CN103841835B - 使用氯化钙提取制备大豆蛋白分离物 - Google Patents
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Abstract
蛋白含量为至少约60重量%(N×6.25)d.b.的大豆蛋白产品，优选蛋白含量为至少约90重量%(N×6.25)d.b.的分离物，通过以下程序形成：其中在低pH(通常约1.5‑约5)下，使用水性氯化钙溶液从大豆源材料提取大豆蛋白，并从残余的大豆蛋白源分离所得到的水性大豆蛋白溶液。可将所得到的澄清的水性大豆蛋白溶液稀释，并且在1.5‑5.0范围内调节pH。可通过超滤将溶液浓缩，渗滤，然后干燥，以提供大豆蛋白产品。备选地，可将经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液任选地在1.5‑7.0的范围内调节pH，然后稀释于水中，以引起沉淀物的形成，将沉淀物与稀释水(上清液)分离，并干燥经分离的大豆蛋白以形成蛋白含量为至少约60重量%(N×6.25)d.b.的大豆蛋白产品，优选蛋白含量为至少约90重量%(N×6.25)d.b.的大豆蛋白分离物。可处理上清液以形成蛋白含量为至少约60重量%(N×6.25)d.b.的大豆蛋白产品，优选蛋白含量为至少90重量%(N×6.25)d.b.的大豆蛋白分离物。备选地，通过调节pH可将来自稀释步骤的沉淀物重新溶解于稀释水中，以重新溶解沉淀物并形成蛋白溶液。通过使用选择性膜技术可浓缩大豆蛋白溶液，同时保持离子强度基本上恒定，随后任选渗滤和干燥。所述大豆蛋白产品可溶于酸性介质，并产生透明的热稳定的溶液，并因此可用于软饮料和运动饮料的蛋白强化。
Description
相关申请的引用
本申请是2010年6月30日提交的共待审的美国专利申请12/828,212号的部分继续申请，所述美国专利申请自身根据35 USC 1 19(e)要求2009年6月30日提交的美国临时专利申请61/213,647号的优先权。
发明领域
本发明涉及大豆蛋白产品的制备。
发明背景
在转让给其受让人的2009年10月21日提交的美国专利申请12/603,087号(7865-415)(美国专利公布2010-0098818号)和2010年10月13日提交的12/923,897号(7865-454)(美国专利公布2011-0038993号)中(这些专利申请的公开通过引用结合到本文中)，描述了大豆蛋白产品(优选大豆蛋白分离物)的制备，所述大豆蛋白产品完全可溶，并且在低pH值下能提供透明的和热稳定的溶液。这种大豆蛋白产品可用于特别是软饮料和运动饮料以及其他酸性水性体系的蛋白强化，而无蛋白沉淀。大豆蛋白产品通过以下生产：在天然pH下使用水性氯化钙溶液提取大豆蛋白源，任选稀释所得到的水性大豆蛋白溶液，调节水性大豆蛋白溶液的pH至约1.5-约4.4，优选约2.0-约4.0的pH，以产生酸化的澄清的大豆蛋白溶液，其在干燥之前可任选浓缩和/或渗滤。
发明概述
现已意想不到地发现，蛋白含量为至少约60重量%(N×6.25) d.b的大豆蛋白产品可通过涉及在低pH值下用氯化钙提取大豆蛋白源的程序形成。
在本发明的一方面，在低pH用水性氯化钙溶液提取大豆蛋白源材料，并将所得到的水性大豆蛋白溶液任选地稀释，任选地在酸性范围内调节pH，然后经受超滤和任选的渗滤，以提供经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液，其可干燥以提供大豆蛋白产品。
在本发明的另一方面，在低pH用水性氯化钙溶液提取大豆蛋白源材料，并将所得到的水性大豆蛋白溶液任选地稀释，任选地在酸性范围内调节pH，然后经受超滤和任选的渗滤，以提供经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液。然后，可将经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液任选地在约1.5-约7，优选约4-约7，更优选约5-约7的pH范围内调节pH，并用水稀释以使大豆蛋白分级成富含球蛋白的沉淀物和富含白蛋白并包含胰蛋白酶抑制剂的上清液。可收集由稀释步骤形成的沉淀物并进一步处理或干燥，以提供大豆蛋白产品，但具有降低水平的胰蛋白酶抑制剂。
在本发明的另一方面，将如上所述制备的经浓缩和任选渗滤和任选调节pH的大豆蛋白溶液稀释到水中。将稀释样品的pH调节到约1.5-约4.4，优选约2.0-约4.0以重新溶解由稀释步骤沉淀的蛋白。然后可任选地热处理和/或浓缩和/或渗滤经稀释和pH调节的溶液。
本文提供的蛋白含量为至少约60重量%(N×6.25) d.b.的大豆蛋白产品在酸性pH值下可溶，以提供其透明和热稳定的水性溶液。大豆蛋白产品可用于特别是软饮料和运动饮料以及其他水性体系的蛋白强化，而无蛋白沉淀。大豆蛋白产品优选是蛋白含量为至少约90重量%，优选至少约100重量%(N×6.25) d.b的分离物。
根据本发明的一方面，提供了一种生产基于干重大豆蛋白含量为至少约60重量%(N×6.25)的大豆蛋白产品的方法，其包括：
(a) 在低pH(通常为约1.5-约5.0)下，用水性钙盐溶液(通常为氯化钙溶液)提取大豆蛋白源，以引起大豆蛋白从蛋白源溶解并形成水性大豆蛋白溶液，
(b) 至少部分地将所述水性大豆蛋白溶液与残余的大豆蛋白源分离，
(c) 任选稀释所述水性大豆蛋白溶液，
(d) 任选将水性蛋白溶液的pH调节至约1.5-约5.0，优选约1.5-约4.4，更优选约2.0-约4.0的范围内的，并且与提取的pH不同的值，
(e) 任选精加工水性大豆蛋白溶液以去除残余的粒子，
(f) 任选通过使用选择性膜技术浓缩所述水性大豆蛋白溶液，同时保持离子强度基本上恒定，
(g) 任选渗滤经浓缩的大豆蛋白溶液，和
(h) 任选干燥经浓缩和渗滤的大豆蛋白溶液。
所述大豆蛋白产品优选是蛋白含量为至少约90重量%，优选至少约100重量%(N×6.25) d.b的分离物。
可采用此程序的变型生产具有降低含量的白蛋白和胰蛋白酶抑制剂的产品。在这种变型中，将经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液在约1.5-约7.0，优选约4.0-约7.0，更优选约5.0-约7.0的范围内调节pH，然后稀释到水中以得到具有降低含量的白蛋白和胰蛋白酶抑制剂的沉淀物。可收集沉淀物并干燥以得到产品，或可在约1.5-约4.4，优选约2.0-约4.0的pH下将沉淀物溶解于水中，然后干燥。备选地，在干燥之前，对通过在约1.5-约4.4，优选约2.0-约4.0的pH下将沉淀物溶解于水中而形成的溶液，可任选地进行热处理和/或精加工和/或浓缩和/或渗滤。
因此，在本发明的另一方面，描述了一种生产基于干重大豆蛋白含量为至少约60重量%(N×6.25)的大豆蛋白产品的方法，其包括：
