагуляции. Химическую коагуляцию можно осуществлять путем добавления химических веществ, которые способны денатурировать белок корнеплодов или клубней. Подходящие химические вещества включают кислоты, сульфат аммония, карбоксиметилцеллюлозу, этанол, хлорид марганца и хлорид железа. Подходящие кислоты включают, например, соляную кислоту, серную кислоту, уксусную кислоту или лимонную кислоту, как известно в данной области техники. Предпочтительно химическая коагуляция представляет собой коагуляцию кислотой. Затем для дальнейшей обработки сок корнеплодов или клубней, содержащий коагулированный денатурированный белок корнеплодов или клубней, можно применять для дальнейшей обработки, такой как, например, выделение денатурированного изолята белка корнеплодов или клубней.

Выделение денатурированного белка корнеплодов или клубней из концентрированного сока корнеплодов или клубней после коагуляции можно осуществлять любым подходящим способом, таким как, например, фильтрование или центрефигурирование.

Фильтрование денатурированного белка корнеплодов или клубней предпочтительно осуществляют с использованием фильтров 20-250 мкм, более предпочтительно 30-200 мкм, еще более предпочтительно 40-100 мкм. Фильтрование можно осуществлять в непрерывном или периодическом процессе, но предпочтительно это непрерывный процесс.

Альтернативно выделение денатурированного белка корнеплодов или клубней достигается центрифугированием.

Денатурированный изолят белка корнеплодов или клубней можно применять, необязательно после дальнейшей обработки или очистки, например, в качестве корма для крупного рогатого скота, в качестве источника гидролизатов белка корнеплодов или клубней или в качестве адгезива на основе белка.

В другом варианте реализации настоящего изобретения изолят белка корнеплодов или клубней представляет собой нативный изолят белка корнеплодов или клубней. В заем отношении «нативный» означает, что по существу весь белок сохранил сдою естественную ферментативную активность, так что изолят белка корнеплодов или клубней по существу является нативным.

Нативный изолят белка корнеплодов или клубней может быть получен из концентрированного сока корнеплодов или клубней различными способами. Подходящие способы включают, например, фильтрование, адсорбцию, хроматографию, пенную сепарацию или выделение при низкой температуре.

Фильтрование с получением изолята нативного белка корнеплодов или клубней белка из концентрированного сока корнеплодов или клубней предпочтительно представляет собой ультрафильтрация. Фильтрование можно осуществлять, пропуская концентрированный сок корнеплодов или клубней через фильтрующее устройство, которое задерживает нативный белок.

Предпочтительным способом фильтрования является ультрафильтрация (УФ). Ультрафильтрация разделяет растворенные вещества в диапазоне молекулярных масс от 5 кДа до 500 кДа и поэтому ее можно применять для разделения взвешенных твердых частиц, коллоидов, бактерий и вирусов. Это включает фильтрование с удалением остаточных ферментов, таких как аспарагиназа и глутаминаза.

Диаметр пор УФ-мембраны составляет от 1 до 20 нм. Предпочтительными УФ-мембраннами являются анизотропные УФ-мембраны. Способность ультрафиолетовой мембраны задерживать макромолекулы традиционно указывается как номинальное отсечение по молекулярной массе (НОММ). Значение HOMM 10 кДа означает, что указанная мембрана может удерживать из питающего раствора 90% молекул, имеющих молекулярную массу 10 кДа. Предпочтительные значения НОММ мембран в контексте настоящего изобретения представляют собой 5-500 кДа, предпочтительно 5-100 кДа, более предпочтительно 5-30 кДа, более предпочтительно 5-10 кДа.

Адсорбцию с получением изолята нативного белка корнеплодов или клубней из концентрированного сока корнеплодов или клубней можно проводить при помощи хроматографии, такой как хроматография в уплотненном слое, хроматография в расширяющемся слое, хроматография в движущем слое или мембранной хроматографии. Предпочтительно адсорбция нативного белка корнеплодов или клубней включает адсорбцию в расширяющемся, псевдоожиженном или уплотненном слое. Это позволяет подучить раствор изолята нативного белка корнеплодов или клубней.

Пенную сепарацию с получением изолята нативного белка корнеплодов или клубней из концентрированного сока корнеплодов или клубней можно осуществлять с помощью метода, описанного в Weijenberg, D.С., Mulder, J.J., & Drinkenburg, A.A.H. (1978). Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev, 17(2), 209-213 "The Recovery of Protein from Potato Juice Waste Water by Foam Separation".

Выделение при низкой температуре с получением изолята нативного белка корнеплодов или клубней из концентрированного сока корнеплодов или клубней можно осуществлять при помощи предварительной обработки при низкой температуре и концентрированием при низкой температуре.

После выделения изолята нативного или денатурированного белка корнеплодов или клубней указанный изолят белка корнеплодов или клубней предпочтительно сушат. Перед сушкой указанный изолят белка корнеплодов или клубней можно концентрировать, предпочтительно в тех случаях, когда изолят получают в виде раствора изолята нативного белка. Концентрирование предпочтительно можно осуществлять при помощи, например, концентрирования вымораживанием, как описано выше, путем охлаждения сока корнеплодов или клубней до температуры от -0,3°С до -16°С с образованием кристаллов льда; с последующим отделением кристаллов льда от сока корнеплодов или клубней с получением концентрированного изолята белка корнеплодов или клубней.

Концентрирование альтернативно можно осуществлять путем ультрафильтрации, диафильтрации, как описано для дополнительного концентрирования первого сокового продукта из корнеплодов или клубней, концентрированного сока корнеплодов или клубней.

Сушка изолята белка корнеплодов или клубней дает порошок (нативного или денатурированного) белка корнеплодов или клубней с содержанием воды не более 10 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 8 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 5 мас. %. Сушку порошка белка корнеплодов или клубней можно осуществлять любым способом, таким как сушка вымораживанием, распылительная сушка, вакуумная сушка или тонкопленочная сушка, предпочтительна тонкопленочная сушка, более предпочтительна сушка тонкой пленки с перемешиванием в вакууме.

Сушку вымораживанием можно осуществлять путем замораживания жидкого материала и сублимации льда в вакууме с использованием обычного оборудования для сушки вымораживанием, такого как, например, сублиматор от Zirbus Technology.

Изолят по существу нативного белка корнеплодов или клубней имеет различные интересные свойства. Нативные белки корнеплодов или клубней можно условно разделить на три класса: (I) семейство пататинов, высокогомологичные кислые гликопротеины 43 кДа (40-50 мас. % белков корнеплодов или клубней), (II) основные ингибиторы протеазы 5-25 кДа (30-40 мас. % белков корнеплодов и клубней) и (III) другие белки, в основном белки с высокой молекулярной массой (10-20 мас. % белков корнеплодов или клубней) (Pots A.M., Gruppen Н., Diepenbeek R. van, Leem JJ, van der, Boekel M.A.J.S. van, Wijngaard G., & Voragen A.G.J. (1999), J. Sci. Food. Agric, 79, 1557 1564 "The effect of storage of whole potatoes of three cultivars on the patatin and protease inhibitor content; a study using capillary electrophoresis and MALDI-TOF mass spectrometry").

Пататин представляет собой семейство гликопротеинов, которые демонстрируют ацилгидролазную и трансфертную активность и составляют до 40% от общего веса растворимого белка в корнеплодах или клубнях.

Ингибиторы протеазы можно разделить на разные группы в зависимости от их молекулярного веса. Различные группы ингибиторов протеазы идентифицированы как ингибитор протеазы I (молекулярная масса примерно 39 кДа), ингибитор карбоксипептидазы (молекулярная масса примерно 4100 Да), ингибиторы протеазы IIa и IIb (молекулярная масса примерно 20,7 кДа) и ингибитор протеазы А5 (молекулярная масса примерно 26 кДа). Соотношение этих разных групп ингибиторов протеазы в общем белке корнеплодов или клубней зависит от сорта корнеплодов или клубней. Ингибиторы протеазы из корнеплодов или клубней имеют широкий диапазон потенциально важных применений. Например, ингибиторы протеазы могут быть полезны при лечении диабета, для вызывания чувства сытости у млекопитающих, для снижения риска рака кожи, для ингибирования роста бактерий, а также для предотвращения или лечения воспаления при зуде пики и кишечника.

Изолят нативного белка корнеплодов или клубней может представлять собой изолят общего белка корнеплодов или клубней (т.е. по существу всех белков корнеплодов или клубней в их нативной форме), или он может представлять собой, например, изолят пататина или изолят ингибитора протеазы. Необязательно изолят нативного белка корнеплодов или клубней можно дополнительно фракционировать с получением отдельных фракций белка, как описано выше. Предпочтительно изолят нативного белка корнеплодов или клубней представляет собой сухой порошок белка корнеплодов или клубней, который можно получать при помощи описанных выше способов сушки.

Другой продукт, который можно получать из концентрированного сока корнеплодов или клубней, содержит свободные аминокислоты. Свободные аминокислоты представляют собой аминокислоты, которые не входят в состав белка и поэтому присутствуют в концентрированном соке корнеплодов или клубней в виде молекулярно растворенных видов свободно в растворе.

Свободные аминокислоты включают природные альфа-аминокислоты аланин, аргинин, аспарагин, аспартат, цистеин, глутамат, глутамин, глицин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, пролин, серии, треонин, тирозин и валин. Кроме того, в контексте настоящего изобретения гамма-аминокислота гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) считается аминокислотой.

Концентрированый сок корнеплодов или клубней в целом имеет благоприятный состав в отношении свободных аминокислот. Свободные аминокислоты из корнеплодов или клубней можно применять в виде концентрированного сока корнеплодов или клубней или аминокислотного порошка из корнеплодов или клубней. Поскольку выделение изолята белка корнеплодов или клубней (нативного или денатурированного) не приводит к сопутствующему удалению свободных аминокислот, обедненный белками сок корнеплодов или клубней обладает таким же благоприятным составом в отношении свободных аминокислот. Благоприятный состав в отношении аминокислот делает концентрированный сок корнеплодов или клубней, а также обедненный белками сок корнеплодов или клубней привлекательным исходным материалом для получения аминокислотного материала корнеплодов или клубней в виде концентрированного раствора или порошка.

Когда концентрированной сок корнеплодов или клубней подвергают любым из приведенных выше способов для получения изолята белка корнеплодов или клубней, это также приводит к получению второго сокового продукта из корнеплодов или клубней, который представляет собой обедненный белками сок корнеплодов или клубней. Обедненный белком сок корнеплодов или клубней содержит свободные аминокислоты. Обедненный белком сок корнеплодов или клубней содержит не более 1 мас. % белка по сухому веществу, предпочтительно не более 0,5 мас. %, более предпочтительно не более 0,25 мас. %, еще более предпочтительно не более 0,1 мас. %. Остаточный белок имеет содержание карбонилов менее 4,7 ммоль/кг растворимого белка, предпочтительно менее 4 ммоль/кг растворимого белка, как следует из вышеизложенного.

Обедненный белками сок можно высушить с получением порошка из корнеплодов или клубней, содержащего свободные аминокислоты. Этот порошок можно также назвать аминокислотным порошком из корнеплодов или клубней (ААР, англ. amino acid powder). Аминокислотный порошок из корнеплодов или клубней предпочтительно имеет содержание сухого вещества по меньшей мере 90 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 95 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 98 мас. %. Содержание сухого вещества можно определять путем сушки порошка в печи при температуре 102°С в течение максимум 6 часов, после чего образец охлаждают в эксикаторе. Альтернативно содержание сухого вещества можно определять путем сублимационной сушки. Образец взвешивают перед сушкой и после сушки, и можно рассчитать содержание сухого вещества.

Этот аминокислотный порошок из корнеплодов или клубней можно применять в качестве вкусового ингредиента и/или усилителя вкуса, который придает пищевому продукту вкус «умами» или «кокуми». Предпочтительно указанный вкусовой ингредиент и/или усилитель вкуса придает вкус «умами». В альтернативном предпочтительном варианте настоящего изобретения указанный вкусовой ингредиент и/или усилитель вкуса придает вкус «кокуми». В предпочтительных вариантах реализации настоящего изобретения аминокислотный порошок из корнеплодов или клубней применяют в качестве ароматизатора, улучшающего вкус растительных экстрактов, в качестве ароматизирующего состава, в качестве натурального ароматизатора или в качестве пищевого ингредиента.

