CN107397037A - 改进的从大豆制备蛋白溶液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及改进的从大豆制备蛋白溶液。用氯化钙水溶液提取大豆蛋白源以导致来自蛋白源的大豆蛋白溶解并从残留的大豆蛋白源分离所得的大豆蛋白水溶液来制备可被再制的大豆蛋白产品，以提供具有优选澄清度等级的酸性水溶液。或者，在分离步骤的约20分钟内，稀释所述大豆蛋白水溶液至电导率小于约90 mS和将所述大豆蛋白水溶液的pH调节为约1.5至约4.4以制备酸化的大豆蛋白溶液，其在600 nm可见光处的吸光度(A600)小于约0.055，或者，在分离步骤的约40分钟内，稀释所述大豆蛋白水溶液至电导率小于约90 mS，将所述大豆蛋白水溶液的pH调节为约1.5至约4.4，将所述酸化的大豆蛋白溶液在约70至约160℃的温度下热处理约10秒至约60分钟以制备酸化的大豆蛋白溶液，其在600 nm可见光处的吸光度(A600)小于约0.055。所得的酸化的大豆蛋白溶液可以直接干燥或通过浓缩和渗滤进一步处理。所述处理的每个步骤优选在约50至约60℃的温度下实施。
Description
本申请是申请日为2011年8月18日、申请号为201180050175.8、发明名称为“改进的从大豆制备蛋白溶液”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的引用
本申请按照35 USC 119€要求2010年8月18日提交的第61/344,550号、2010年11月26日提交的第61/344,949号和2011年4月11日提交的第61/457,491号美国临时专利申请的优先权。
发明领域
本发明涉及从大豆制备蛋白溶液。
发明背景
在2009年10月21日提交的共同未决的美国专利申请第12/603,087号(2010年4月22日公开的美国专利公开号2010-0098818(S701))(所述专利转让至本文的受让人并且其公开内容通过引用并入本文)中描述了具有基于干重至少约60wt%(N×6.25)的蛋白含量的新颖大豆蛋白产品，优选具有至少约90wt%(N×6.25)d.b.蛋白含量的大豆蛋白分离物。所述大豆蛋白产品具有独特的性能组合，即：
- 在小于约4.4的酸性pH值的水性介质中是完全可溶的
- 在小于约4.4的酸性pH值的水性介质中是热稳定的
- 不需要稳定剂或其它添加剂将蛋白产品保持在溶液中
- 肌醇六磷酸的含量低
- 在其制备中不需要酶。
此外，所述大豆蛋白产品不具有大豆蛋白产品特有的豆腥味(beany flavour)或臭味。
该新颖的大豆蛋白产品通过包含下述步骤的方法制备：
(a) 用氯化钙水溶液提取大豆蛋白源以导致来自蛋白源的大豆蛋白溶解并形成大豆蛋白水溶液，
(b) 从残留的大豆蛋白源分离所述大豆蛋白水溶液，
(c) 任选稀释所述大豆蛋白水溶液，
(d) 将所述大豆蛋白水溶液的pH调节至约1.5至约4.4，优选约2至约4的pH，以制备酸化的澄清大豆蛋白溶液，
(e) 任选通过使用选择性膜技术将所述澄清大豆蛋白水溶液浓缩同时保持离子强度基本恒定，
(f) 任选将浓缩的大豆蛋白溶液渗滤，和
(g) 任选将浓缩的大豆蛋白溶液干燥。
发明概述
现已发现，使用该程序制备大豆蛋白产品可导致产品提供不具有优选澄清度等级的酸性水溶液。也已发现，可采取措施确保所述产品得到具有优选澄清度等级的酸性水溶液。对于所述蛋白产品的酸性水溶液，本文使用的术语“优选澄清度等级”被定义为通过每100 ml水溶解3.2 g蛋白制备的溶液的浑浊度值小于10%。通过使用以传递模式操作的HunterLabColor Quest XE设备分析酸性蛋白水溶液来提供浑浊度值。
已发现，经稀释、酸化和任选热处理的大豆蛋白溶液的澄清度是从大豆蛋白产品制备的酸性水溶液的澄清度的指标。可通过在从残留的大豆蛋白源分离大豆蛋白水溶液中使用精滤步骤和/或使用抛光步骤，如稀释、酸化和任选热处理步骤之后使用精滤，来提高经稀释、酸化和任选热处理的蛋白溶液的澄清度。然而，精滤是一项昂贵的、劳动密集的过程。已发现两种因素可促进经稀释、酸化和任选热处理的大豆蛋白溶液的澄清度而不使用精滤，并在由大豆蛋白产品制备的酸性水溶液中获得优选澄清度等级。
首先，已发现，加工速度对澄清度有影响。尤其已发现，如果稀释和pH调节步骤是在分离步骤的20分钟内(在没有随后的热处理步骤时)，或在分离步骤的40分钟内(如果采用任选的如下讨论的热处理步骤)进行，可获得优选澄清度等级。