(a) 在低pH(通常为约1.5-约5.0)下，用水性钙盐溶液(通常为氯化钙溶液)提取大豆蛋白源，以引起大豆蛋白从蛋白源溶解并形成水性大豆蛋白溶液，
(b) 至少部分地将所述水性大豆蛋白溶液与残余的大豆蛋白源分离，
(c) 任选稀释所述水性大豆蛋白溶液，
(d) 任选将水性蛋白溶液的pH调节至约1.5-约5.0，优选约1.5-约4.4，更优选约2.0-约4.0范围内的，并且与提取的pH不同的值，
(e) 任选精加工水性大豆蛋白溶液以去除残余的粒子，
(f) 通过使用选择性膜技术浓缩所述水性大豆蛋白溶液，同时保持离子强度基本上恒定，
(g) 任选渗滤经浓缩的大豆蛋白溶液，
(h) 任选将经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液的pH调节至约1.5-约7.0，优选约4.0-约7.0，更优选约5.0-约7.0的范围内的值，
(i) 将经浓缩和任选渗滤和pH调节的大豆蛋白溶液稀释到水中，
(j) 将形成的沉淀物与被称为上清液的稀释水分离，和
(k) 干燥分离的大豆蛋白沉淀物。
所述大豆蛋白产品优选是蛋白含量为至少约90重量%，优选至少约100重量%(N×6.25) d.b的分离物。
可采用此程序的另一变型生产产品。在这种变型中，将经浓缩和任选渗滤和任选pH调节的大豆蛋白溶液稀释到水中，并在稀释后调节pH，这重新溶解由稀释步骤形成的沉淀物。在干燥之前，对所得到的经pH调节的溶液任选地热处理和/或精加工和/或浓缩和/或渗滤，以得到产品。
因此，在本发明的另一方面，描述了一种生产基于干重大豆蛋白含量为至少约60重量%(N×6.25)的大豆蛋白产品的方法，其包括：
(a) 在低pH(通常为约1.5-约5.0)下，用水性钙盐溶液(通常为氯化钙溶液)提取大豆蛋白源，以引起来自蛋白源的大豆蛋白溶解并形成水性大豆蛋白溶液，
(b) 至少部分地将所述水性大豆蛋白溶液与残余的大豆蛋白源分离，
(c) 任选稀释所述水性大豆蛋白溶液，
(d) 任选将水性蛋白溶液的pH调节至约1.5-约5.0，优选约1.5-约4.4，更优选约2.0-约4.0的范围内的，并且与提取的pH不同的值，
(e) 任选精加工水性大豆蛋白溶液以去除残余的粒子，
(f) 通过使用选择性膜技术浓缩所述水性大豆蛋白溶液，同时保持离子强度基本上恒定，
(g) 任选渗滤经浓缩的大豆蛋白溶液，
(h) 任选将经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液的pH调节至约1.5-约7，优选约4.0-约7.0，更优选约5.0-约7.0的范围内的值，
(i) 将经浓缩和任选渗滤和pH调节的大豆蛋白溶液稀释到水中，
(j) 调节经稀释的样品的pH至约1.5-约4.4，任选约2.0-约4.0的范围内的值，以重新溶解由稀释步骤形成的蛋白沉淀物，
(k) 任选通过使用选择性膜技术浓缩经pH调节的大豆蛋白溶液，同时保持离子强度基本上恒定，
(l) 任选渗滤经浓缩、pH调节的大豆蛋白溶液，和
(m) 干燥经浓缩和任选渗滤、pH调节的大豆蛋白溶液。
所述大豆蛋白产品优选是蛋白含量为至少约90重量%，优选至少约100重量%(N×6.25) d.b的分离物。
虽然本说明书主要涉及大豆蛋白分离物的生产，但是可操纵本文描述的浓缩和/或渗滤步骤，以生产纯度较低的大豆蛋白产品，例如，蛋白含量为至少约60重量%的大豆蛋白浓缩物，但该产品具有与分离物基本类似的性质。
本发明的新型大豆蛋白产品可与粉末状饮料共混，用于通过将其溶于水中而形成水性软饮料或运动饮料。这种共混物可为粉末状饮料。
本文提供的大豆蛋白产品可作为其水性溶液提供，该水性溶液在酸性pH值下具有高度澄清度并且在这些pH值下热稳定。
在本发明的另一方面，提供了一种在低pH下热稳定的本文提供的大豆产品的水性溶液。所述水性溶液可为饮料，其可为其中大豆蛋白产品完全可溶和透明的澄清饮料，或其中大豆蛋白产品不增加不透明度的不透明饮料。所述大豆蛋白产品在约pH 7下也具有良好的溶解度。在近中性pH(比如pH为约6-约8)下制备的大豆蛋白产品的水性溶液可为饮料。
根据本文的方法生产的大豆蛋白产品缺少大豆蛋白分离物的特征性豆腥味，并且不仅适用于酸性介质的蛋白强化，而且可用于各种各样的蛋白分离物的常规应用，包括但不限于加工食品和饮料的蛋白强化、油的乳化、作为烘烤品中的主体成型剂(body former)和捕获气体的产品中的发泡剂。此外，大豆蛋白产品可形成为蛋白纤维，用于肉类类似物，并且在将蛋白(egg white)用作粘合剂的食品中可用作蛋白(egg white)替代物或补充剂。大豆蛋白产品还可用于营养补剂。大豆蛋白产品的其他用途为用于宠物食品、动物饲料、工业和化妆品应用以及个人护理产品。
发明总述
提供大豆蛋白产品的过程的开始步骤涉及从大豆蛋白源溶解大豆蛋白。大豆蛋白源可为大豆或从大豆的加工获得的任何大豆产品或副产品，包括但不限于大豆粉(soymeal)、大豆薄片、大豆粗磨粉(soy grits)和大豆粉末(flour)。大豆蛋白源可以全脂形式、部分脱脂形式或完全脱脂的形式使用。当大豆蛋白源含有明显量的脂肪时，在该过程期间通常需要除油步骤。从大豆蛋白源回收的大豆蛋白可为天然存在于大豆中的蛋白，或者所述蛋白质材料可为通过遗传操纵修饰的蛋白，但是拥有天然蛋白的特征性疏水和极性性质。
最方便地使用氯化钙溶液实施自大豆蛋白源材料的蛋白溶解，但是可使用其他钙盐的溶液。此外，可使用其他碱土金属化合物，比如镁盐。此外，从大豆蛋白源提取大豆蛋白可使用钙盐溶液与另一种盐溶液(比如氯化钠)的组合来实施。另外，从大豆蛋白源提取大豆蛋白可使用水或其他盐溶液(比如氯化钠)实施，随后将氯化钙加入到在提取步骤中产生的水性大豆蛋白溶液中。然后，在后续处理前，去除在加入氯化钙时形成的沉淀物。
随着钙盐溶液的浓度提高，自大豆蛋白源的蛋白的溶解程度起初增加直至达到最大值。任何随后盐浓度的提高不增加溶解的总蛋白。引起最大蛋白溶解的钙盐溶液的浓度根据有关的盐而变。通常优选利用小于约1.0 M的浓度值，更优选，约0.10 M-约0.15 M的值。
在分批过程中，在约1℃-约100℃，优选约15℃-约65℃，更优选约20℃-约35℃的温度实施蛋白的溶解，优选伴随搅动以减少溶解时间，溶解时间通常为约1-约60分钟。优选实施溶解以从大豆蛋白源提取基本上尽可能多(可行时)的蛋白，以提供总体高产品产率。
在连续过程中，按照与实施从大豆蛋白源连续提取大豆蛋白一致的任何方式，从大豆蛋白源进行大豆蛋白提取。在一个实施方案中，将大豆蛋白源与钙盐溶液连续混合，将混合物通过具有一定长度的管道或导管并且在一定流速下运送一定的停留时间，其足以根据本文所述参数实施期望的提取。在这样的连续程序中，快速实施溶解步骤，在至多约10分钟的时间内，优选实施溶解以从大豆蛋白源提取基本上尽可能多(可行时)的蛋白。在介于约1℃-约100℃，优选介于约15℃-约65℃，更优选介于20℃-约35℃的温度实施在连续程序中的溶解。