Перед сушкой, проводимой для получения аминокислотного порошка из корнеплодов или клубней, предпочтительно можно концентрировать обедненный белком сок, например, при помощи сушки вымораживанием, как описано выше, например, путем охлаждения сока корнеплодов или клубней до температуры от -0,3°С до -16°С с образованием кристаллов льда с дальнейшим отделением кристаллов льда от обедненного белком сока корнеплодов или клубней с получением концентрированного обедненного белком сока. Альтернативно любой из способов, описанных выше для концентрирования сока корнеплодов или клубней, также можно применять для концентрированного обедненного белком сока корнеплодов или клубней. Кроме того, альтернативно, их можно подходящим образом применять для концентрирования обедненных белками соков.

Предпочтительно концентрированный обедненный белком сок имеет содержание сухого вещества по меньшей мере 30 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 40 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 50 мас. %, еще более предпочтительно по меньшей мере 60 мас. % и наиболее предпочтительно по меньшей мере 70 мас. %.

Обычно концентрирование и сушкв обедненного белком сока можно осуществлять с помощью любого из приведенных выше способов, описанных для концентрирования и сушки (содержащего белок) сока корнеплодов или клубней, или для растворов и порошков изолята белка корнеплодов или клубней.

Необязательно способ согласно настоящему изобретению включает стадию снижения содержания тригликоалкалоидов («ТГА») до менее 800 мг/кг сухого вещества, предпочтительно менее 400 мг/кг сухого вещества, более предпочтительно менее 320 мг/кг сухого вещества, еще более предпочтительно ниже 200 мг/кг сухого вещества, наиболее предпочтительно менее 100 мг/кг сухого вещества. Эту стадию можно осуществлять до или после настоящего способа или она может быть включена в качестве промежуточного этапа. Количество ТГА можно определять по методу Альта и др. (Alt V., Steinhof R., Lotz M, Ulber R., Kasper C, & Scheper T. (2005) Eng. Life Sci. 2005, 5, No. 6 "Optimization of Glycoalkaloid Analysis for Use in Industrial Potato Fruit Juice Downstreaming").

Подходящие способы снижения содержания ТГА известны в данной области техники и включают, например, абсорбцию, экстракцию и термическое или ферментативное или микробное разложение.

Абсорбцию ТГА предпочтительно можно осуществлять способами, описанными в WO 2008/056977 или WO 2008/069651. Вкратце, эти методы включают в себя абсорбцию гликоалкалоидов из сока корнеплодов или клубней на активированном углероде или глине и последующее фильтрование сока корнеплодов или клубней с удалением глины или активированного угля и с получением сока корнеплодов или клубней, из которого удалены ТГА.

ТГА также можно удалять при помощи нагревания в соответствии с процедурой, описанной выше для выделения изолята денатурированного белка корнеплодов или клубней.

Таким образом, настоящее изобретение также относится к соковому продукту из корнеплодов или клубней или аминокислотному порошку из корнеплодов или клубней, получаемым согласно настоящему способу, с содержанием сухого вещества по меньшей мере 25 мас. %, содержащим, в процентах сухого вещества, по меньшей мере 16 мас. % свободных аминокислот, которые содержат, в мас. % от свободных аминокислот, по меньшей мере 20 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 25 мас. % в сумме глутамина, глутамата и гамма-аминомасляной кислоты и по меньшей мере 25 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 30 мас. % в сумме аспарагина и аспартата, при этом общий цвет указанного концентрированного сока корнеплодов или клубней, определяемый как сумма поглощения при 420, 520 и 620 им в растворе 4,5 мас. % в деминерализованной воде, составляет менее 0,7, предпочтительно менее 0,6, более предпочтительно менее 0,5. Соковый продукт из корнеплодов или клубней может представлять собой концентрированный сок корнеплодов или клубней или обедненный белком сок корнеплодов или клубней, как описано выше.

Предпочтительно соковый продукт из корнеплодов или клубней или аминокислотный порошок из корнеплодов или клубней, получаемый по способу согласно настоящему изобретению, имеет содержание сухого вещества по меньшей мере 30 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 40 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 50 мас. %. В более предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанный соковый продукт из корнеплодов или клубней подвергают стадиям концентрирования и/или сушки, как описано выше, с получением аминокислотного порошка из корнеплодов или клубней предпочтительно с содержанием сухого вещества по меньшей мере 90 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 95 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 98 мас. %.

Соковый продукт из корнеплодов или клубней или аминокислотный порошок из корнеплодов или клубней содержат по меньшей мере 16 мас. % свободных аминокислот от сухого вещества. Предпочтительно сухое вещество содержит по меньшей мере 19 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 21 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 23 мас. %, еще более предпочтительно по меньшей мере 25 мас. % аминокислот.

Указанные аминокислоты в сухом веществе соковых продуктов из корнеплодов или клубней или в порошке из корнеплодов или клубней содержат по меньшей мере 20 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 25 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 30 мас. % в сумме глутамина, глутамата и гамма-аминомасляной кислоты и по меньшей мере 25 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 30 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 34 мас. % в сумме аспарагина и аспартата. Обычно количество определенной аминокислоты в соковых продуктах из корнеплодов или клубней или в порошке из корнеплодов или клубней выражают в виде мас. % свободных аминокислот (включая ГАМК).

Предпочтительно сумма глутамина, глутамата и гамма-аминомасляной кислоты содержит по меньшей мере 10 мас. % глутамата, предпочтительно по меньшей мере 20 мас. % глутамата, более предпочтительно по меньшей мере 30 мас. % глутамата. Кроме того, сумма аспарагина и аспартата предпочтительно содержит по меньшей мере 15 мас. % аспартата, более предпочтительно по меньшей мере 20 мас. %.

В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения способ согласно настоящему изобретению включает стадию, на которой обедненный белком сок корнеплодов или клубней подвергают ферментативной обработке. Предпочтительная ферментативная обработка включает превращение свободной аминокислоты аспарагина в аспартат и/или свободной аминокислоты глутамина в глутамат и/или необязательно в гамма-аминомасляную кислоту, или ферментативную обработку с превращением РНК в 5'-GMP и/или 5'-AMP. Такие способы могут включать экзогенные или эндогенные ферменты.

Ферментативную обработку корнеплодов или клубней можно осуществлять путем воздействия необходимых ферментов на сок корнеплодов или клубней при таких рН и температурных условиях, которые подходят для каждого конкретного фермента. Эти условия частично перекрываются.

Подходящие ферменты для превращения свободной аминокислоты аспарагина в аспартат включают, например, PreventAse (DSM), Acrylaway (Novozymes), Crisantaspase, Colaspase, Elspar и Erwinase, предпочтительно PreventAse.

Предпочтительно, если ферментативная обработка происходит при рН 4,5-7, предпочтительно 5,0-6,7, более предпочтительно 5,5-6,5. Кроме того, предпочтительной является температура 20-70°С, более предпочтительно 34-45°С.

Доза фермента очень зависит от фермента, но предпочтительно доза фермента составляет менее 4000 ppm, предпочтительно менее 1000 ppm, более предпочтительно менее 500 ppm.

Подходящие ферменты для превращения свободной аминокислоты глутамина в глутамат включают, например, глутаминазу SD-100CS (Amano Enzymes, JP) при рН 5,0-7,0, предпочтительно от 6,2 до 6,8, более предпочтительно примерно 6,5. Более предпочтительно температура составляет 40-70°С, предпочтительно 50-70°С, более предпочтительно 55-65°С.

В еще одном предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения дозировка фермента составляет менее 1000 мг/л, предпочтительно менее 500, более предпочтительно менее 250. Альтернативно для превращения аспарагина в аспартат можно также применять PreventAse (DSM) в указанных выше условиях.

Предпочтительно ферментативная конверсия глутамина приводит к образованию глутамата. Необязательно полученный глутамат можно превращать в гамма-аминомасляную кислоту. Это можно осуществлять путем ферментативного превращения, например, с использованием глутаматной декарбоксилазы. В очень предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения глутаматная декарбоксилаза присутствует эндогенно в соке корнеплодов или клубней для того, чтобы влиять на превращение глутамата в ГАМК.

Другой предпочтительный способ включает ферментативную обработку для превращения РНК в 5'-GMP и/или 5'-АМР. Подходящие ферменты включают например, RP-1 (ферменты Amano, Япония) при температуре 65-75°С, предпочтительно 70°С и при рН от 4 до 7, предпочтительно от 4,5 до 6,0, предпочтительно примерно 5,0.

В альтернативном предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения эндогенные нуклеазные ферменты обеспечивают воздействие сока корнеплодов или клубней, способствующее превращению РНК в 5'-GMP и/или 5'-АМР. Это предпочтительно происходит при рН от 6 до 9, предпочтительно от 7 до 8, более предпочтительно примерно 7,5. Кроме того, предпочтительно температура составляет от 60 до 75°С, предпочтительно примерно 70°С.

В очень предпочтительном варианте обработку для осуществления превращение РНК в 5'-GMP и/или 5'-АМР объединяют с воздействием Deamizyme 50,000 (ферменты Amano) с превращением 5'-АМР в 5'-IMP.

Любые ферменты, оставшиеся в растворе после описанных выше ферментативных превращении, могут быть удалены, например, ультрафильтрацией, как известно в данной области техники и описано выше. Соответственно, настоящее изобретение также относится к описанному выше способу, дополнительно включающему стадию ультрафильтрации с удалением остаточных ферментов.

Такие преобразования могут, например, увеличивать уровень глутамата относительно глутамина и уровень аспартата относительно аспарагина или увеличивать содержание 5'-GMP и/или 5'-АМР и 5'-IMP. Предпочтительно такая обработка приводит к получению сокового продукта из корнеплодов или клубней или аминокислотного порошка из корнеплодов или клубней, в которых сумма глутамина, глутамата и гамма-аминомасляной кислоты содержит по меньшей мере 90 мас. % глутамата, предпочтительно по меньшей мере 95 мас. % глутамата и сумма аспарагина и аспартата предпочтительно содержит по меньшей мере 90 мас. % аспартата, предпочтительно по меньшей мере 95 мас. %. Этот вариант реализации настоящего изобретения особенно предпочтителен, когда указанный соковый продукт из корнеплодов или клубней планируют применять в качестве вкусового ингредиента и/или усилителя вкуса.

Кроме того, предпочтительно содержание 5'-GMP и/или 5'-АМР и/или 5'-IMP составляет по меньшей мере 400 мг/кг сухого вещества, предпочтительно по меньшей мере 600 мг/кг сухого вещества, более предпочтительно по меньшей мере 900 мг/кг сухого вещества и наиболее предпочтительно по меньшей мере 1000 мг/кг сухого вещества. Этот вариант реализации настоящего изобретения особенно предпочтителен, когда указанный соковый продукт из корнеплодов или клубней планируют применять в качестве вкусового ингредиента и/или усилителя вкуса.

Альтернативный предпочтительный продукт в контексте настоящего изобретения содержит по меньшей мере 18 мас. % аспарагина и/или по меньшей мере 40 мас. % аспартата и/или по меньшей мере 5 мас. % ГАМК, значения выражены в мас. % от свободных аминокислот.

Кроме того, соковый продукт из корнеплодов или клубней или аминокислотный порошок из корнеплодов или клубней, получаемый по настоящему способу, предпочтительно имеет содержание свободных аминов по меньшей мере, 1000 ммоль/кг сухого вещества, предпочтительно по меньшей мере 1400 ммоль/кг сухого вещества, более предпочтительно по меньшей мере 1500 ммоль/кг сухого вещества, еще более предпочтительно по меньшей мере 1800 ммоль/кг сухого вещества, еще более предпочтительно по меньшей мере 2400 ммоль/кг сухого вещества, при определении анализом ОРА.

Содержание свободных аминов можно определить по реакции концентрированного сока корнеплодов или клубней или порошка из корнеплодов или клубней в концентрации 0,1 мас. % с реагентом ортофтальдегидом («ОРА») с последующим анализом при 340 нм.

Кроме того, в соковом продукте из корнеплодов или клубней или аминокислотном порошке, получаемым по способу настоящего изобретения, количество микроорганизмов, определяемое по общему количеству жизнеспособных аэробных микроорганизмов в соответствии с стандартом SO 4833-1/2013, предпочтительно составляет менее 10⁴ КОЕ/г, предпочтительно менее 10³ КОЕ/г.

Кроме того, в соковом продукте из корнеплодов или клубней или аминокислотном порошке из корнеплодов или клубней, получаемым по способу настоящего изобретения, содержание фенольных кислот предпочтительно составляет менее 500 мг/кг сухой массы, предпочтительно менее 400 мг/кг сухой массы, более предпочтительно 300 мг/кг сухой массы.