通常在约1.5-约5.0的pH下进行提取。通过使用任何方便的食品级酸(通常为盐酸或磷酸)，可将提取系统(大豆蛋白源和钙盐溶液)的pH调节至在约1.5-约5.0范围内的用于提取步骤的任何期望值。
在溶解步骤期间，钙盐溶液中大豆蛋白源的浓度可宽泛地变化。典型的浓度值为约5-约15% w/v。
用水性钙盐溶液的蛋白提取步骤具有使可存在于大豆蛋白源中的脂肪溶解的另外的作用，这因而导致脂肪存在于水相中。
由提取步骤得到的蛋白溶液通常蛋白浓度为约5-约50 g/L，优选约10-约50 g/L。
水性钙盐溶液可含有抗氧化剂。所述抗氧化剂可为任何方便的抗氧化剂，比如亚硫酸钠或抗坏血酸。采用的抗氧化剂的量可从溶液的约0.01到约1重量%变化，优选约0.05重量%。抗氧化剂用于抑制蛋白溶液中的任何酚类的氧化。
然后可以任何方便的方式将由提取步骤得到的水相与残余大豆蛋白源分离，比如采用沉降式离心机或任何合适的筛子，之后圆盘式离心和/或过滤，以去除残余大豆蛋白源材料。可将分离的残余大豆蛋白源干燥以处理。备选地，可将分离的残余大豆蛋白源处理以回收一些残余的蛋白。可用新鲜的钙盐溶液再提取分离的残余大豆蛋白源，其中，所述再提取在约1.5-约5.0的pH范围内进行，且在澄清时得到的蛋白溶液与初始蛋白溶液组合，用于如下所述的进一步处理。备选地，可通过常规的等电沉淀程序或任何其他方便的程序处理分离的残余大豆蛋白源，以回收这种残余蛋白。
如转让给其受让人的美国专利5,844,086号和6,005,076号(其公开通过引用结合到本文中)所述，当大豆蛋白源含有显著量的脂肪时，则可对分离的水性蛋白实施其中所述的脱脂步骤。备选地，可通过任何其他方便的程序实现分离的水性蛋白溶液的脱脂。
可用吸附剂(比如粉末状活性炭或粒状活性炭)处理水性大豆蛋白溶液，以去除有色和/或有气味的化合物。可在任何方便的条件下(通常在分离的水性蛋白溶液的环境温度下)进行这种吸附剂处理。对于粉末状活性炭，采用约0.025%-约5% w/v，优选约0.05%至约2%w/v的量。可通过任何方便的方式(例如通过过滤)将吸附剂从大豆蛋白溶液去除。
通常可用约0.5-约10体积，优选约0.5-约2体积的水性稀释剂稀释所得到的水性大豆蛋白溶液，以便降低水性大豆蛋白溶液的电导率至通常低于约90 mS，优选约4-约31mS的值。虽然可使用具有至多约3 mS的电导率的稀盐溶液，例如氯化钠或氯化钙，但是通常使用水来实施这种稀释。
与大豆蛋白溶液混合的稀释剂的温度可为约2℃-约70℃，优选约15℃-约65℃，更优选约20℃-约35℃。
通过按需加入任何合适的食品级酸(比如盐酸或磷酸)或食品级碱(通常为氢氧化钠)，可将任选稀释的大豆蛋白溶液的pH调节至与提取pH不同的，但是仍在约1.5-约5.0，优选约1.5-约4.4，更优选约2.0-约4.0的范围内的值。
经稀释和任选pH调节的大豆蛋白溶液的电导率通常低于约95 mS，优选约4-约36mS。
可使水性大豆蛋白溶液经受热处理，以使得由于在提取步骤期间从大豆蛋白源材料提取而存在于这种溶液中的热不稳定的抗营养因子(比如胰蛋白酶抑制剂)失活。该加热步骤还提供了降低微生物负载的额外的益处。通常，将蛋白溶液加热至约70℃-约160℃，优选约80℃-约120℃，更优选约85℃-约95℃的温度，历时约10秒-约60分钟，优选约30秒-约5分钟。然后可将经热处理的大豆蛋白溶液冷却至约2℃-约65℃，优选约20℃-约35℃的温度，用于如下所述的进一步处理。
可任选地通过任何方便的方式(例如过滤)，对任选稀释、任选pH调节和任选热处理的蛋白溶液进行精加工，以去除任何残余粒子。
可将所得到的水性大豆蛋白溶液直接干燥以生产大豆蛋白产品。为了提供具有降低的杂质含量和降低的盐含量的大豆蛋白产品(例如大豆蛋白分离物)，可在干燥之前处理水性大豆蛋白溶液。
可将水性大豆蛋白溶液浓缩以提高其蛋白浓度，同时保持其离子强度基本上恒定。通常实施这种浓缩以提供蛋白浓度为约50-约300 g/L，优选约100-约200 g/L的浓缩大豆蛋白溶液。
浓缩步骤可按照与分批或连续操作一致的任何方便的方式实施，例如通过采用任何方便的使用膜(比如空心纤维膜或螺旋缠绕膜)的选择性膜技术(比如超滤或渗滤)实施，考虑到不同的膜材料和结构所述膜具有合适的截断分子量(molecular weight cut-off)，例如约3,000-约1,000,000道尔顿，优选约5,000-约100,000道尔顿，并且对于连续操作，当水性蛋白溶液通过膜时其尺寸允许所需浓缩程度。
如众所周知的，超滤和类似的选择性膜技术允许低分子量物类通过，同时防止较高分子量物类也通过。低分子量物类不仅包括食品级盐的离子物类，而且包括从源材料提取的低分子量材料，例如碳水化合物、色素、低分子量蛋白，和其本身为低分子量蛋白的抗营养因子，例如胰蛋白酶抑制剂。通常考虑到不同膜材料和结构，选择膜的截断分子量，以保证在溶液中保留显著比例的蛋白，同时允许污染物通过。
然后，经浓缩的大豆蛋白溶液可经受使用水或稀盐水溶液的渗滤步骤。渗滤溶液可在其天然pH或等于正被渗滤的蛋白溶液的pH或之间的任何pH值。这种渗滤可使用约2-约40体积的渗滤溶液，优选约5-约25体积的渗滤溶液实施。在渗滤操作中，通过与渗透液一起通过膜，将更多量的污染物从水性大豆蛋白溶液中去除。这纯化了水性蛋白溶液并且还可降低其粘度。可实施渗滤操作直至没有显著的更多量的污染物或可见的颜色存在于渗透液中，或直至保留物已经足够纯化，以便在干燥时提供蛋白含量为至少约90重量%(N×6.25)d.b.的大豆蛋白分离物。可用与浓缩步骤相同的膜实施这种渗滤。然而，如果期望，考虑到不同膜材料和结构，可使用具有不同截断分子量的单独的膜实施渗滤步骤，例如截断分子量在约3,000-约1,000,000道尔顿，优选约5,000-约100,000道尔顿的范围内的膜。
备选地，可将渗滤步骤在浓缩之前应用于水性蛋白溶液，或部分浓缩的水性蛋白溶液。也可在浓缩过程期间，在多个点应用渗滤。当渗滤在浓缩之前应用，或应用于部分浓缩的溶液时，可随后另外浓缩所得到的渗滤溶液。随着蛋白溶液被浓缩而通过多次渗滤实现的粘度降低可允许实现较高的最终完全浓缩的蛋白浓度。这样降低了待干燥的材料的体积。
浓缩步骤和渗滤步骤可以在本文中按这样的方式实施，使得随后回收的大豆蛋白产品含有小于约90重量%蛋白(N×6.25) d.b.，例如至少约60重量%蛋白(N×6.25) d.b。通过部分浓缩和/或部分渗滤水性大豆蛋白溶液，有可能只部分去除污染物。然后可将该蛋白溶液干燥以提供具有较低水平的纯度的大豆蛋白产品。该大豆蛋白产品仍能够在酸性条件下产生澄清蛋白溶液。
在渗滤步骤的至少一部分期间，抗氧化剂可存在于渗滤介质中。抗氧化剂可以是任何方便的抗氧化剂，例如亚硫酸钠或抗坏血酸。在渗滤介质中采用的抗氧化剂的量取决于采用的材料，且可以从约0.01-约1重量%变化，优选约0.05重量%。抗氧化剂用于抑制经浓缩的大豆蛋白溶液中存在的任何酚类的氧化。
浓缩步骤和任选的渗滤步骤可在任何方便的温度(通常为约2℃-约65℃，优选约20℃-约35℃)实施，并且进行一段时间以实现期望程度的浓缩和渗滤。使用的温度和其它条件在某种程度上取决于实施膜处理使用的膜设备、期望的溶液蛋白浓度和去除对于渗透液的污染物的效率。
大豆中有两种主要的胰蛋白酶抑制剂，即，Kunitz抑制剂(其为分子量约21,000道尔顿的热不稳定的分子)和Bowman-Birk抑制剂(其为分子量约8,000道尔顿的更加热稳定的分子)。可通过操纵各种过程变量控制在最终的大豆蛋白产品中胰蛋白酶抑制剂活性的水平。
如上所述，对水性大豆蛋白溶液的热处理可用于使热不稳定的胰蛋白酶抑制剂失活。也可热处理部分浓缩或完全浓缩的大豆蛋白溶液以使热不稳定的胰蛋白酶抑制剂失活。当热处理应用于部分浓缩的大豆蛋白溶液时，可随后另外浓缩所得到的热处理溶液。
此外，可以有利于去除渗透液中胰蛋白酶抑制剂以及其他污染物的方式来操作浓缩和/或渗滤步骤。通过使用具有较大孔尺寸(例如约30,000-约1,000,000 Da)的膜，在升高的温度(例如约30℃-约65℃)操作膜并采用较大体积(例如约20-约40体积)的渗滤介质，来促进胰蛋白酶抑制剂的去除。
相对于在较高pH(3.0-5.0)处理溶液，在较低pH(1.5-3.0)提取和/或膜处理蛋白溶液可降低胰蛋白酶抑制剂活性。当在pH范围的低端浓缩和渗滤蛋白溶液时，可期望在干燥之前升高保留物的pH。通过加入任何方便的食品级碱(例如氢氧化钠)，可将经浓缩和渗滤的蛋白溶液的pH升高至期望值，例如pH 3。如果期望在干燥前降低保留物的pH，这可通过加入任何方便的食品级酸(比如盐酸或磷酸)来实现。
另外，通过将大豆材料暴露于断裂或重排抑制剂的二硫键的还原剂，可实现胰蛋白酶抑制剂活性的降低。合适的还原剂包括亚硫酸钠、半胱氨酸和N-乙酰基半胱氨酸。
可在整个过程的各个阶段实施这样的还原剂的加入。还原剂可在提取步骤中与大豆蛋白源材料一起加入，可在去除残余的大豆蛋白源材料之后加入到澄清的水性大豆蛋白溶液中，可在渗滤之前或之后加入到浓缩的蛋白溶液中，或者可与干燥的大豆蛋白产品干燥共混。还原剂的加入可与上述的热处理步骤和膜处理步骤组合。
如果期望保留经浓缩蛋白溶液中的活性胰蛋白酶抑制剂，则这可通过以下实现：消除或降低热处理步骤的强度、不利用还原剂、在pH范围的较高端(3.0-5.0)操作浓缩和渗滤步骤、利用具有较小孔尺寸的浓缩和渗滤膜、在较低温度操作膜和采用较少体积的渗滤介质。
如美国专利5,844,086和6,005,076号所述，如果需要，可将经浓缩和任选渗滤的蛋白溶液经受进一步脱脂操作。备选地，经浓缩和任选渗滤的蛋白溶液的脱脂可通过任何其他方便的程序实现。
经浓缩和任选渗滤的水性蛋白溶液可用吸附剂(比如粉末状活性炭或粒状活性炭)处理，以去除有色和/或有气味化合物。这样的吸附剂处理可在任何方便的条件(通常在经浓缩的蛋白溶液的环境温度)下进行。对于粉末状活性炭，采用约0.025%-约5% w/v，优选约0.05%-约2% w/v的量。可通过任何方便的方式(比如通过过滤)将吸附剂从大豆蛋白溶液中去除。
可使从任选脱脂和任选吸附剂处理步骤得到的经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液经受巴氏灭菌步骤，以降低微生物负载。这样的巴氏灭菌可在任何期望的巴氏灭菌条件下进行。通常将经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液加热到约55℃-约70℃，优选约60℃-约65℃的温度，历时约30秒钟-约60分钟，优选约10分钟-约15分钟。然后可将经巴氏灭菌浓缩和渗滤的大豆蛋白溶液冷却，优选冷却到约20℃-约35℃的温度，用于干燥或进一步处理。
根据本发明的一个方面，可通过任何方便的技术(例如喷雾干燥或冷冻干燥)将经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液干燥，以得到大豆蛋白产品。干燥的大豆蛋白产品的蛋白含量超过约60重量%(N×6.25) d.b.。优选地，干燥的大豆蛋白产品是具有超过约90重量%蛋白，优选至少约100重量%(N×6.25) d.b的高蛋白含量的分离物。
在本发明另一个方面，将从浓缩步骤和任选渗滤步骤、任选脱脂步骤、任选吸附剂处理步骤和任选巴氏灭菌步骤得到的经浓缩的蛋白溶液，任选地在约1.5-约7，优选约4.0-约7.0，更优选约5.0-约7.0的范围内调节pH，然后通过将经浓缩的蛋白溶液与具有实现期望的稀释度所需的体积的水混合来稀释。当意图是将沉淀的蛋白与被称为上清液的残余水相分离时，如本发明这个方面的情况，稀释度通常为约5倍-约25倍，优选约10倍-约20倍。与经浓缩的蛋白溶液混合的水的温度优选为约1℃-约65℃，优选约20℃-约35℃。
在分批操作中，将经浓缩的蛋白溶液批次加入到具有如上讨论的期望体积的静态水体(static body of water)中。经浓缩的蛋白溶液的稀释降低离子强度并引起蛋白沉淀物的形成。在分批程序中，允许蛋白沉淀物在水体中沉降。可例如通过离心帮助沉降。这样的诱导沉降降低沉淀的蛋白的水分含量和吸着(occluded)盐含量。
备选地，可通过将经浓缩的蛋白溶液连续通到T形管的一个入口，同时将稀释水进料到T形管的另一个入口，允许管中混合而连续进行稀释操作。稀释水以足以实现经浓缩的蛋白溶液的期望稀释度的速率进料到T形管中。
经浓缩的蛋白溶液和稀释水在管中的混合引起蛋白沉淀物的形成，并且混合物从T形管的出口连续进料到沉降容器中，在充满时，允许上清液从该沉降容器溢出。混合物优选以使液体主体内的湍流最小的方式进料到沉降容器中的液体主体中。
在连续程序中，允许蛋白沉淀物在沉降容器中沉降，且继续该程序直到期望量的沉淀物已积聚在沉降容器的底部，随后从沉降容器去除积聚的沉淀物。通过沉积代替沉降，可通过离心连续分离沉淀物。
与分批过程比较，通过利用连续过程回收大豆蛋白沉淀物，对于相同水平的蛋白提取，初始蛋白提取步骤的时间可显著减少。另外，在连续操作中比在分批程序中有更少的污染机会，导致更高的产品品质，并且可在更紧凑的设备中进行该过程。
通过例如从沉降的团块滗析残余的水相或者通过离心，将沉降的沉淀物与残余水相或上清液分离。可洗涤沉淀物，以去除残余上清液，例如，用约1-约10，优选约2-约3体积的水洗涤，然后再次如上回收沉淀物。经任选洗涤的沉淀物可以湿形式使用，或者可通过任何方便的技术(例如喷雾干燥或冷冻干燥)干燥成干形式。干燥的沉淀物具有超过约60重量%蛋白，优选至少约90重量%蛋白(N×6.25)，更优选至少约100重量%(N×6.25)的高蛋白含量。
可将从稀释步骤产生的上清液干燥以提供大豆蛋白产品。备选地，可通过任何方便的方式(例如pH调节和/或热处理和/或膜处理)处理上清液以降低其杂质含量和/或其胰蛋白酶抑制剂活性。然后可干燥经处理的上清液以提供大豆蛋白产品.