Кроме того, соковый продукт из корнеплодов или клубней или аминокислотный порошок из корнеплодов или клубней, получаемый по настоящему способу, предпочтительно имеет концентрацию гликоалкалоидов менее 800 мг/кг сухого вещества, предпочтительно менее 400 мг/кг сухого вещества, более предпочтительно менее 320 мг/кг сухого вещества, более предпочтительно менее 200 мг/кг сухого вещества, еще более предпочтительно менее 100 мг/кг сухого вещества.

Кроме того, соковый продукт из корнеплодов или клубней или аминокислотный порошок из корнеплодов или клубней, получаемый по настоящему способу, предпочтительно имеет низкое содержание продуктов реакции Майяра. Продукты реакции Майяра представляют собой продукты, которые естественным образом образуются из различных эндогенных соединений во время выделения известными методами. Таким образом, их формирование необходимо подавлять настолько, насколько это возможно. Количество продуктов реакции Майяра можно оценить по количеству гидроксиметилфурфурола. Количество гидроксиметилфурфурола должно предпочтительно составлять менее 5 мг/кг сухой массы, предпочтительно менее 2,5 мг/кг сухой массы, более предпочтительно менее 1 мг/кг сухой массы. Кроме того, фурозины, которые являются еще одним показателем продуктов реакции Майара, предпочтительно составляют менее 300 мг/кг сухого вещества, более предпочтительно менее 100 мг/кг сухого вещества, еще более предпочтительно менее 5 мг/кг сухого вещества и наиболее предпочтительно менее 4 мг/кг сухого вещества.

Продукты реакции Майяра представляют собой продукты, образующиеся в тех случаях, когда восстанавливающиеся сахара контактируют с аминосоединениями, такими как белки, пептиды, аминокислоты или амины. Определение продуктов реакции Майяра включают множество различных продуктов, поскольку для реакции Майяра возможен не один путь. После реакции Майара можно измерить количество свободных первичных аминогрупп при помощи анализа ортофтальдиальдегида. В качестве альтернативы можно определить продвижение продукта в форме фурозинов, и гидроксиметилфурфурол можно определить при помощи ВЭЖХ и фотометрического УФ-детектора по протоколу Джеринга и Купперса (Jeuring J. & Kuppers F., (1980) J. Ass. Off. Anal. Chem. 63, 1215 ("High Performance Liquid Chromatography of Furfural and Hydroxymethylfurfural in Spirits and Honey").

Кроме того, в соковом продукте из корнеплодов или клубней или аминокислотном порошке из корнеплодов или клубней, полученном по настоящему способу, предпочтительно содержание 5-нуклеотидов 5'-GMP и 5'-АМР и 5'-IMP составляет по меньшей мере 400 мг/кг сухого вещества, предпочтительно по меньшей мере 600 мг/кг сухого вещества, более предпочтительно по меньшей мере 900 мг/кг сухого вещества, наиболее предпочтительно по меньшей мере 1000 мг/кг сухого вещества.

Еще одним преимуществом способа согласно настоящему изобретению является то, что для получения продуктов и соков, которые по существу бесцветны, как определено в другом месте, не требуется проведение какой-либо дополнительной обработки, такой как анионный обмен или обработка активированным углем. Однако такую обработку можно применять для достижения других целей, таких как удаление ТГА, или для удаления органических кислот.

Аминокислотные порошки из корнеплодов или клубней или обедненные белком соки корнеплодов или клубней согласно настоящему изобретению можно удачно применять в качестве вкусового ингредиента и/или усилителя вкуса, например, в форме добавки. Эти композиции обеспечивают пищевому продукту сильный вкус «умами» или «кокуми». Таким образом, настоящее изобретение также относится к применению свободных аминокислот из корнеплодов или клубней в качестве вкусового ингредиента и/или усилителя вкуса в пищевых применениях.

Вкус «умами» обычно рассматривается как «вкусный», приятный. Это пятый вкус наряду с четырьмя основными вкусами: кислым, сладким, горьким и соленым. Вкус «умами» в основном присущ глутамату, но его можно вызвать 5'рибонуклеотидами, аспартатом и калием. Вкус «умами», вызываемый глутаматом, также можно усилить и заменить на ГАМК в компенсирующей пропорции. Это приводит к существенному сокращению глутамата и получению продукта со вкусом умами с низким содержанием глутамата (MSG).

Считается, что «кокуми» не обладает собственным вкусом, а действует как усилитель вкуса. Указывают, что кокуми вызывает ощущение заполненности рта, насыщенность и продолжительность вкуса и также обеспечивает первоначальный вкус. Точный механизм еще не полностью понят.

Предпочтительно композиция обеспечивает сильный вкус «умами». Альтернативно предпочтительные композиции обеспечивают сильный вкус «кокуми».

Таким образом, обедненный белком сок корнеплодов или клубней или аминокислотный порошок корнеплодов или клубней согласно настоящему изобретению очень подходит для пищевых применений с определенным приятным вкусом, таких как бульоны, супы-бульоны, лапша, заправки для салата, приправы, соусы, готовые блюда или кулинарные наборы или их части, фондю, соусы, приправы, композиции специй или травяные композиции или маринады.

Добавление к пищевым продуктам можно осуществлять в любой желаемой концентрации, например, 0,1-2,0 мас. %.

Кроме того, изолят аминокислот можно применять в качестве пищевой добавки.

В целях ясности и краткости признаков описаны в настоящем документе как часть одних и тех же или отдельных вариантов реализации, однако следует понимать, что объем изобретения может включать в себя варианты реализации с комбинациями всех или некоторых из описанных признаков.

Ниже настоящее изобретение будет проиллюстрировано следующими неограничивающими примерами.

Определение общего цвета

Все образцы разводили до 5,0 Вх (что соответствовало 4,5 мас. % сухого вещества) и центрифугировали при 14000 об/мин в центрифуге Eppendorf в течение 10 минут с удалением нерастворимых веществ. Материалы, для которых значения Брикса были ниже 5, были центрифугированы как есть (as is). 2 Аликвоты по 1 мл супернатанта каждого образца вводили в кювету и помещали в спектрофотометр BioRad SmartSpec Plus. Абсорбции считывали в двух повторах на 420, 520 и 620 по отношению к контролю деминерализованной воды и суммировали. Если абсорбция была выше 1, то для образца готовили точные разведения в деминерализованной воде до тех пор, пока не удалось измерить абсорбцию.

Определение содержания сухого вещества

Аликвоты образцов 2 г на предварительно взвешенных алюминиевых пластинах для испарения точно взвешивали на аналитических весах со стандартной погрешностью менее 1 мг. Образцы вводили в вакуумную сушильную камеру, работающую при 50°С, при давлении ниже 50 мбар и сушили в течение ночи. Пластины удаляли из сушильной камеры, оставляли охлаждаться до температуры окружающей среды и снова взвешивали. Затем по разности масс рассчитывали содержание сухого вещества.

Определение уровня свободных аминов

Образцы анализировали на свободные группы NH₂ путем мониторинга специфической реакции между аминогруппами и ортофталальдегидом (ОРА, CAS 643-79-8).

Исходный раствор ОРА (SigmaAldrich, 00681) получали при растворении 5 мг ОРА в 100 мкл 96% этанола. Добавляли 5 мкл 2-меркаптоэтанола (Merck, 8.05740.0250). Когда весь материал растворялся в этаноле, добавляли 10 мл 100 мМ карбонатного буфера при рН 10,5. Этот реагент хранили вдали от прямого света и использовали в течение часа. Образцы точно разводили до приблизительной концентрации 0,1 мас. %. 20 мкл разведенного образца добавляли к 180 мкл исходного раствора ОРА и инкубировали в темноте ровно 1 минуту и 30 секунд, после чего измеряли поглощение при 340 нм с использованием считывателя ThermoScientific Multiskan GO.

Содержание аминов определяли по калибровочной кривой, полученной для стандартного раствореа глутаминовой кислоты в концентрациях от 0 до 5 мМ.

Определение содержания аминокислот

Образцы подвергали аминокислотному анализу при помощи ВЭЖХ-УФ/FLU и/или анализаторов аминокислот Biochrom с использованием классической ионообменной жидкостной хроматографии с дериватизацией нингидрином и фотометрическим детектированием, как известно в данной области техники.

Определение уровня гликоалкалоидов

Количество тригликоалкалоидов (ТГА) в образцах корнеплодов или клубней можно определять по существу по методу Альта и др ((Alt V., Steinhof R., Lotz M., Ulber R., Kasper C, & Scheper T. (2005) Eng. Life Sci. 2005, 5, No. 6 "Optimization of Glycoalkaloid Analysis for Use in Industrial Potato Fruit Juice Downstreaming").

Вкратце, образцы растворяли в 5%-ном растворе уксусной кислоты, содержащем 20 мМ натриевой соли гептансульфоновой кислоты (VWR 152783К), в течение не менее 2 часов или разводили этим раствором. Нерастворимые вещества удаляли центрифугированием при 9000 g при температуре окружающей среды (Heraeus Multifuge 1 SR, ротор 75002006), и супернатант фильтровали через шприцевой фильтр GHP Acrodisc 13 мм с мембраной GHP 0,45 мкм (PALL PN 4556Т) непосредственно в ампулу для ВЭЖХ объемом 1,5 мл (VWR 548-0004) и закрывали алюминиевой обжимной крышкой 11 мм резина/бутил/TEF (VWR 548-0010). Образцы автоматически поступали в колонку SPE (Oasis HLB prospect-2 / картридж Symbiosis 2,0×10 мм с размером частиц 30 мкм) с помощью системы Robotlon online SPE (Separations). Гликоалкалоиды элюировали на колонке Hypersil ODS С18 (250 мм × 4,6 мм 5 мкм) и отделяли, используя 50% ацетонитрил/фосфатный буфер, рН 7,6. Аналиты определяли с использованием детектора Smartline UV 2520 (Knauer) и количественно оценивали по калибровочной кривой, полученной на очищенных гликоалкалоидах (α-соланин, Carl Roth 4192,1 и α-чаконин Carl Roth 2826,1).

Определение общего содержания фенольной кислоты

Корнеплод или клубень содержит фенольные кислоты двух основных видов, которые характеризуются высокой удельной молекулярной абсорбцией при 326 нм, а именно хлорогеновую кислоту и кофеиновую кислоту, при этом первая безусловно является более распространенной. Общее содержание фенольной кислоты определяли путем измерения поглощения образцов сока корнеплодов или клубней при 326 нм с помощью калибровочной кривой, полученной для очищенной хлорогеновой кислоты (0-5 мкг/мл, Caymans Chemical Company 70930). Затем с помощью линейной регрессии рассчитывали уровни фенольной кислоты («ХГК»).

Определение общего количества взвешенных твердых веществ

Сок корнеплодов или клубней разводили до содержания сухого вещества 4,5 мас. % и определяли оптическую плотность при 620 нм с использованием спектрофотометра UV/Vis (BioRad SmartSpec Plus) в кюветах с длиной оптического пути 1 см с деминерализованной водой. Для образцов с поглощением более 1 готовили точные разведения в деминерализованной воде до тех пор, пока поглощение не стало менее 1. Затем указанные значения были скорректированы для этого разведения. Для образцов с меньшим содержанием сухого вещества определение проводили для уменьшенного содержания сухого вещества и затем математически пересчитывали для содержания сухого вещества 4,5 мас. %.

Определение содержания липидов

Количество липидов в образцах было определено по методу Матьяша и др. (Matyash V., Liebisch G., Kurzchalia T.V., Shevchenko A., & Schwudke D. (2008), J Lipid Res. 49(5): 1137-46 "Lipid extraction by methyl-tert-butyl ether for high-throughput lipidomics").

Определение общего цвета

Общий цвет определяется как сумма поглощения при 420, 520 и 620 нм на растворе с содержанием твердых веществ 4,5 мас. %. Чтобы исключить влияние мутности на цвет, образцы центрифугировали при максимальных оборотах в пробирках Eppendorf перед измерением. Для соков, имеющих различное содержание твердых веществ, раствор можно, например, разбавить до 4,5 мас. %, чтобы непосредственно определить общий цвет, или общий цвет можно получить математически при введении поправки на содержание твердого вещества, например, в случае содержания твердого вещества в соке ниже 4,5 мас. %. Общий цвет можно сокращенно обозначать как «цвет».