如上所述，可将稀释步骤中形成的沉降蛋白沉淀物直接干燥以得到蛋白产品。备选地，可将湿的蛋白沉淀物重悬浮于水中，例如约2-约3体积，并通过利用任何方便的酸(例如盐酸或磷酸)调节样品的pH至约1.5-约4.4，优选约2.0-约4.0重新溶解。然后可通过任何方便的技术(例如喷雾干燥或冷冻干燥)将重新溶解的蛋白溶液干燥成干燥形式。干燥的蛋白产品的蛋白含量为超过约60重量%蛋白，优选至少约90重量%的蛋白，更优选至少约100重量%蛋白(N×6.25)。
作为另一备选，可使重新溶解的大豆蛋白溶液经受热处理以使任何残存的热不稳定的抗营养因子失活。该加热步骤还提供了降低微生物负载的额外益处。通常，将蛋白溶液加热至约70℃-约160℃，优选约80℃-约120℃，更优选约85℃-约95℃的温度，历时约10秒-约60分钟，优选约30秒-约5分钟。然后可将经热处理的大豆蛋白溶液冷却至约2℃-约65℃，优选约20℃-约35℃的温度，用于如下描述的进一步处理。
可任选地通过任何方便的方式(例如过滤)，对经重新溶解和任选热处理的蛋白溶液进行精加工，以去除任何残余粒子。
可将经重新溶解、任选热处理、任选精加工的澄清蛋白溶液浓缩以提高其蛋白浓度。这样的浓缩用任何方便的使用膜的选择性膜技术(比如超滤或渗滤)实施，所述膜具有合适的截断分子量，允许低分子量物类(包括盐、碳水化合物、色素、胰蛋白酶抑制剂和从蛋白源材料提取的其他低分子量材料)通过膜，同时在溶液中保留显著比例的大豆蛋白。考虑到不同膜材料和结构可使用截断分子量为约3,000-1,000,000道尔顿，优选约5,000-约100,000道尔顿的超滤膜。以此方式浓缩蛋白溶液也减少待干燥以回收蛋白所需的液体的体积。在干燥之前，蛋白溶液通常浓缩到约50g/L-约300g/L，优选约100-约200g/L的蛋白浓度。可如上所述以分批模式或以连续操作进行这样的浓缩操作。
可在完全浓缩之前或之后，使用水使大豆蛋白溶液经受渗滤步骤。水可在其天然pH或等于正被渗滤的蛋白溶液的pH或之间的任何pH值。这样的渗滤可使用约2-约40体积的渗滤溶液，优选约5-约25体积的渗滤溶液实施。在渗滤操作中，通过与渗透液一起通过膜，将更多量的污染物从澄清的水性大豆蛋白溶液中去除。可实施渗滤操作直至没有显著的更多量的污染物或可见的颜色存在于渗透液中，或直至保留物已经充分纯化，以便在干燥时提供具有期望蛋白含量的大豆蛋白产品，优选具有至少约90重量%(N×6.25) d.b.的蛋白含量的分离物。可使用与浓缩步骤相同的膜实施这样的渗滤。然而，如果期望，考虑到不同膜材料和结构，可使用具有不同截断分子量的单独的膜实施渗滤步骤，例如截断分子量在约3,000-约1,000,000道尔顿，优选约5,000-约100,000道尔顿的范围内的膜。
浓缩步骤和渗滤步骤可以在本文中按这样的方式实施，使得随后通过干燥经浓缩和渗滤保留物而回收的大豆蛋白产品含有少于约90重量%蛋白(N×6.25) d.b.，例如至少约60重量%蛋白(N×6.25) d.b。通过部分浓缩和/或部分渗滤水性大豆蛋白溶液，有可能只部分去除污染物。然后可将该蛋白溶液干燥以提供具有较低水平纯度的大豆蛋白产品。该大豆蛋白产品仍能够在酸性条件下产生澄清蛋白溶液。
在渗滤步骤的至少一部分期间，抗氧化剂可存在于渗滤介质中。抗氧化剂可以是任何方便的抗氧化剂，例如亚硫酸钠或抗坏血酸。在渗滤介质中采用的抗氧化剂的量取决于采用的材料，且可以从约0.01-约1重量%变化，优选约0.05重量%。抗氧化剂用于抑制经浓缩的大豆蛋白溶液中存在的任何酚类的氧化。
任选的浓缩步骤和任选的渗滤步骤可在任何方便的温度(通常为约2℃-约65℃，优选约20℃-约35℃)实施，并且进行一段时间以实现期望程度的浓缩和渗滤。使用的温度和其它条件在某种程度上取决于实施膜处理使用的膜设备、期望的溶液蛋白浓度和去除对于渗透液的污染物的效率。
如前所述，对经重新溶解的水性大豆蛋白溶液的热处理可用于使残存的热不稳定的胰蛋白酶抑制剂失活。也可热处理部分浓缩或完全浓缩的重新溶解的大豆蛋白溶液以使热不稳定的胰蛋白酶抑制剂失活。
此外，可以有利于去除渗透液中胰蛋白酶抑制剂以及其他污染物的方式来操作浓缩和/或渗滤步骤。通过使用具有较大孔尺寸(例如30,000-1,000,000道尔顿)的膜，在升高的温度(例如30℃-65℃)操作膜并采用较大体积(例如20-40体积)的渗滤介质，来促进胰蛋白酶抑制剂的去除。
相对于在较高pH(3.0-5.0)处理溶液，在较低pH(1.5-3.0)膜处理蛋白溶液可降低胰蛋白酶抑制剂活性。当在pH范围的低端浓缩和渗滤蛋白溶液时，可期望在干燥之前升高保留物的pH。通过加入任何方便的食品级碱(例如氢氧化钠)，可将经浓缩和渗滤的蛋白溶液的pH升高至期望值，例如pH 3。
另外，通过将大豆材料暴露于断裂或重排抑制剂的二硫键的还原剂，可实现胰蛋白酶抑制剂活性的降低。合适的还原剂包括亚硫酸钠、半胱氨酸和N-乙酰基半胱氨酸。
可在整个过程的各个阶段实施这样的还原剂的加入。可将还原剂加入到由稀释步骤得到的湿蛋白沉淀物，可加入到通过重新溶解沉淀物而形成的蛋白溶液，可在渗滤之前或之后加入到经浓缩的溶液或者可与经干燥的大豆蛋白产品干燥共混。还原剂的加入可与上述的热处理步骤和膜处理步骤组合。
如果期望保留经浓缩蛋白溶液中残存的活性胰蛋白酶抑制剂，则这可通过以下实现：消除或降低热处理步骤的强度、不利用还原剂、在pH范围的较高端(3.0-4.4)操作浓缩和渗滤步骤、利用具有较小孔尺寸的浓缩和渗滤膜、在较低温度操作膜和采用较少体积的渗滤介质。
经重新溶解、任选浓缩和任选渗滤的水性蛋白溶液可用吸附剂(比如粉末状活性炭或粒状活性炭)处理，以去除有色和/或有气味化合物。这样的吸附剂处理可在任何方便的条件(通常在蛋白溶液的环境温度)下进行。对于粉末状活性炭，采用约0.025%-约5% w/v，优选约0.05%-约2% w/v的量。可通过任何方便的方式(比如通过过滤)将吸附剂从大豆蛋白溶液中去除。
然后可通过任何方便的技术(例如喷雾干燥或冷冻干燥)将经重新溶解、任选浓缩和任选渗滤的水性大豆蛋白溶液干燥。干燥的大豆蛋白产品的蛋白含量为至少约60重量%(N×6.25) d.b.，优选超过约90重量%(N×6.25) d.b.，更优选至少约100重量% (N x6.25) d.b。
根据本发明的另一方面，可处理经浓缩的蛋白溶液和稀释水的混合物而不进行分级分离的步骤。在这种情况下，稀释度通常为约1-25倍，优选约3-约12倍。与经浓缩的蛋白溶液混合的水的温度为约1℃-约65℃，优选约20℃-约35℃。
使用任何方便的酸(例如盐酸或磷酸)，将含有沉积的蛋白沉淀物的稀释水调节pH至约1.5-约4.4，优选约2.0-约4.0。pH的调节引起通过稀释沉积的蛋白重新溶解。蛋白溶液可以湿形式使用，或可通过任何方便的技术(例如喷雾干燥或冷冻干燥)干燥成干形式。
作为另一备选，可利用上文对通过pH调节而重新溶解的分离的沉淀物所述的相同步骤，处理通过pH调节蛋白沉淀物和上清液的混合物而形成的蛋白溶液。
然后可通过任何方便的技术(例如喷雾干燥或冷冻干燥)将任选浓缩、任选渗滤、任选热处理、任选精加工、任选吸附剂处理的水性大豆蛋白溶液干燥。干燥的大豆蛋白产品的蛋白含量为超过约60重量%蛋白，优选至少约90重量%，更优选约100重量%(N×6.25)d.b.。
本文生产的大豆蛋白产品可溶于酸性水性环境中，使得产品理想地用于掺入到饮料(充二氧化碳的和不充二氧化碳的两者)中，以对其提供蛋白强化。这种饮料具有约2.5-约5范围的宽范围的酸性pH值。本文提供的大豆蛋白产品可以任何方便的量加入到这种饮料中，以对这种饮料提供蛋白强化，例如，至少约5g大豆蛋白/份。加入的大豆蛋白产品溶于饮料中，并且不损害饮料的澄清度，即使在热处理之后。在通过溶于水重组饮料之前，可将大豆蛋白产品与经干燥的饮料共混。在一些情况下，当存在于饮料的组分可不利地影响组合物保持溶于饮料中的能力时，改变饮料的正常配方以容许本发明的组合物可为必要的。
实施例
实施例1：
本实施例说明在低pH下利用氯化钙溶液提取来制备透明的、热稳定的蛋白溶液。
将大豆白薄片(10 g)与0.15M氯化钙溶液(100 ml)混合，并用HCl将样品的pH立即调节至4.8和1.5。使用磁力搅拌器在室温提取样品30分钟。在30分钟提取期间，监测样品的pH并调节2次。通过在10,200 g离心10分钟将提取物与用过的粉(spent meal)分离，通过使用25μm孔尺寸的滤纸过滤进一步澄清离心分离液(centrate)。使用以透射(transmission)模式操作的HunterLab ColorQuest XE测量滤液的澄清度，以提供浊度(haze)百分比读数。然后用1体积的反渗透纯化水稀释样品，并再次测量浊度水平。然后按需使用HCl或NaOH之一，将稀释的样品的pH调节至3。然后分析经pH调节的样品的浊度水平。然后热处理样品至95℃，历时30秒，立即在冰水中冷却至室温，并再评价浊度水平。
对各种样品测定的浊度值显示于表1和2。
表1–处理在pH 1.5下用氯化钙溶液提取的样品的浊度值
表2 –处理在pH 4.8下用氯化钙溶液提取的样品的浊度值
由表1和2呈现的结果可见，初始的滤液有些混浊，但是通过利用较细的过滤器已获得改进的澄清度。用1体积的水的稀释改进了pH 1.5样品的澄清度，但是在pH 4.8的样品中引入沉淀。将稀释的样品的pH调节至3给予原先在pH 4.8的样品良好的澄清度，而原先在pH 1.5的样品可能有轻微浊度。在热处理后，两种样品均认为是澄清的。
实施例2:
本实施例说明根据本发明的一个实施方案制备大豆蛋白分离物。
在环境温度将20 kg脱脂的经最低限度热处理的大豆粉末加入到200 L的0.15 M氯化钙溶液中，并搅动30分钟以提供水性蛋白溶液。在粉末在氯化钙溶液中分散后，立即通过加入稀HCl将该体系的pH调节到3。在30分钟提取的过程内，监测pH并定期校正至3。通过离心去除残余的大豆粉末以得到174 L蛋白含量为3.37重量%的蛋白溶液。然后将蛋白溶液与174 L反渗透纯化水混合，并将pH校正至3。然后通过过滤精加工该溶液以得到385 L蛋白含量为1.21重量%的经过滤的蛋白溶液。
通过在截断分子量为5,000道尔顿的PVDF膜上浓缩，将经过滤的蛋白溶液的体积减小至25 L。然后用125 L的反渗透纯化水渗滤经浓缩的蛋白溶液。所得到的经渗滤、浓缩的蛋白溶液的蛋白含量为14.51重量%，并表示得到81.3重量%的经过滤的蛋白溶液。然后将经渗滤、浓缩的蛋白溶液干燥以得到蛋白含量发现为99.18% (N×6.25) d.b的产品。该产品称为S005-A13-09A S703。
将供应0.48 g蛋白足够的S005-A13-09A S703溶于15 ml反渗透纯化水中，并使用以透射模式操作的HunterLab Color Quest XE仪器评价溶液的颜色和澄清度。使用pH计测量溶液的pH。
pH、颜色和澄清度值显示于下表3：
表3– S005-A13-09A S703的溶液的pH和HunterLab分数
由表3可见，S703的水溶液是半透明的，而不是透明的。在该样品中相对高水平的浊度导致L*值比预期的稍微低。
也用以反射模式的HunterLab Color Quest XE仪器评价干粉末的颜色。颜色值显示于下表4：
表4– S005-A13-09A S703干粉末的HunterLab分数
由表4可见，干燥产品的颜色非常浅。
实施例3:
本实施例包括对通过实施例2的方法生产的大豆蛋白分离物(S703)在水中的热稳定性的评价。
通过将供应0.8 g蛋白足够的蛋白粉末溶于40 ml RO水中制备S005-A13-09AS703的溶液，然后将pH调节至3。通过用HunterLab Color Quest XE仪器的浊度测量来评价该溶液的澄清度。然后将该溶液加热至95℃，保持在该温度30秒，然后立即在冰浴中冷却至室温。然后再次测量经热处理的溶液的澄清度。
在加热之前和之后的蛋白溶液的澄清度显示于下表5：
表5–热处理对S005-A13-09A S703溶液的澄清度的影响
由表5中的结果可见，发现S005-A13-09A S703的初始溶液十分混浊。然而，该溶液热稳定，且通过热处理浊度水平实际上稍有下降。
实施例4：
本实施例包括对通过实施例2的方法生产的大豆蛋白分离物(S703)在水中的溶解度的评价。基于蛋白溶解度(称为蛋白法，为Morr等人，J. Food Sci. 50:1715-1718的程序的修改版本)和总产品溶解度(称为沉淀物法(pellet method))测试溶解度。
将供应0.5 g蛋白足够的蛋白粉末称入烧杯中，然后加入少量的反渗透(RO)纯化水，并搅拌混合物直至形成光滑的糊。然后加入另外的水以使体积达到大约45ml。然后使用磁力搅拌器将烧杯的内容物缓慢搅拌60分钟。在蛋白分散后立即测定pH，并用稀NaOH或HCl调节到适合水平(2、3、4、5、6或7)。也在天然pH下制备样品。对于经pH调节的样品，在60分钟搅拌期间测量pH，并校正两次。在60分钟的搅拌后，用RO水将样品补足至50ml总体积，得到1%w/v蛋白分散体。使用Leco FP528 Nitrogen Determinator(氮测定仪)测量分散体的蛋白含量。然后，将分散体等分试样(20ml)转移到已于100℃烘箱中干燥过夜、然后在干燥器中冷却的预称重离心管中，并将管盖上。将样品在7,800 g离心10分钟，这沉积不溶性材料并得到澄清的上清液。通过Leco分析测量上清液的蛋白含量，然后将上清液和管盖丢弃，并将沉淀物材料在设定为100℃的烘箱中干燥过夜。第二天早晨将管转移至干燥器并让其冷却。记录干燥沉淀物材料的重量。通过将所用的粉末的重量乘以系数((100-粉末的水分含量(%))/100)，计算初始蛋白粉末的干重。然后以两种不同方式计算产品的溶解度：
1) 溶解度(蛋白法) (%) = (%上清液中的蛋白/%初始分散体中的蛋白)×100
2) 溶解度(沉淀物法) (%) = (1－(不溶性沉淀物材料干重/((20 ml分散体重量/50 ml分散体重量)×蛋白粉末初始干重)))×100
在实施例1中生产的蛋白分离物在水中(1%蛋白)的天然pH值显示于表6：
表6–以1%蛋白在水中制备的S703溶液的天然pH
| 批次 | 产品 | 天然pH |
| S005-A13-09A | S703 | 3.36 |
获得的溶解度结果显示于下表7和8：
表7–基于蛋白法在不同的pH值下S703的溶解度
表8–基于沉淀物法在不同的pH值下S703的溶解度
由表7和8的结果可见，S703产品在pH值2、3和7以及在天然pH下高度可溶。在pH 4下溶解度略微低。
实施例5：
该实施例包括对通过实施例2的方法生产的大豆蛋白分离物(S703)在水中的澄清度的评价。
通过在600nm测量吸光度，评价如实施例4所述制备的1% w/v 蛋白溶液的澄清度，其中，较低的吸光度分数指示较大的澄清度。在HunterLab ColorQuest XE仪器上以透射模式分析样品也提供浊度百分比读数，为澄清度的另一种量度。
澄清度结果显示于下表9和10：
表9–在不同pH值通过A600评价的S703溶液的澄清度
表10–在不同pH值通过HunterLab分析评价的S703溶液的澄清度
由表9和10的结果可见，S703的溶液在pH 2-3下为澄清的至略微混浊的。在pH 7下也得到略微混浊的溶液。
实施例6：