Пример 1: Получение картофельного сока FC

Получение концентрата картофельного сока путем кристаллизации вымораживанием

Картофельный сок готовили из промышленного крахмального картофеля. Материал предварительно обрабатывали флокуляцией при пониженной температуре или использовали как есть. Необработанный картофельный сок содержал 42±7 г липидов на кг сухого вещества.

Флокуляцию картофельного сока осуществляли с помощью низкотемпературного варианта процедуры флокуляции. Вкратце, флокуляцию выполняли путем охлаждения 900 л картофельного сока до 15°С и добавления 11 мг/л полиакриламида (Superfloc А150, Kemira), 650 мг/л политанина (Bio20, Servyeco) и 50 мг/л k-каррагинана (Gelcarin GP812 от FMC BioPolymer). Такая обработка уменьшала содержание липидов до менее 25 г/кг сухого вещества в картофельном соке. При низкотемпературном режиме начальная скорость седиментации хлопьев изменилась с 8 см/ч до 50 см/ч. Из сока удаляли белок, пропуская сок через ультрафильтрационную мембрану PES 5 кДа (Koch).

Осветленный картофельный сок и необработанный контрольный сок отдельно подвергали концентрированию вымораживанием в установке для концентрирования вымораживанием (EFC separations BV и Thorlce). Жидкости предварительно охлаждали до 1°С и вводили в кристаллизационную камеру, работающую при температурах от -0,3°С до -16°С с образованием ледяной суспензии.

Ледяная суспензия, создаваемая генератором, представляет собой низкотемпературную «кашу», состоящую из множества мелких кристаллов, полученных при очистке внутренней части генератора Thorles. (Thorle, Исландия) Кристаллы льда малы по сравнению е хлопьевидной ледяной частицей. Небольшие частицы ледяной суспензии обеспечивают большую теплопередачу, чем любой другой тип льда. Сферические кристаллы в ледяных частицах обладают хорошими свойствами текучести, что обеспечивает легкую циркуляцию через обычные насосы и трубопроводы. Кристаллы небольшого размера затекают в щели и обеспечивают больший поверхностный контакт и, следовательно, намного более высокие скорости охлаждения, чем другие традиционные формы охлаждения льдом (например, хлопья, блок или оболочка).

Уникальной особенностью этой машины для льда является то, что она была разработана с использованием модульной технологии (Thor-Ice). Масштабирование процесса осуществляется с поддержкой горизонтального масштабирования. Можно получать ледяную «кашу» с разной плотностью, от 10% до более 90%, благодаря адаптивному морозильному устройству, которое регулирует/уравновешивает охлаждающую способность технологического потока и теплопередачу. Система управления предотвращает блокировку льдом за счет подачи теплого хладагента на поверхность теплообменника, когда крутящий момент, создаваемый ножами для удаления льда, превышает определенное значение.

Точная температура замораживания сока в любой момент зависела от уровня растворенных твердых веществ. Количество энергии, которое будет передаваться системе, автоматически регулируется льдогенератором, который будет поддерживать постоянное производство льда вне зависимости от концентрации сока. Кристаллы льда собирали непрерывно на вакуумном ленточном фильтре, снабженном фильтвальной тканью толщиной 80 микрон, и промывали предварительно охлажденным соком (1°С), который снова вводили в кристаллизационную камеру. Вышеупомянутая промывка используется для увеличения чистоты льда, и в то же время эта жидкость используется для подачи в установку. Лед собирали со скоростью не более 220 кг в час (от 100 до 220 кг/ч).

На этой стадии необработанный картофельный сок не удалось профильтровать сразу полностью из-за загрязнения, в то время как осветленный обедненный белком сок удалось сконцентрировать до 40 вес. % сухого вещества без какого-либо заметного засорения.

В отдельном эксперименте картофельный сок, полученный в процессе экстракции крахмала, подвергали предварительной обработке для удаления липидов, используя флокуляцию, как описано выше, и сравнивали с сырым соком. Таким образом сравнивали сок, содержащий белок, но не содержащий липидов, и сок, содержащий липиды и белки. Удаление липидов приводило к сопутствующему удалению TSS, что видно по абсорбции: не содержащий липидов сок при 620 нм имел значение 0,3, а содержащий липиды сок при 620 нм имел значение 6,5.

В этом случае также удаление липидов приводило к эффективному концентрированию вымораживания, тогда как содержащий липиды сок нельзя было подвергать концентрированию вымораживания, поскольку фильтры немедленно забивались.

Для удаления липидов проводили различную предварительную обработку (микрофильтрацию, центрифугирование, флокуляцию, сепарацию на тарельчатых сепараторах, см. таблицу 1). Во всех случаях, за исключением случаев использования низкоскоростного центрифугирования, результаты были сопоставимы с описанными выше с точки зрения температур кристаллизации и фильтруемости. Концентрирование картофельного сока вымораживанием также было возможно осуществлять с использованием микрофильтрации, высокоскоростного центрифугирования и флокуляции. При использовании низкоскоростного центрифугирования фильтруемость была такой, что концентрирование вымораживанием выполнить было невозможно.

Микрофильтрация: картофельный сок проходил через мембрану с особым размером пор (от 0,1 до 10 мкм) для отделения микроорганизмов и взвешенных частиц. Необработанный сок пропускали со сравнительно высокой скоростью примерно 1-3 м/с и при низких или умеренных значениях давления (примерно 100-400 кПа) параллельно или тангенциально относительно полупроницаемой мембраны в листовой или трубчатой форме. Оборудование для обработки обычно снабжено насосом для обеспечения прохождения жидкости через мембранный фильтр.

- Высокоскоростное центрифугирование. 20 мл картофельного сока подвергали центрифугированию при 10,500 g в течение 10 минут.

- Низкоскоростное центрифугирование. Картофельный сок центрифугировали в течение 1 минуты при 2900 g для имитации g-силы и времени пребывания, которым обычно подвергается картофельный сок при промышленной обработке.

Сепаратор: Тарельчатый сепаратор отделяет твердые частицы в одном непрерывном процессе с использования высоких центробежных сил. Когда более плотные твердые частицы подвергаются воздействию таких сил, они вытесняются наружу к стенке вращающегося барабана, тогда как менее плотные жидкие фазы образуют концентрические внутренние слои. Вставка специальных пластин («тарелок») обеспечивает дополнительную площадь поверхности осаждения, что способствует ускорению процесса разделения.

Тарельчатый сепаратор имеет четыре основных отделения.

1. Зона впуска: В зоне впуска сок ускоряется до скорости вращающегося барабана. Хорошая конструкция зоны впуска также предотвращает вспенивание, уменьшает силы сдвига в продукте, минимизирует повышение температуры и предотвращает нарушение процессов разделения, происходящих в барабане.

2. Область пакета тарелок: взвешенные (и более тяжелые) частицы передаются а пространство между тарелками, когда они собираются в отделении для удаления твердых веществ.

3. Отделение для удаления жидкости: После разделения обезжиренный картофельный сок выводится из сепаратора в верхней части оборудования.

4. Отделение для удаления твердых веществ: Удаленные твердые вещества непрерывно удаляются из этого участка в нижней части установки.

Пример 2: Допустимые уровни взвешенных твердых веществ

Эффективному концентрированию неочищенного картофельного сока вымораживанием препятствует то, что взвешенные твердые вещества сока забивают фильтры, предназначенные для удаления мелких кристаллов льда. Хотя некоторый незначительный уровень взвешенных твердых веществ является допустимым, более высокие уровни вызывают все больше проблем. Допустимый уровень взвешенных твердых частиц, выраженный или мутность, исследовали на картофельном соке, который пропускали через фильтровальную ткань толщиной 40 мкм при перепаде давления 0,2 бар.

Флокулированный картофельный сок, как описано в примере 1, смешивали с «холодной фракцией» картофеля (то есть с количеством картофельного сока до флокуляции) с получением смесей с контролируемыми количествами взвешенных твердых веществ. Эти смеси пропускали через фильтровальную ткань 40 мкм (Sefar 07-40/25), которая покрывала воронку Бюхнера диаметром 55 мм при разнице давлений 0,2 бар, поддерживаемой насосом VCP-80 (VWR). Количество жидкости, прошедшей через фильтровальную ткань до момента засорения фильтра, регистрировалось и максимально составляло 1 литр.

Как показывают результаты, повышенные уровни TSS приводят к засорению фильтра. Как понятно специалисту в данной области техники, засорение можно уменьшить за счет увеличения пористости фильтра, добавления вспомогательного средства для ускорения фильтрования или проведения операций любого типа, при которых фильтр будет непрерывно очищаться. Тем не менее, в любом случае повышением уровень взвешенных твердых веществ вреден для процесса концентрирования вымораживания с экономической точки зрения.

Пример 3: Допустимые уровни липидов

Наличие липидов в картофельном соке исключает применение концентрирования вымораживания. Картофельные липиды имеют тенденцию препятствовать образованию льда. В условиях отсутствия липидов, определяемых как максимальное содержание липидов 28 г/кг сухого вещества и предпочтительно менее, концентрирование вымораживания приводит к образованию «каши» кристаллов льда, которые диспергированы в жидкой воде, содержащей растворенные компоненты картофеля. По мере того, как все больше воды замерзает с образованием кристаллов льда, эта жидкость становится все более концентрированной.

Напротив, если содержание липидов высоко, то надлежащая система ледяная «каша»/вода не образуется, но вместо этого образуется текстура, похожая на мороженое, в которую входят все компоненты, которые первоначально содержатся в соке.

Это явление похоже на получение льда, где включение липидов приводит к получению «мороженого», в то время как отсутствие липидов приводит к образованию льда типа «сорбет».

Влияние увеличения количества липидов в картофельном соке определяли, проводя концентрирование вымораживанием на смесях картофельного сока с определенным содержанием липидов. Эти смеси были приготовлены путем смешивания картофельного сока, который был очищен флокуляцией в соответствии с примером 1, с богатой липидами «холодной фракцией» картофеля (то есть с количеством картофельного сока до флокуляции). Затем аликвоты из 30 мл этих смесей вводили в чащу из нержавеющей стали, которую непрерывно охлаждали этанолом при -20°С. Перемешивание осуществляли механическим кухонным миксером, работающим со скоростью 200 об/мин. Полученный материал оценивали при визуальном осмотре.

Пример 4: Сравнение продукта, полученного путем удаления липидов и последующего концентрирования вымораживания, с продуктами, полученными известными способами обработки

Материал из примере 1 (называемый «образец 1» и обозначенный «FC» в этом примере) сравнивали с различными составами, полученными в соответствии со способами из литературы, как описано ниже.

Образец 2, картофельный сок «как есть»: Клубни промышленного крахмального картофеля (Solatium tuberosum «Seresta») были натерты при помощи кухонной соковыжималки (Braun), оборудованной диском-теркой. Сок, по существу свободный от крахмала и волокон, использовали «как есть».

Образец 3 «GB», раствор белка картофеля в соответствии с: Edens et al 1997 "Novel Food Composition" WO 97/42834: 1500 мл картофельного сока дополняют 4,5 г CaCl₂*2H₂O (SigmaAldrich С3881) и 2,7 г Na₂HPO₄*2H₂O (Merck 1.06580) и перемешивают в течение 5 минут. рН доводили до 7,5 при помощи 5 М раствора NaOH. Картофельный сок очищали от твердых частиц при помощи центрифугирования в течение 1 минуты при 4500 об/мин в центрифуге Mistrall 6000 с использованием 6-секционного разделенного ротора. Супернатант собирали и концентрировали на ультрафильтрационной установке с мембраной из полиэфирсульфона НОММ 10 кДа (Millipore, PGLC 15005) при 3 бар. После ультрафильтрации концентрат разводили деминерализованной водой, содержащей 200 мг/л NaHSO₃ (Merck, 1.06657) и подвергали диафильтрации в образце, который разводили до 1% концентрации белка мас. : об. Полученный раствор белка лиофилизировали и хранили при температуре окружающей среды до применения.

Образец 4 «РМ» представлял собой Protamylasse (Avebe), полученный с фабрики картофельного крахмала в Gasselternijveen, Нидерланды. Protamylasse представляет собой концентрат сока, который остается после коагуляции белка из картофельного сока.

Образцы 5 «UL» и 6 «UL+АС» были подучены в соответствии со способом, описанным в Batenburg et al 2015 "Potato derived flavor enhancing composition and method for the manufacture thereof", WO 2015000606, с обработкой активированным углем («UL+AC») и без нее («UL»).