本实施例包括对通过实施例2的方法生产的大豆蛋白分离物(S703)在软饮料(Sprite)和运动饮料(Orange Gatorade)中的溶解度的评价。将蛋白加入饮料中，没有pH校正而测定溶解度，并将经蛋白强化的饮料的pH调节到原始饮料的水平再次测定溶解度。
在没有pH校正评价溶解度时，将供应1 g蛋白足够的量的蛋白粉末称入烧杯中，并加入少量的饮料搅拌直至形成光滑的膏。加入另外的饮料以使体积达到50ml，然后在磁力搅拌器上将溶液缓慢搅拌60分钟，以得到2%蛋白w/v分散体。使用Leco FP528 NitrogenDeterminator(氮测定仪)分析样品的蛋白含量，然后将含有蛋白的饮料的等分试样在7,800 g离心10分钟，并测量上清液的蛋白含量。
溶解度(%) = (%上清液中的蛋白/%初始分散体中的蛋白)×100
在经pH校正评价溶解度时，测量没有蛋白的软饮料(Sprite)(3.39)和运动饮料(Orange Gatorade)(3.19)的pH。将供应1 g蛋白足够的量的蛋白粉末称入烧杯中，并加入少量的饮料搅拌直至形成光滑的糊。加入另外的饮料以使体积达到大约45ml，然后在磁力搅拌器上将溶液缓慢搅拌60分钟。测量含有蛋白的饮料的pH，然后按需用HCl或NaOH调节至原始不含蛋白的pH。然后用另外的饮料使各个溶液的总体积达到50 ml，得到2%蛋白w/v分散体。使用Leco FP528 Nitrogen Determinator(氮测定仪)分析样品的蛋白含量，然后将含有蛋白的饮料的等分试样在7,800 g离心10分钟，并测量上清液的蛋白含量。
溶解度(%) = (%上清液中的蛋白/%初始分散体中的蛋白)×100
获得的结果显示于下表11：
表11– S703在Sprite和Orange Gatorade中的溶解度
由表11的结果可见，S703在Sprite和Orange Gatorade中高度可溶。因为S703是酸化的产品，加入蛋白对饮料的pH几乎没有影响。
实施例7：
本实施例包括对通过实施例2的方法生产的大豆蛋白分离物(S703)在软饮料和运动饮料中的澄清度的评价。
使用实施例5中描述的方法评价实施例6中在软饮料(Sprite)和运动饮料(OrangeGatorade)中制备的2% w/v蛋白分散体的澄清度。对于在600 nm的吸光度测量，在进行测量之前，用适当的饮料使分光光度计空白化。
获得的结果显示于下表12和13：
表12– S703在Sprite和Orange Gatorade中的澄清度(A600)
表13–S703在Sprite和Orange Gatorade中的HunterLab浊度读数
由表12和13的结果可见，S703在Sprite和Orange Gatorade中获得的良好溶解度结果，并没有转化为在这些饮料中的澄清度。实际上，所得到的溶液十分混浊。
实施例8:
本实施例说明根据本发明另外的实施方案制备大豆蛋白分离物。
在环境温度将100 g脱脂大豆白薄片加入到1000 ml的0.15 M CaCl2溶液中，并搅拌30分钟以提供水性蛋白溶液。在用氯化钙溶液润湿薄片后，立即用盐酸溶液将体系的pH调节至4.5。在整个30分钟提取中，监测pH并定期校正。在提取步骤后，将残余的大豆白薄片去除，并通过离心和过滤将得到的蛋白溶液澄清以生产578 ml蛋白含量为2.05 重量%的经过滤的蛋白溶液。
在截断分子量为10,000道尔顿的聚醚砜膜上将530 ml蛋白提取溶液减少至45ml，生产蛋白含量为19.40重量%的经浓缩的蛋白溶液。然后将经浓缩的蛋白溶液分成两部分。
在24℃将20 ml经浓缩的蛋白溶液稀释到200 ml温度为24℃的反渗透(RO)纯化水中。形成白色混浊物并让其沉降。然后离心样品以将蛋白沉淀物与上清液级分分离。将5.72g湿蛋白沉淀物收集然后重新溶解于20ml RO水中，其中，加入HCl溶液以降低pH至2.99。将经重新溶解的蛋白沉淀物(以经过滤蛋白溶液的23.8重量%的产率回收)冷冻干燥以提供指定名称为S703-7300的产品。发现干燥产品的蛋白含量为101.75% (N×6.25) d.b.。
在24℃将另外21 ml的经浓缩的蛋白溶液稀释到210 ml温度为24℃的RO水中。然后用HCl溶液将样品的pH从4.76降低至2.98。在截断分子量为10,000道尔顿的聚醚砜膜上将220 ml经酸化溶液的体积减少至33 ml，生产蛋白含量为9.76重量%的经浓缩的蛋白溶液。将该经浓缩的蛋白溶液(以经过滤的蛋白溶液的30.1重量%产率回收)冷冻干燥以提供指定名称为S703-7301的产品。发现该干燥产品的蛋白含量为92.21% (N×6.25) d.b.。
通过将提供0.48 g蛋白足够的粉末溶于15 ml RO水中制备S703-7300和S703-7301的溶液。使用以透射模式操作的HunterLab ColorQuest XE评价溶液的颜色和澄清度。用pH计测量溶液的pH。
pH、颜色和澄清度值显示于下表14。
表14 – S703-7300和S703-7301溶液的pH和HunterLab分数
由呈现于表14的结果可见，S703-7300和S703-7301溶液是半透明的，且颜色浅。
实施例9：
本实施例说明在稀释经浓缩的蛋白溶液时生成蛋白沉淀物，所述经浓缩的蛋白溶液在低pH下制备，然后在稀释步骤前调节pH。
在环境温度将100 g脱脂大豆白薄片加入1000 ml的0.15 M CaCl2溶液中，并搅拌30分钟以提供水性蛋白溶液。在用氯化钙溶液润湿薄片后，立即用盐酸溶液将体系的pH调节至3.0。在整个30分钟提取中，监测pH并定期校正。在提取步骤后，将残余的大豆白薄片去除，并通过离心和过滤将得到的蛋白溶液澄清以生产568 ml的蛋白含量为2.78重量%的经过滤的蛋白溶液。
在截断分子量为10,000道尔顿的聚醚砜膜上将550 ml蛋白提取溶液减少至84ml，生产蛋白含量为15.18重量%的经浓缩的蛋白溶液。
将pH为3.11的超滤保留物分成等份，并按需用6M NaOH和0.5M HCl将pH调节至大约4、5、6或7。测量经pH调节的保留物样品的蛋白含量。通过在7,800 g离心10分钟澄清的经pH调节的保留物样品的等分试样，然后测定离心分离液的蛋白含量。用10体积的RO水稀释经pH调节的保留物样品的另外等分试样，用涡旋混合，并测定经稀释的样品的pH、电导率、A600和蛋白含量。通过在7,800 g离心10分钟澄清经稀释的样品，然后测定离心分离液的蛋白含量。
不管最终pH如何，升高保留物的pH都引起所有样品变得更混浊。在澄清之前和之后测定蛋白含量表明，通过pH调节沉淀了样品中约20%的蛋白(表15)。
表15 –在澄清之前和之后的经pH调节的保留物样品的蛋白含量
稀释经pH调节的保留物样品导致非常混浊的样品，特别是当保留物在pH 4和更高时(表16)。在澄清之前和之后分析样品的蛋白浓度表明，一些蛋白在所有pH值下沉淀，但特别是当保留物的pH在稀释步骤之前是4或更高时。在pH 4-7的样品中高度的蛋白沉淀表明，稀释步骤引入的蛋白沉淀超过由pH调节诱导的沉淀。
表16 –经pH调节的(无澄清)保留物样品在稀释后的性质
公开概述
在本公开的概述中，本发明提供一种基于在低pH下使用水性氯化钙溶液提取大豆蛋白源材料，生产可溶于酸性介质的大豆蛋白分离物的方法。在本发明范围内修改是可能的。
Claims (37)
1.一种生产基于干重大豆蛋白含量为至少60重量% (N×6.25)的大豆蛋白产品的方法，其特征在于：
(a) 在1.5-小于5.0的pH下，用水性钙盐溶液，任选含有抗氧化剂，提取大豆蛋白源，以引起大豆蛋白从大豆蛋白源溶解并形成水性大豆蛋白溶液，
(b) 至少部分地将所述水性大豆蛋白溶液与残余的大豆蛋白源分离，
(c) 任选稀释所述水性大豆蛋白溶液，和
(A) (d) 将所述水性蛋白溶液的pH调节至1.5-5.0范围内的，并且与提取的pH不同的值，