2 кг промышленного крахмального картофеля (фабрика картофельного крахмала в Gasselternijveen, Avebe) были натерты при помощи кухонной соковыжималки, оборудованной диском-теркой. Сок фильтровали через фильтр из пористого стекла №2 (Robu НИ, Borosilicate) и затем снова через фильтр Бюхнера S&S 595 (Schleicher & , 311.611). Белок удаляли кипячением раствора в течение 8 минут на электроплитке и фильтрованием осадка. Фильтрат охлаждали ледяной водой и хранили как есть (образец 5) или обрабатывали 10 г/л активированного угля Norit СА Plus в течение ночи при температуре 4°С (образец 6). Основную часть угля удаляли фильтрованием через фильтр Бюхнера S&S 595, а мелкие частицы удаляли при помощи 0,45-микронного фильтра (Pall, PN АР-4438Т).

Образец 7 «жидкая фракция из флокулята» готовили при флокуляции картофельного сока в соответствии со способом, описанным в заявке на патент ЕР 14183425.9. Твердый материал экстрагировали равным объемом воды с получением образца.

a) Богатый белком образец, не содержащий значимых уровней свободных аминокислот

b) Уровни аминокислот выражены в виде граммов аминокислоты на кг сухого вещества в образце

c) ХГК = хлорогеновая кислота, основная фенольная кислота в картофеле.

d) ГМФ = гидроксиметилфурфурол, важный показатель для продуктов реакции Майяра.

e) nd = не определено

Общий цвет, повышающийся при дальнейшем разложении компонентов сока, оказывается намного ниже, когда продукт был получен при помощи концентрирования вымораживанием.

Термоочищенный картофельный сок содержит уменьшенные уровни глутамина и повышенные уровни пироглутамата. Кроме того, воздействие тепла приводит к увеличению раннего продукта реакции Майяра фурозина. Обширная термическая обработка приводит к обнаруживаемым уровням гидроксиметилфурфурола (ГМФ).

Пример 5: Энергоемкость технологического процесса

Концентрирование раствора картофельного сока в целом представляет собой обогащение твердой фазы за счет жидкой. Эту сепарацию можно осуществлять многими способами, главным обрезом путем механического разделения или фазового перехода. Концентрирование при фазовом переходе проводят путем увеличения иди уменьшения температуры данного раствора (водной смеси). Исходя из условий окружающей среды, вода может быть испарена или заморожена; однако увеличенный расход энергии (который рассматривается как первичная энергия), связанные с этими фазовыми переходами, составляет 2260 кДж/кг и 334 кДж/кг при 1 бар, соответственно.

Следовательно, основными недостатками обработки при нагревании являются высокое потребление энергии и вызванное нагревом ухудшение сенсорных (изменения цвета, формирование посторонних вкусов) и питательных характеристик.

Тепловое концентрирование

В настоящее время удаление белков и концентрирование картофельного сока до содержания сухого вещества 55% (получение Protamylasse) проводится при помощи термообработки.

Пар высокого давления используют для повышения температуры картофельного сока от 45°С до 105°С для полной коагуляции и концентрирования белка.

Теоретический расчет выполнен с использованием следующих уравнений:

где:

- = массовый расход (кг/ч);

- Т_р = температура фазового перехода (K);

- T_d и Т_ƒ = температура на входе и выходе, соответственно (K);

- Cp_ƒeed = удельная теплоемкость первой фазы, ниже Т_р (кДж/кг K);

- Cp_conc = удельная теплоемкость второй фазы, выше Т_р;

- Cp_vapor = удельная теплоемкость второй фазы, выше Т_р;

- ΔН_Р = скрытая теплота фазового обмена (для испарения 2260 кДж/кг).

Из уравнения 1 полученное значение измеряется в кДж/ч, что является единицей измерения мощности. Умножение этого значение на 3600 секунд (1 час) дает энергию в кДж/с или кВт.

Концентрирование вымораживанием

Здесь также применимо уравнение 1, поскольку этот процесс также представляет собой процесс с фазовым переходом. Очищенный картофельный сок охлаждали от 15°С до -15°С (ΔТ). Применили теплоемкость льда (cp_ice) и ΔH_p для фазового перехода для воды, происходящего при 0°С при давлении 1 бар, составляет 334 кДж/кг. Предполагается, что концентрированный картофельный сок, выходящий из блока концентрирования вымораживанием, имеет конечную концентрацию 55% сухого вещества.

Теоретические расчеты потребления энергии для концентрирования вымораживанием, благодаря соотношению между двумя энтальпиями испарения и плавления воды, а также тому, что разность температур (ΔT) ниже при охлаждении раствора, показали снижение энергии на 88% по сравнению с термической обработкой.

Удельное потребление энергии, полученное при фактическом использования энергии оборудованием, показало, что концентрирование вымораживания может обеспечить экономию энергии на 64% по сравнению с промышленной установкой испарения.

Для технологии концентрирования вымораживанием компонент, который потребляет основное количество энергии, это кристаллизатор (льдогенератор). Его эффективность зависит не только от разницы температур, но также и от времени пребывания, которое должно быть не более нескольких секунд, чтобы поддерживать этот процесс энергетически осуществимым. Именно по этой причине рекомендуется система предварительного охлаждения. В качестве вероятного решения для интеграции Процессов полученный лед можно использовать как беззатратную охлаждающую среду, поскольку для этого не требуется никаких дополнительных процедур очистки (чистота льда ≤98%).

Пример 6: Превращение глутамина и аспарагина в глутамат и аспартат

Обычно считается, что аминокислоты аспарагин и глутамин не имеют собственного вкуса, но при помощи коммерчески доступных ферментных препаратов их можно превращать в аспартат и глутамат, имеющие вкус умами.

Были получены два таких ферментных препарата; PreventAse от D8M и SD-C100S от Amano.

Оптимальные ферменты для превращения глутамина определяли в искусственном картофельном соке. Каждый фермент затем применяли в соответствующих условиях в концентрированном обедненном белком картофельном соке, который затем анализировали на содержание аминокислот.

Искусственный PJ (картофельный сок) получали растворением лимонной кислоты (Merck 1.00244) при 6,3 г/л, KCl (Prolabo 26759.291) при 7,4 г/л и регулированием рН с помощью 1 М-5 М КОН до значений 3, 4, 5, 6 и 7. Глутамин (Applichem А3734) растворяли в концентрациях 1,9 г/л или 3,2 г/л, соответственно, что соответствовало типичным уровням в картофельном соке. К этим образцам ферменты добавляли на уровнях 0,1% (SD-C100S) или 0,4% (Preventase). Затем проводили инкубацию при температуре 24, 31, 42, 48 или 60°С в течение 30 минут. Реакции гасили добавлением 0,10 объема 1 М NaOH. 50 мкл аликвот этих образцов разводили в 2,5 мл конечного объема и вводили в анализ Бертло. Этот метод обнаруживает аммиак, который высвобождается при превращении Gln или Asn в Gtu или Asp. 100 мкл разведенного образца добавляли на микротитровальную пластину. В каждую лунку добавляли: 20 мкл 10% фенола в этаноле; 20 мкл 5 г/л нитропруссида натрия; 50 мкл окислительного раствора, приготовленного из 1 части раствора гипохлорита натрия и 4 частей раствора, содержащего 20% тринатрийцитрата и 1% NaOH. После того, как реакция протекала в условиях окружающей среды, образовавшийся сложный цвет определяли количественно путем измерения поглощения при 640 нм. Калибровочная кривая была построена по карбонату аммония в концентрациях от 0 до 100 микромолей.

Оптимальные значения рН и температуры для обоих ферментов показаны на контурных графиках. Для материала Amano существует явный оптимум как по рН, так и по температуре. Напротив, на фермент DSM температура оказывает только незначительное влияние на температуру, но рН оказывает сильное влияние.

Оба фермента были испытаны в депротеинизированном концентрированном картофельном соке на способность производить аспартат и глутамат.

150 мл сока обрабатывали 4 мг/л PreventAse (DSM) при температуре окружающей среды (примерно 24°С) при рН 6,0. Аликвоты отбирали до введения фермента после инкубации в течение 1, 2, 24 и 48 часов. 1 литр сока обрабатывали 1 мг/мл Amano SD-C100S при рН 6,5 и 60°С. Аликвоты отбирали до введения фермента после инкубации в течение 1 часа, 3 часов и 24 часов. Эти образцы анализировали на свободные аминокислоты методами, описанными выше.

SD-C100S позволяет получить только глутамат, в то время как Preventase позволяет получить как аспартат (быстро), так и глутамат (медленнее).

Пример 7: Превращение РНК в 5'-нуклеотиды

Среди нуклеотидов только 5' пуриновые нуклеотиды, 5'-АМР, 5'-GMP и 5'-IMP, имеют вкус умами. Эти нуклеотиды получают при ферментативном разложении нуклеиновых кислот соответствующими ферментами. В неблагоприятных условиях эндогенные ферменты могут разрушить нуклеиновые кислоты в 3'-нуклеотиды, которые не имеют вкуса умами. Приготовили четыре разных концентрата депротеинизированного картофельного сока и подвергли их воздействию Amano RP-1G (RNase, Amano, Япония).

Концентраты получали следующим образом, начиная с флокулированного картофельного сока, который был получен, как описано в примере 1:

Концентрат А: Картофельный сок депротеинизировали ультрафильтрацией с мембранами 5 кДа. Пермеат собирали и концентрировали обратным осмосом, затем дополнительно концентрировали выпариванием.

Концентрат В: Картофельный сок депротеинизировали ультрафильтрацией с мембранами 5 кДа. Пермеат собирали и концентрировали выпариванием.

Концентрат С: Картофельный сок депротеинизировали путем связывания белка с ионообменной смолой комбинированного режима. Обедненный белком сок собирали и концентрировали обратным осмосом, затем дополнительно концентрировали выпариванием.

Концентрат D: Картофельный сок депротеинизировали путем связывания белка с ионообменной смолой комбинированного режима. Обедненный белком сок собирали и концентрировали обратным осмосом, затем дополнительно концентрировали кристаллизацией вымораживанием.

50 мл аликвоты всех соков доводили до рН 5,0 и инкубировали в течение 10 минут при 95°С для инактивации активности эндогенных ферментов. 25 мл каждого образца хранили в виде неинкубированного контроля, в то время как другие 25 мл обрабатывали при помощи 0,1 г/л Amano RP-1G при температуре 70°С в течение одного часа. Эти образцы были заморожены и отправлены на внешний анализ. Уровни 5'-нуклеотидов определяли с помощью ВЭЖХ на колонке Shimadzu WAX-1 с двухволновым детектированием при 260 и 280 нм. Наиболее доминирующим 5'-нуклеотидомявлялся 5-IMP, как сообщается в таблице 7. Также приводятся суммы всех 5' пуриновых нуклеотидов.

Концентраты, которые были получены с помощью мембранных технологий, показали относительно низкие уровни 5'-нуклеотидов. По-видимому, РНК, из которой происходят эти нуклеотиды, не способна пересечь ультрафильтрационную мембрану. Применение метода ФК приводит к самому большому количеству 5'-нуклеотидов, а также показывает наибольшее увеличение этих нуклеотидов при воздействии нуклеазы. Это является демонстрацией того, что холодная обработка сохраняет РНК в полимеризованной форме.

Пример 8: Гидролитическое и окислительное разрушение липидов в картофельном соке в зависимости от температуры и времени

Степень разложения липидов определяли при разных температурах в течение 45 минут. Вкратце, предварительно охлажденный картофель (4°С) натирали на терке и сок инкубировали при температуре 3°С, при температуре окружающей среды 22°С или при температуре процесса 37°С. Поскольку натирание на терке, обработка и перекачка картофельного сока во время переработки в промышленном масштабе сопровождается отходящим теплом, то обычно температура картофельного соке составляет между 30 и 40°С.

После инкубирования в моменты времени 15, 30 и 45 минут аликвоты по 5 мл картофельного сока добямяри при помощи пипетки непосредственно в смеси 5 мл хлороформа (Merck 1.0W45) и 10,5 мл метанола (Prolabo 20847.347), чтобы погасить любые текущие ферментативные реакции и облегчить экстракцию липидов. Экстракцию проводили по методу Блайя-Дайера (Bligh & Dyer). Конечный экстракт выпаривали досуха в вакууме в предварительно взвешенных пробирках и количество извлекаемого таким образом липидного материала определяли взвешиванием на аналитических весах Satorius (тип 1712). Выделенный липидный материал затем повторно растворяли в 5 мл гексана (Alfa Aesar 33321) для дальнейшего анализа.

Уровни фосфолипидов определяли по методу Раузера (Rouser, G., Fleischer, S. & Yamamoto, A. (1970) Lipids 5, 494-496), а уровень гликолипидов определяли с использованием метода с орцинолом. Вкратце, 100 мкл аликвоты экстракта липидов выпаривавали досуха в стеклянных пробирках. 200 мг орцинола (SigmaAldrich 447420) растворяли в 100 мл 70%-ной об : об серной кислоты (Merck 1.00731). 2 мл этого раствора добавляли к каждой стеклянной пробирке и инкубировали в течение 20 минут при температуре 800°С. После охлаждения до температуры окружающей среды считывали поглощение при 505 нм на Multiskan Go (Thermo Scientific) и определяли уровни гликолипидов по калибровочной кривой, полученной для глюкозы (Merck 8337.0250)

Гидропероксиды, которые являются первичными продуктами окисления полиненасыщенных жирных кислот, были оценены по методу Шанта и Декера (Shanta, N.C and Decker, Е.А, 1994, J. AOCS Int, 77, p 421-4 "Rapid, sensitive, iron-based spectrophotometric method for determination of peroxide value of food lipids"). Вкратце, раствор реагента тиоцианата железа получали путем смешивания 0,132 М BaCl₂ (Prolabo 21716.266) в 0,4 М HCl с равным объемом 0,144 М гептагидрата сульфат железа III (SigmaAldrich F7002). Этот раствор смешивали с равным объемом 3,94 М тиоцианата аммония (Prolabo 21344.237). 100 мкл растворенного в гексане липидного материала смешивали с 1,4 мл метанола/н-бутанола (Prolabo 20808.325) (1:1 об:об) с последующим добавлением 15 мкл реагента тиоцианата железа и тщательным перемешиванием. Через 20 минут измеряли поглощение при 510 нм и сравнивали с характеристикой калибровочной кривой, полученной из гидропероксида кумола (SigmaAldrich 247502), и выражали в единицах оптической плотности.

Вторичные продукты окисления оценивали, измеряя значение пара-анизидина (pAV) в соответствии с методом Американского общества нефтехимиков (AOCS, 2004, Official method Cd. 18-90 in: Official methods and recommended practices of the American Oil Chemists Society). Этот метод обнаруживает жирные альдегиды, в частности ненасыщенные. Общепризнано, что более низкие значения pAV свидетельствуют о меньшем разрушении жирных кислот.

Вкратце, к 1,7 мл растворенного в гексане липидного экстракта добавляли 0,3 мл 20 мМ пара-анизидина (SigmaAldrich А88255). Поглощение при 350 нм считывали через 10 минут по отношению к контролю гексана. Результаты этих анализов приведены в Таблице 8.

Как видно из таблицы 8, интактные глико- и фосфолипиды со временем разрушаются, особенно при повышенных температурах. Первичные продукты окисления присутствуют в несколько более высоких уровнях при более высоких температурах, но во всех случаях их уровни ниже уровня количественной оценки. Напротив, продукты вторичного окисления, как показывают значения pAV, быстро растут с течением времени при более высоких температурах.

Пример 9: Восприятие вкуса обедненного белком концентрата/экстракта картофеля и обедненного белками концентрата/экстракта картофеля, который обогащен аспартатом.

Четыре основных вкуса, соленый, сладкий, кислый и горький, можно усиливать или улучшить при помощи обедненного белком экстракта картофеля. Также пятый вкус, умами, можно увеличить с помощью экстракта картофеля. Кроме того, можно улучшить механическое, болевое и термическое восприятие вкуса. Точный эффект экстракта картофеля зависел от матрицы, в которой он присутствовал, и от того, какие вкусы присутствовали в самой матрице. Было проведено разделение между водными и жировыми матрицами, а также различие между пряной (savory) и сладкой системами. Выполнялась слепая (односторонняя) дегустация панелью из 5 или 10 человек.

Как видно из таблицы 9, в которой приведено сравнение экстракта картофеля с эталонным материалом, который не содержал картофельного экстракта, существует множество различных комбинаций ощущений. Большинство ощущений могут быть связаны с первоначальным составом эталонного материала, в котором присутствовали специи, перец чили и сельдерей, которые усиливали восприятие острого вкуса. Всякий раз, когда присутствовала соль, особенно без других специй или трав, ощущалась повышенная соленость. Помимо таких вкусовых ощущений, в присутствии экстракта картофеля происходило также усиление кремового ощущения во рту, долговременного ощущения вкуса и определенных особых вкусов, например, сыра, цитрусовых, вкуса мяса. В случае с алкогольными напитками можно сильнее ощущать алкоголь.

Как можно видеть из таблицы 10, где экстракт картофеля сравнивали с обогащенным аспартатом экстрактом картофеля, наблюдаются некоторые тенденции в ощущении вкуса. Экстракт картофеля + Asp улучшает сладость чаще, чем только картофельный экстракт, что можно отнести на счет аспартата, который передает вкус умами, а вкус умами усиливает сладкий и соленый вкусы. В присутствии 5'-нуклеотидов вкус умами можно еще больше усилить. Кроме того, экстракт картофеля с аспартатом повышает специфический вкус больше, чем только картофельный экстракт. С экстрактом картофеля наблюдалось более кремовое ощущение во рту, а с экстракта картофеля с аспартатом - менее кремовое. Острый вкус больше усиливался экстрактом картофеля как есть.

Пример 10: Функциональные возможности белка картофеля после холодной обработки

Обработка

Свежий картофельный сок (PJ) охлаждали до 18°С с помощью теплообменника и подвергали предварительной обработке путем флокуляции с последующим осаждением. Оставшийся сок называется очищенным картофельным соком (CPJ), его доводили на сепараторе, как описано выше. CPJ имел поглощение <0,3 при 620 нм и содержание липидов составляло 12 г/кг сухого вещества.

Концентрированный вымораживанием общий картофельный концентрат (FC ТРоС) получали при помощи концентрирования CPJ до примерно 30 мас. % сухого вещества с помощью технологии концентрирования вымораживанием, как описано в примере 1.

Концентрированный вымораживанием общий белковый концентрат (FC ТРС) получали при помощи концентрирования CPJ в системе ультрафильтрации (УФ), снабженной спирально намотанной мембраной Коха с мембранным отсечением 5 кДа. Ретентат Уф концентрировали до примерно 30 мас. % сухого вещества согласно технологии концентрирования вымораживанием (разделение EFC), как описано в примере 1.

Концентрированный вымораживанием диафильтрованный общий белковый концентрат (FC dTPC) получали при помощи диафильтрации CPJ с деминерализованной водой в системе УФ, снабженной спирально намотанной мембраной Коха с мембранным отсечением 5 кДа.

Затем FC ТРоС, FC ТРС и FC dTPC сушили методом сублимационной сушки (Sublimator 2×3×3, Zirbus Technology BV, параметры процесса: низкий вакуум (глубокий вакуум 0,05 мбар), глубокое замораживание (-55°С).

Для сравнения использовали два общих белковых изолята (TPI), которые были получены без холодной обработки и с хроматографией, как описано в патенте WO 2008069650 А1, обозначенные как TPI 1 и TPI 2, и коагулированный при тепловом воздействии общий белковый изолят (НС PI, доступный от Avebe, Нидерланды). TPI сушили путем распылительной сушки, НС PI сушили при помощи флеш-сушки.

Состав

Полученные концентраты FC содержат все картофельные белки, но в зависимости от процесса имеются различия в общем содержании белка, что делает их общими картофельными концентратами (ТРоС) или общими белковыми концентратами (ТРС или dTPC). Состав высушенных концентратов, а также состав TPI и НС PI можно найти в таблице 11.

Функциональность

Были протестированы некоторые функциональности белка, такие как растворимость, эмульгирующая способность и прочность геля.

Растворимость

Растворимость определяли приготовлением 50 мл 5 мас. % белковых дисперсий (А). Затем 10 мл переносили в новую пробирку (В). Пробирку (В) центрифугировали (Heraeus Mulitfuge 1S-R, Thermo Electron Company) при 800 g в течение 10 мин, а супернатант декантировали в новую пробирку (С). Содержание сухого вещества в супернатанте в пробирке С и дисперсии белка в пробирке А определяли при помощи галогеновых весов-влагомеров (HR83, Mettler Toledo), установленных на 150°С в течение 15 мин. Затем растворимость выражают как % сухого вещества в С, разделить на % сухого вещества в А, умножить на 100%.

Эмульгирующая способность

Эмульгирующую способность определяли приготовлением 50 мл 2 мас. % белковой дисперсии с 0,5 г NaCl. рН белковой дисперсии доводили до 4,5 с помощью НСl. Добавляли примерно 100 г подсолнечного масла (Butella) и готовили предварительную эмульсию при помощи Ultraturrax (IKA Т18 digital) при 10000 об/мин в течение 30 секунд. Предварительную эмульсию переносили в предварительно взвешенную чашу Хобарта (N50), взвешивали, а затем взбивали с максимальной скоростью (3), в то время как подсолнечное масло постоянно подавалось в чашу с помощью насоса (Easy-load Masterflex, Cole Parmer Instrument Company) при 25 об/мин. Как только эмульсия нарушилась, насос был остановлен и был измерен вес эмульсии. Эмульгирующая способность рассчитывается как количество масла в граммах на грамм порошка.

Прочность геля

Прочность геля определяли путем измерения максимальной силы (N) на белковом геле. Гель получали путем приготовления 8 мас. % белковых дисперсий в деминерализованной воде. рН доводили до 3,0 или 7,0 с помощью HCl или NaOH, и проводимость устанавливалась равной 11 мСм/см или 14 мСм/см, если только проводимость исходного раствора белка не была значительно выше. Дисперсии белка нагревали на водяной бане при 95°С в течение 45 минут, после чего дисперсии оставляли для охлаждения в течение ночи в холодильнике. На следующий день прочность геля определяли на анализаторе текстуры (Stable Microsystems) с измерительной ячейкой 5 кг и цилиндрическим зондом диаметром 10 мм. Усилие сжатия было измерено на расстоянии 8 мм, скорость предварительного испытания 1,5 мм/с, а скорость испытания составляла 1,5 мм/с.

Концентрированные вымораживаем образцы имели более низкое содержание белка, чем НС PI и оба образца TPI, но все концентрированные вымораживанием образцы имели значительно более высокую растворимость, чем НС PI и TPI. Растворимость является очень важным для функциональности продукта свойством. Проводимость концентрированных вымораживанием образцов, за исключением диафильтрованного варианта, была намного выше, чем проводимость HCPI и TPI при концентрации порошка 10 мас. %. Проводимость является показателем присутствующих в образце минералов, что указывает на то, что образцы FC все еще содержат много минералов, которые естественным образом присутствуют в картофеле, так как во время обработки не добавлялись буферы, соли или другие растворители. TPI получали при помощи хроматографических процессов, в которых использовали буферы для элюирования, и белки абсорбировались из потока картофельного сока. Поэтому проводимость в TPI намного ниже, и естественный минеральный баланс картофеля нарушен. Минеральный баланс оказывает большое влияние на конечную функциональность белков картофеля.

На фигуре 6 показаны эмульгирующие способности (ЕС) концентрированных вымораживанием материалов по сравнению с НС PI и TPI. В целом, концентрированные вымораживанием материалы имели более сильные эмульгирующие способности (ЕС) по сравнению с НС PI, для которого эмульсия не стабилизировалась вообще, и более сильные ЕС по сравнению с TPI.

На фигуре 7 показана эмульгирующая способность (ЕС) полученных при концентрировании вымораживанием картофельных и белковых концентратов по сравнению с полными изолятами белка при рН 3.

При аналогичном содержании сухого вещества прочность геля концентрированного вымораживанием dTPC была намного выше, чем у TPI 1 при рН 7 и рН 3 (фигура 8). Для НС PI гель не образовывался при любой концентрации и рН.

При такой же массе белка в геле прочность геля у концентрированных вымораживанием dTPC, ТРоС и ТРС была выше, чем у TPI при рН 7 (и чем у НС PI, что не показано на фигурах). При рН 3 прочность геля у FC ТРоС равна нулю и, следовательно, ниже, чем у TPI 1, но прочность геля у FC ТРС и FC dTPC выше, чем у TPI 1 (и НС PI). Эти свойства интересны для широкого спектра пищевых продуктов.