(e) 任选精加工所述水性大豆蛋白溶液以去除残余的粒子，
(f) 通过使用选择性膜技术浓缩所述水性大豆蛋白溶液，同时保持离子强度恒定，
(g) 任选渗滤经浓缩的大豆蛋白溶液，
(h) 任选将经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液的pH调节至1.5-7.0的范围内的值，
(i) 将经浓缩和任选渗滤和pH调节的大豆蛋白溶液稀释到水中，
(j) 将形成的沉淀物与被称为上清液的稀释水分离，和
(ki) 干燥分离的大豆蛋白沉淀物，或
(kii) 用1-10体积的水洗涤分离的大豆蛋白，并回收经洗涤的沉淀物；或
(kiii) 将分离的大豆沉淀物溶解于低pH的水中，以形成大豆蛋白溶液，其任选为干燥的，或
(B) (d) 任选精加工所述水性大豆蛋白溶液以去除残余的粒子，
(e) 通过使用选择性膜技术浓缩所述水性大豆蛋白溶液，同时保持离子强度恒定，
(f) 任选渗滤经浓缩的大豆蛋白溶液，和
(g) 将经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液稀释以形成沉淀物，其通过pH调节重新溶解于稀释水中以形成大豆蛋白溶液。
2.权利要求1的方法，其特征在于，所述提取步骤使用浓度小于1.0 M的水性氯化钙溶液实施。
3.权利要求2的方法，其特征在于，所述提取步骤使用浓度0.10-0.15 M的水性氯化钙溶液实施。
4.权利要求1或2的方法，其特征在于，所述提取步骤在15℃-65℃的温度实施，以生产蛋白含量为5-50 g/L的所述水性大豆蛋白溶液。
5.权利要求4的方法，其特征在于，所述提取步骤在20℃-35℃的温度实施，以生产所述水性大豆蛋白溶液。
6.权利要求1或2的方法，其特征在于，在步骤(A)(d)中将pH值调节至1.5-4.4。
7.权利要求6的方法，其特征在于，在步骤(A)(d)中将pH值调节至2.0- 4.0。
8.权利要求1或2的方法，其特征在于，在步骤(c)中，将所述水性大豆蛋白溶液稀释至小于90 mS的电导率。
9.权利要求8的方法，其特征在于，在步骤(c)中，将所述水性大豆蛋白溶液用0.5-10体积的水性稀释剂稀释，以提供4-31 mS的所述大豆蛋白溶液的电导率。
10.权利要求9的方法，其特征在于，所述水性稀释剂的温度为2℃-70℃。
11.权利要求10的方法，其特征在于，所述温度为20℃-35℃。
12.权利要求1或2的方法，其特征在于，所述大豆蛋白溶液在步骤(c)中的稀释和步骤A(d)中的pH调节之后的电导率小于95 mS。
13.权利要求12的方法，其特征在于，所述电导率为4-36 mS。
14.权利要求1或2的方法，其特征在于，在步骤(A)(f)或(B)(e)中将所述大豆蛋白溶液浓缩，以生产蛋白浓度为50-300 g/L的浓缩的大豆蛋白溶液，并且其中，在2℃-65℃的温度使用截断分子量为3,000-1,000,000道尔顿的膜通过超滤实施所述浓缩步骤。
15.权利要求14的方法，其特征在于，所述浓缩的大豆蛋白溶液具有100-200 g/L的蛋白浓度，并且浓缩步骤使用截断分子量为5,000-100,000道尔顿的膜实施。
16.权利要求14的方法，其特征在于，在大豆蛋白溶液部分或完全浓缩之前或之后，使用2-40体积的水、稀盐水、酸化水或酸化稀盐水对大豆蛋白溶液实施任选的渗滤步骤(A)(g)或(B)(f)，实施所述渗滤直至没有污染物或可见的颜色存在于渗透液中，和/或直至保留物已经充分纯化，以便在后续处理后和干燥时提供蛋白含量为至少90重量%(N×6.25)d.b.的大豆蛋白分离物，其中，使用截断分子量为3,000-1,000,000道尔顿的膜实施所述渗滤，其中，在渗滤步骤的至少一部分期间，抗氧化剂任选存在于渗滤介质中。
17.权利要求16的方法，其特征在于，使用5-25体积的水、稀盐水、酸化水或酸化稀盐水， 使用截断分子量为5,000-100,000道尔顿的膜实施所述任选的渗滤步骤。
18.权利要求16的方法，其特征在于，以有利于去除胰蛋白酶抑制剂的方式操作所述浓缩和任选的渗滤步骤。
19.权利要求16的方法，其特征在于，在2℃-65℃的温度进行所述浓缩步骤(A)(f)和(B)(e)和任选的渗滤步骤(A)(g)和(B)(f)。
20.权利要求19的方法，其特征在于，所述温度为20℃-35℃。
21.权利要求19的方法，其特征在于，在干燥之前对经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液进行巴氏灭菌，其在55℃-70℃的温度实施30秒-60分钟。
22.权利要求1或2的方法，其特征在于，在提取步骤期间和在浓缩和/或任选的渗滤步骤期间存在还原剂，和/或在干燥之前将还原剂加入到经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液中和/或将还原剂加入到干燥的大豆蛋白产品中，使得胰蛋白酶抑制剂的二硫键断裂或重排，以实现胰蛋白酶抑制剂活性的降低。
23.权利要求1或2的方法，其特征在于，步骤(A)(h)实施至pH 4.0-7.0。
24.权利要求23的方法，其特征在于，步骤(A)(h)实施至pH 5.0-7.0。
25.权利要求1或2的方法，其特征在于，稀释步骤(A)(i)用水实施5-25倍，和其中，用于实施稀释的水的温度为1℃-65℃。
26.权利要求25的方法，其特征在于，稀释步骤(A)(i)实施10-20倍，并且所述温度为20℃-35℃。
27.权利要求1或2的方法，其特征在于，在步骤(A)(kii)中用2-3体积的水洗涤所述沉淀物。
28.权利要求27的方法，其特征在于，在步骤(A)(kii)中用2-3体积的水洗涤所述沉淀物。
29.权利要求1或2的方法，其特征在于，在步骤(A)(kiii)中在1.5-4.4的pH下将所述沉淀物溶解于1-10体积的水中以形成可被干燥的大豆蛋白溶液。
30.权利要求29的方法，其特征在于，在步骤(A)(kiii)中在2.0-4.0的pH下将所述沉淀物溶解于2-3体积的水中。
31.权利要求1或2的方法，其特征在于，经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液经受热处理步骤以使热不稳定的抗营养因子失活，所述热处理步骤还对各溶液进行巴氏灭菌，所述热处理在70℃-160℃的温度实施10秒-60分钟，并且将经热处理的大豆蛋白溶液冷却至2℃-65℃的温度用于进一步处理。
32.权利要求31的方法，其特征在于，所述热处理在85℃-95℃的温度实施30秒-5分钟，并且将经热处理的大豆蛋白溶液冷却至20℃-35℃的温度用于进一步处理。
33.权利要求32的方法，其特征在于，用吸附剂处理经热处理的大豆蛋白溶液、经浓缩和任选渗滤的溶液和/或经冷却的大豆蛋白溶液，以去除有色和/或有气味化合物。
34.权利要求32的方法，其特征在于，将经热处理的大豆蛋白溶液或经冷却的大豆蛋白溶液干燥，以形成蛋白含量为至少90重量%(N×6.25) d.b.的大豆蛋白产品。
35.权利要求1或2的方法，其特征在于，步骤(A)(h)在1.5-7.0的pH下实施。
36.权利要求35的方法，其特征在于，步骤(A)(h)在5.0-7.0的pH下实施。
37.一种大豆蛋白产品，所述大豆蛋白产品通过权利要求1-36中任一项的方法生产，所述大豆蛋白产品可与水溶性粉末状材料共混，用于生产共混物的水性溶液，其中所述共混物任选为粉末状饮料或具有在6-8的pH范围内的可为饮料的水性溶液，所述大豆蛋白产品溶于其中。
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