Пример 12

Образцы протеинов были приготовлены при помощи различных видов предварительной обработки в соответствии с примером 1. Образцы белка включали образец, не подвергавшийся предварительной обработке, также образцы, полученные микрофильтрацией, низкоскоростным центрифугированием и флокуляцией. Содержание карбонилов, которое отражает степень разрушения белка, определяли по существу в соответствии со способом Левайна и дл. (Levine R.L., Garland D., Oliver C.N., Amici A., Climent I., Lenz A.G., Ahn B.W., Shaltiel S., & Stadtman E.R. (1990) Methods Enzymol.; 186:464-78. "Determination of carbonyl content in oxidatively modified proteins").

Для каждого образца аликвоты, содержащие 4-8 мг белкового материала, разводили в 1,8 мл 1-пропанола (А19902, Alfa Aesar) для солюбилизации остаточных липидов и охлаждения белка. Образцы обрабатывали ультразвуком в течение 5 минут в ультрафиолетой ванне и центрифугировали в центрифуге Eppendorf со спиралью 14000 об/мин в течение 5 минут. Осадок дважды промывали 1,8 мл 1-пропанола и растворяли в 500 мкл 2 М HCl, содержащей 10 мМ 2,4-дянитрофенилгидразина (DNPH, 04732, Sigma Aldrich). Полученный материал инкубировали в темноте в течение 1 часа, тщательно перемешивая каждые 10 минут. В каждую пробирку добавляли 500 мкл 20% трихлоруксусной кислоты (Т9159, Sigma Aldrich) с последующей 10-минутной инкубацией на льду для осаждения белка. Белки выделяли центрифугированием и дважды промывали 1 мл смеси 1:1 этанола (ProLabo 83464.360) и этилацетата (109623, Sigma Aldrich) для удаления несвязанного реагента. Пеллеты белка растворяли 1-часовой инкубацией в 6 М гуанидине/HCl (0287, VWR) при 37°С с тщательным перемешиванием каждые 10 минут. Полученный раствор очищали от нерастворенного материала путем центрифугирования, и поглощение считывали при 370 нм относительно 6М раствора гуанидина/НС1. Содержание карбонилов рассчитывали по абсорбции с использованием молярного коэффициента экстинкции 22000 л моль^-1 см^-1. Чтобы учесть потерю белка на стадиях осаждения, конечные концентрации белка определяли в растворах гуанидина с помощью анализа Sprint (Sprint Rapid Protein Analyzer, СЕМ). Результаты приведены в Таблице 12.

Из этих результатов очевидно, что флокуляция приводит к наименьшей степени разрушения белка и, следовательно, к получению продукту самого высокого качества при выделении при помощи концентрирования вымораживанием.

Пример 13: Состав и функциональность нативных белковых продуктов картофеля (сравнение)

В области техники известно несколько продуктов из нативного белка картофеля. Для того, чтобы оценить, приводит ли данный способ к получению белковых продуктов, отличающихся химически, были выполнены известные процедуры получения продуктов из нативных белков картофеля, и проведено сравнение полученных продуктов с продуктом, полученным по настоящему способу.

Сравнительный Продукт 1:

Нативный картофельный белок, полученный согласно WO 97/42834

200 г CaCl₂*2Н₂О добавляли к 200 литрам свежего сока промышленного крахмального картофеля (Avebe, Gasselternijveen), содержащего 200 мг/л бисульфита натрия. Смесь перемешивали в течение 5 минут, после чего добавляли 360 г Na₂HPO₄*2H₂O с последующим дополнительным 5-минутным перемешиванием. рН доводили до 7,5 при помощи 20%-ного раствора NaOH, и указанную смесь пропускали через сепаратор со скоростью 100 л/ч для отделения осадка от надосадочной жидкости. Осадок отбрасывали и супернатант концентрировали на установке ультрафильтрации, снабженной мембраной Koch 5 кДа, до конечного объема 15 литров. Этот концентрат подвергали диафильтрации с 45 литрами деминерализованной воды, содержащей 9 г бисульфита натрия, до конечного объема, который скове, составлял 15 литров. 4 литра хранили в замороженном виде, в то время вес 11 литров подвергли распылительной сушке с температурой на входе, составляющей 175°С, и с температурой на выходе, составляющей 75°С, с получением беловатого порошка. Содержание свободной аминокислоты в этом материале составляло 12,8 г/кг сухого вещества.

Сравнительный продукт 2:

Нативный картофельный белок согласно US 2010/0087628

Процедуру слегка модифицировали: нативный картофельный белок с рН от низкого до нейтрального был получен путем добавления 200 мг/л сульфита в осадочный резервуар и затем доведен до условий высокого рН, которые используются в процедуре, описанной в US 2010/0087628. Поскольку в US 2010/0087628 не сообщается о стадии концентрирования или сушки, использовались те же условия концентрирования и сушки, которые использовались для других белков в этом примере. Проведение этих стадий необходимо, поскольку концентрация белка в элюате слишком мала, чтобы проводить эксперименты с функциональностью белков.

Хроматографию с адсорбцией в расширяющемся слое (ЕВА) проводили путем доведения промышленного картофельного сока до рН 4,8 и введения 7 объемов слоя в колонку с модифицированной лигандом агароза-вольфрам-карбидной смолой CS174 ЕВА (Upfront Chromatography, Дания) в ориентации восходящего потока. Слои промывали 20 мМ цитратным буфером, рН 4,8, и белок извлекали элюированием с использованием раствора гидроксида натрия при рН 11. Элюат белка концентрировали ультрафильтрацией на установке ультрафильтрации 5 кДа и подвергали распылительной сушке, чтобы стабилизировать до проведения дальнейшей обработки. Этот материал повторно растворяли в деминерализованной воде при концентрации 10% и доводили до рН 11, чтобы он соответствовал элюату NaOH в US 2010/0087628. Этот материал повторно подвергали распылительной сушке, как указано выше. Содержание свободной аминокислоты в этом материале составляло 2,4 г/кг сухого вещества.

Сравнительный Продукт 3:

Нативный белок картофеля при помощи хроматографии ЕВА согласно ЕР 1920662

В соответствии с ЕР 1920662 были получены два изолята нативного белка картофеля промышленного качества: S200 и S300.

Вкратце, хроматографию с адсорбцией в расширяющемся слое (ЕВА) проводили путем доведения промышленного картофельного сока до рН 4,8 и введения 7 объемов слоя в колонку с модифицированной лигандом агароза-вольфрам-карбидной смолой CS174 ЕВА (Upfront Chromatography, Дания) в ориентации восходящего потока. Слои промывали 20 мМ цитратным буфером, рН 4,8, и белок извлекали элюированием буфером из муравьиной кислоты при рН 3 (S200) и карбонатным буфером при рН 6,0 (S300). Элюат белка концентрировали путем ультрафильтрации на установке ультрафильтрации 5 кДа и подвергали распылительной сушке при температуре на входе 175°С температуре на выходе 75°С. Содержание свободной аминокислоты в S200 составляло 3,2 г/кг сухого вещества, а содержание свободной аминокислоты в S300 составляло 0,6 г/кг сухого вещества.

Результаты

Содержание карбонилов и содержание аминов определяли для всех сравнительных продуктов, как описано выше. Результаты приведены в Таблице 13:

Пример 14

Функциональность белковых продуктов ТРоС и ТРС, описанных в примере 10, сравнивали с функциональностью известных белковых продуктов, полученных так, как описано в примере 13. Функциональные характеристики растворимость и эмульгирующая способность являются индикатором той степени, до которой белок картофеля был разрушен во время процесса изоляции. Растворимость и эмульгирующая способность определялись для всех образцов с использованием следующих стандартизованных протоколов.

Растворимость

Белковые продукты вводили в деминерализованную воду (1,0% порошок) и перемешивали до растворения, оценивая поведение при растворении визуально. После полного диспергирования или растворения рН доводили до 6,0. Полученные жидкости центрифугировали в течение 5 минут при 800 g. Супернатанты разбавляли 10 раз в 100 мМ растворе NaOH и определяли концентрацию белка, измеряя разницу в поглощении при 280 и 310 нм. Растворимость выражена в виде процента сигнала в центрифугированных образцах относительно необработанных контролей.

Эмульгирующая способность

60 г 2%-ного раствора белка получали путем растворения белкового порошка с верхней мешалкой. рН доводили до 6 с помощью 1 М HCl. Первичные эмульсии получали путем смешивания растворов белка с 120 г подсолнечного масла при помощи Ultaturrax в течение 30 секунд при 10000 об/мин. 150 г первичной эмульсии переносили в миксер Hobart и при перемешивании с максимальной скоростью в эмульсию медленно добавляли масло с постоянной скоростью 25. Когда эмульсия теряла свою вязкость, добавление масла прекращали. Эмульгирующая способность (ЕС) выражается как общее количество добавленного масла, деленное на количество белка, присутствующего в первичной эмульсии.

Результаты

Образцы белка, которые были получены, показали явные различия в поведении при растворении, растворимости и эмульгирующей способности. Кроме того, различные методы производства дали продукты с отчетливыми различиями в запахе.

ЕВА: хроматография в расширяющемся слое; UF: ультрафильтрация; FC: концентрирование вымораживанием. ТРоС: общий картофельный концентрат; ТРС: общий белковый концентрат; SC: эмульгирующая способность, выраженная как масло (в граммах), связанное на грамм белка.

Пример 15

Была проведена серия ферментативных превращений и стадий обработки продукта, полученного в соответствии с настоящим изобретением, и полученные материалы были предложены панели из 10 человек для проведения оценки основных вкусов и того, понравился ли вкус.

Подготовка образцов:

Флокулированный и концентрированный вымораживанием концентрированный продукт картофельного белка был приготовлен в соответствии с примером 1. Примерно 2 литра концентрата картофельного сока объединяли с образованием одной партии 42,6 Вх при рН 6,04. Эту партию тщательно перемешивали и разделали на 2 аликвоты для проведения обработки глутаминазой, используя 1,0 г/н SD-C100S (Amano, Великобритания). Одну партию выдерживали при температуре окружающей среды (20-25°С) и одну инкубировали при 60°С с глутаминазой. Через 24 часа собирали образцы и охлаждали до температуры окружающей среды.

Эти образцы затем разделяли на две аликвоты каждый, одну из которых хранили в качестве неинкубированного контроля, в то время как другую инкубировали при комнатной температуре в течение 24 часов с 1,0 мл аспарагиназы (PreventAse L, DSM, Нидерланды). Вкус всех образцов оценивали при 4 мас. %. Степень конверсии проверяли с помощью аминокислотного анализа, как описано в разделе «Определение содержания аминокислот». Превращение было полным в случае обработки аспарагиназой и почти полным в случае обработки глутаминазой (более 98%).

Оценка вкуса

Была сформирована панель (n=10) добровольцев-сотрудников для проведения исследований вкуса с неким предварительным обучением. Предварительное обучение включало предварительную дегустацию базовых вкусов в разных концентрациях, чтобы ознакомить участников с вкусами и получить некоторые понятия о способности индивидуумов осуществлять дегустацию, включая пороги вкуса. Члены панели были проинструктированы и обучены методам оценки вкуса и интенсивности вкуса. Исследование было закончено всеми 10 членами панели.

В EyeQuestion был разработан структурированный протокол для сенсорного профилирования предметов вкуса (программное обеспечение EyeQuestion, версия 3.15.1). Образцы были представлены в виде слепых тестов со случайным выборкой для каждого отдельного члена панели. Порядок выборки был различным для каждого участника, чтобы избежать «переноса» вкуса из предыдущего образца в конечном итоге для всей панели.

Были предоставлены онлайн-формы для оценки всех образцов, автоматизированные в специализированном программном обеспечении (EyeQuestion). Вкус был оценен в EyeQuestion по визуальной аналоговой шкале (VAS), где вкус оценивался в непрерывном масштабе 0-100, где 0 - нет вкуса, 100 - максимальный вкус. Образцы были оценены по основным признакам вкуса: сладкий, соленый, кислый, горький и умами. Кроме того, по шкале от -30 до +30 оценивали то, нравится ли вкус, при этом отрицательная оценка означала «неприязнь», а положительная оценка означала «симпатию».

Результаты

Ферментативная обработка изменила вкусовое впечатление от концентратов аминокислот картофеля несколькими способами. В то время как на горечь не было оказано существенного влияния, обработка глутаминазой увеличивала вкус умами в материале. Подобным образом усиливалась соленость, но в меньшей степени. Это увеличение невелико по сравнению с количеством солей, уже присутствующих в образцах.

Обработка аспарагином повышала восприятие кислого вкуса и уменьшала восприятие сладкого вкуса, а также увеличивала вкус умами, хотя в меньшей степени, чем обработка глутаминазой. Тем не менее, вкус материала, обработанного аспарагиназой, в гораздо большей степени нравился, чем вкус материалов, обработанных глутаминазой.

Группа изобретений относится к пищевой промышленности. Способ обработки сока картофеля (Solanum tuberosum) осуществляют следующим образом. Предварительно обрабатывают сок картофеля с удалением липидов картофеля до уровня менее 28 г/кг сухого веса. Охлаждают сок до температуры от -0,3 до -16 °С с образованием кристаллов льда. Отделяют кристаллы льда от указанного сока картофеля с получением концентрированного сока картофеля. Представлены варианты концентрированного сока картофеля, обедненного белком сока картофеля и аминокислотного порошка из картофеля, применение концентрированного сока картофеля, обеднённого белком сока картофеля или аминокислотного порошка из картофеля в качестве вкусового ингредиента и/или усилителя вкуса для пищевых продуктов. Группа изобретений обеспечивает получение продукта, где белок разрушен в меньшей степени, имеющего более высокое качество и более высокую чистоту, чем в известных аналогичных белковых продуктах, продукт имеет низкий уровень тригликоалкалоидов, во время обработки в продукте практически не образуются продукты реакции Майяра, сведено к минимуму образование налета и коррозии на оборудовании по сравнению с другими способами, по существу не имеет цвета и характеризуется низким содержанием фенольных кислот, продукт не содержит аллергенов и практически не производится из генетически модифицированных организмов. 10 н. и 33 з.п. ф-лы, 15 табл., 10 ил., 15 пр.

1. Способ обработки сока картофеля (Solanum tuberosum), включающий:

a) предварительную обработку указанного сока картофеля с удалением липидов картофеля до уровня менее 28 г/кг сухого веса;

b) охлаждение указанного сока картофеля до температуры от -0,3 °С до -16 °С с образованием кристаллов льда; и

c) отделение указанных кристаллов льда от указанного сока картофеля с получением концентрированного сока картофеля.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанная предварительная обработка включает флокуляцию, осаждение, флотацию, центрифугирование или микрофильтрование.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанные кристаллы льда отделяют от указанного сока картофеля при помощи фильтрования, гидравлической промывки, промывки с продавливанием поршнем или центрифугирования.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что указанный концентрированный сок картофеля содержит по меньшей мере 30 мас. % белка в пересчете на сухое вещество.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что указанный концентрированный сок картофеля далее подвергают диафильтрации с получением концентрированного сока картофеля, содержащего по меньшей мере 50, предпочтительно по меньшей мере 60 мас. % белка в пересчете на сухое вещество.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что указанный концентрированный сок картофеля подвергают коагуляции, адсорбции, фильтрованию, хроматографии, пенной сепарации или низким температурам с получением по меньшей мере одной фракции изолята белка из картофеля и обедненного белком сока картофеля, содержащего свободные аминокислоты.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что указанный изолят белка картофеля является изолятом по существу нативного белка картофеля.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что указанный обедненный белком сок картофеля подвергают ферментативной обработке с превращением свободной аминокислоты аспарагина в аспартат и/или свободной аминокислоты глутамина в глутамат и/или необязательно в гамма-аминомасляную кислоту.

9. Способ по п. 6 или 8, включающий сушку указанного обедненного белком сока картофеля с получением аминокислотного порошка из картофеля, содержащего свободные аминокислоты, при этом указанный порошок является вкусовым ингредиентом и/или усилителем вкуса.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что указанный аминокислотный порошок из картофеля передает вкус умами или кокуми.

11. Способ по любому из пп. 1-10, дополнительно включающий охлаждение указанного сока картофеля до температуры от +5 до -10 °C с получением кристаллов аспарагина и последующее выделение указанных кристаллов аспарагина.

12. Способ по любому из пп. 1-11, дополнительно включающий стадию уменьшения содержания тригликоалкалоидов до менее 800 мг/кг, предпочтительно до менее 320 мг/кг сухого вещества.

13. Концентрированный сок картофеля, получаемый способом по любому из пп. 1-5, имеющий содержание карбонилов менее 4,7 ммоль/кг растворимого белка.

14. Концентрированный сок картофеля, получаемый способом по любому из пп. 1-5, с содержанием сухого вещества по меньшей мере 25 мас. %, содержащий, в процентах сухого вещества, по меньшей мере 16 мас. % свободных аминокислот, при этом указанные свободные аминокислоты содержат в мас. % от свободных аминокислот по меньшей мере 20 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 25 мас. % в сумме глутамина, глутамата и гамма-аминомасляной кислоты и по меньшей мере 25 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 30 мас. % в сумме аспарагина и аспартата, при этом общий цвет указанного концентрированного сока картофеля, определяемый как суммарная оптическая плотность при 420, 520 и 620 нм в 4,5 мас.% растворе в деминерализованной воде, составляет менее 0,7, предпочтительно менее 0,5, и где содержание карбонилов составляет менее 4,7 ммоль/кг растворимого белка.

15. Концентрированный сок картофеля по п. 13 или 14, отличающийся тем, что содержание свободного амина, определенное при помощи реакции указанного концентрированного сока картофеля в концентрации 0,1 мас. % с реагентом OPA и последующего анализа при 340 нм, составляет от 1400 до 2400 ммоль/кг сухого вещества.

16. Концентрированный сок картофеля по любому из пп. 13-15, отличающийся тем, что количество микроорганизмов, определенное по общему количеству жизнеспособных аэробных микроорганизмов в соответствии со стандартом SO 4833-1/2013, составляет менее 10⁴ КОЕ/г, предпочтительно менее 10³ КОЕ/г.

17. Концентрированный сок картофеля по любому из пп. 13-16, отличающийся тем, что содержание фенольных кислот составляет менее 500 мг/кг сухой массы.

18. Концентрированный сок картофеля по любому из пп. 13-17, отличающийся тем, что концентрация тригликоалкалоидов составляет менее 800 мг/кг сухой массы, предпочтительно менее 320 мг/кг.

19. Концентрированный сок картофеля по любому из пп. 13-18, содержащий по меньшей мере 18 мас. % аспарагина, и/или по меньшей мере 40 мас. % аспартата, и/или по меньшей мере 5 мас. % гамма-аминомасляной кислоты.

20. Обеднённый белком сок картофеля, получаемый способом по п. 6, имеющий содержание карбонилов менее 4,7 ммоль/кг растворимого белка.

21. Обеднённый белком сок картофеля, получаемый способом по п. 6, имеющий содержание сухого вещества по меньшей мере 25 мас. %, содержащий, в процентах сухого вещества, по меньшей мере 16 мас. % свободных аминокислот, при этом указанные свободные аминокислоты содержат в мас. % от свободных аминокислот по меньшей мере 20 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 25 мас. % в сумме глутамина, глутамата и гамма-аминомасляной кислоты и по меньшей мере 25 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 30 мас. % в сумме аспарагина и аспартата, при этом общий цвет указанного обеднённого белком сока картофеля, определяемый как суммарная оптическая плотность при 420, 520 и 620 нм в 4,5 мас. % растворе в деминерализованной воде, составляет менее 0,7, предпочтительно менее 0,5, и где содержание карбонилов составляет менее 4,7 ммоль/кг растворимого белка.

22. Обеднённый белком сок картофеля по п. 20 или 21, отличающийся тем, что содержание свободного амина, определенное при помощи реакции указанного обеднённого белком сока картофеля в концентрации 0,1 мас. % с реагентом OPA и последующего анализа при 340 нм, составляет от 1400 до 2400 ммоль/кг сухого вещества.

23. Обеднённый белком сок картофеля по любому из пп. 20-22, отличающийся тем, что количество микроорганизмов, определенное по общему количеству жизнеспособных аэробных микроорганизмов в соответствии со стандартом SO 4833-1/2013, составляет менее 10⁴ КОЕ/г, предпочтительно менее 10³ КОЕ/г.

24. Обеднённый белком сок картофеля по любому из пп. 20-23, отличающийся тем, что содержание фенольных кислот составляет менее 500 мг/кг сухой массы.

25. Обеднённый белком сок картофеля по любому из пп. 20-24, отличающийся тем, что концентрация тригликоалкалоидов составляет менее 800 мг/кг сухой массы, предпочтительно менее 320 мг/кг.

26. Обеднённый белком сок картофеля по любому из пп. 20-25, содержащий по меньшей мере 18 мас. % аспарагина, и/или по меньшей мере 40 мас. % аспартата, и/или по меньшей мере 5 мас. % гамма-аминомасляной кислоты.

27. Аминокислотный порошок из картофеля, получаемый способом по п. 9, имеющий содержание карбонилов менее 4,7 ммоль/кг растворимого белка.

28. Аминокислотный порошок из картофеля, получаемый способом по п. 9, имеющий содержание сухого вещества по меньшей мере 25 мас. %, содержащий, в процентах сухого вещества, по меньшей мере 16 мас. % свободных аминокислот, при этом указанные свободные аминокислоты содержат в мас. % от свободных аминокислот по меньшей мере 20 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 25 мас. % в сумме глутамина, глутамата и гамма-аминомасляной кислоты и по меньшей мере 25 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 30 мас. % в сумме аспарагина и аспартата, при этом общий цвет указанного аминокислотного порошка из картофеля, определяемый как суммарная оптическая плотность при 420, 520 и 620 нм в 4,5 мас. % растворе в деминерализованной воде, составляет менее 0,7, предпочтительно менее 0,5, и где содержание карбонилов составляет менее 4,7 ммоль/кг растворимого белка.

29. Аминокислотный порошок из картофеля по п. 27 или п. 28, отличающийся тем, что содержание свободного амина, определенное при помощи реакции указанного аминокислотного порошка из картофеля в концентрации 0,1 мас. % с реагентом OPA и последующего анализа при 340 нм, составляет от 1400 до 2400 ммоль/кг сухого вещества.

30. Аминокислотный порошок из картофеля по любому из пп. 27-29, отличающийся тем, что количество микроорганизмов, определенное по общему количеству жизнеспособных аэробных микроорганизмов в соответствии со стандартом SO 4833-1/2013, составляет менее 10⁴ КОЕ/г, предпочтительно менее 10³ КОЕ/г.

31. Аминокислотный порошок из картофеля по любому из пп. 27-30, отличающийся тем, что содержание фенольных кислот составляет менее 500 мг/кг сухой массы.

32. Аминокислотный порошок из картофеля по любому из пп. 27-31, отличающийся тем, что концентрация тригликоалкалоидов составляет менее 800 мг/кг сухой массы, предпочтительно менее 320 мг/кг.

33. Аминокислотный порошок из картофеля по любому из пп. 27-32, содержащий по меньшей мере 18 мас. % аспарагина, и/или по меньшей мере 40 мас. % аспартата, и/или по меньшей мере 5 мас. % гамма-аминомасляной кислоты.

34. Аминокислотный порошок из картофеля по любому из пп. 27-33, отличающийся тем, что содержание сухого вещества превышает 90 мас.%.

35. Применение концентрированного сока картофеля по любому из пп. 13-19 в качестве вкусового ингредиента и/или усилителя вкуса для пищевых продуктов.

36. Применение по п. 35 в качестве усиливающего вкус растительного экстракта.

37. Применение по п. 35 в качестве ароматизирующего состава, в качестве натурального ароматизатора или в качестве пищевого ингредиента.

38. Применение обеднённого белком сока картофеля по любому из пп. 20-26 в качестве вкусового ингредиента и/или усилителя вкуса для пищевых продуктов.

39. Применение по п. 38 в качестве усиливающего вкус растительного экстракта.

40. Применение по п. 38 в качестве ароматизирующего состава, в качестве натурального ароматизатора или в качестве пищевого ингредиента.

41. Применение аминокислотного порошка из картофеля по любому из пп. 27-34 в качестве вкусового ингредиента и/или усилителя вкуса для пищевых продуктов.

42. Применение по п. 41 в качестве усиливающего вкус растительного экстракта.

43. Применение по п. 41 в качестве ароматизирующего состава, в качестве натурального ароматизатора или в качестве пищевого ингредиента.