其次，已发现，所述大豆蛋白源中的细粒数量可影响澄清度，其取决于提取和分离条件。尤其已发现，在某些提取和分离条件下，可有益于降低大豆蛋白源的细粒含量，从而使所述大豆蛋白源含有小于其重量的约45%的足够小以通过20目筛的颗粒。
根据本发明的一个方面，提供制备大豆蛋白溶液的方法，其包括：
(a) 任选将大豆蛋白源分类以提供分类的含有小于约45 wt%，优选小于约35 wt%的足够小以通过20目筛的颗粒的大豆蛋白源，
(b) 用钙盐水溶液提取任选分类的大豆蛋白源物质以导致来自任选分类的大豆蛋白源的大豆蛋白溶解并形成大豆蛋白水溶液，
(c) 从残留的大豆蛋白源分离所述大豆蛋白水溶液，和，或者
(d) 在步骤(c)的约20分钟内，(i)稀释所述大豆蛋白水溶液至电导率小于约90 mS，优选约4至约18 mS和(ii)将所述大豆蛋白水溶液的pH调节为约1.5至约4.4，优选约2至约4的pH以制备酸化的大豆蛋白溶液，其在600 nm可见光处的吸光度(A600)小于约0.055，优选小于约0.040，或者
(e) 在步骤(c)的约40分钟内，(i)稀释所述大豆蛋白水溶液至电导率小于约90 mS，优选约4至约18 mS，(ii)将所述大豆蛋白水溶液的pH调节为约1.5至约4.4，优选约2至约4的pH和(iii)将所述蛋白水溶液在约70至约160℃的温度下热处理约10秒至约60分钟，优选在约80至约120℃下热处理约10秒至约5分钟，更优选在约85至约95℃下热处理约30秒至约5分钟，以制备酸化的大豆蛋白溶液，其在600 nm可见光处的吸光度(A600)小于约0.055，优选小于约0.040。
还发现，如果所述提取和分离步骤以及随后的稀释和/或膜处理步骤在升高的温度，通常约35至约65℃，优选约50至约60℃下实施，相对于在约20至约25℃的环境温度下实施这些步骤，可获得益处。在升高的温度下实施所述提取和分离步骤提供了比在环境温度下实施相同步骤具有更好澄清度的大豆蛋白水溶液。为了提供再溶解时具有最小浑浊度的最终产品，将由分离步骤获得的大豆蛋白水溶液的澄清度最大化是有利的。在升高的温度下提取和分离也是有利的，因为其允许具有较高细粒含量的豆粕(soy meal)或其它蛋白源进行处理但仍得到提供具有优选澄清度等级的酸性水溶液的大豆蛋白产品。相对于在环境温度下实施膜处理，在升高的温度下实施膜处理更多地除去胰蛋白酶抑制剂并获得更大的通量率。在所述温度范围(例如50至65℃)的高限下实施所有指明的处理步骤比在环境温度下实施上述步骤可提供较低的微生物负荷。
因此，在本发明的另一方面，提供制备大豆蛋白溶液的方法，其包括：
(a) 用钙盐水溶液提取大豆蛋白源以导致来自蛋白源的大豆蛋白溶解并形成大豆蛋白水溶液，
(b) 从残留的大豆蛋白源分离所述大豆蛋白水溶液，
(c) 任选稀释分离的大豆蛋白水溶液，
(d) 将分离和任选稀释的大豆蛋白水溶液的pH调节为约1.5至约4.4的pH以提供澄清大豆蛋白溶液，
(e) 通过使用选择性膜技术将所述酸化的澄清大豆蛋白水溶液浓缩同时保持离子强度基本恒定，和
(f) 将浓缩的大豆蛋白溶液渗滤，
其中步骤(a)至(f)中的每个步骤在约50至约60℃的温度下实施。
根据本文方法制备的大豆蛋白产品缺少大豆蛋白产品特有的豆腥味并且不仅适用于酸性介质的蛋白强化，而且可用于蛋白产品的各种各样的常规应用中，所述常规应用包括但不限于加工食品和饮料的蛋白强化、油类的乳化、在烘焙制品中作为成形剂(bodyformer)和在俘获气体的产品中作为发泡剂。此外，可使所述大豆蛋白产品形成蛋白纤维，有用于仿肉制品中并可在其中蛋清(egg white)用作粘合剂的食品中用作蛋清替代品或增补剂。所述大豆蛋白产品可用于营养补充剂中。所述大豆蛋白产品也可用于乳品类似物产品或乳品/大豆共混物产品中。大豆蛋白产品的其它用途为用于宠物食品、动物饲料中和用于工业应用和化妆品应用中，以及用于个人护理产品中。
发明的一般描述
在所述方法中使用的大豆蛋白源可为大豆或任意大豆产品或源自大豆加工的副产品，包括但不限于豆粕(soy meal)、豆片(soy flakes)、碎大豆(soy grits)和豆粉(soyflour)。大豆蛋白源可按全脂形式、部分脱脂形式或全脱脂形式使用。当所述大豆蛋白源含有相当量的脂肪时，在加工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通过基因操作改性的但具有天然蛋白特有的疏水性和极性性质的蛋白。
在蛋白溶解步骤之前，所述大豆蛋白源可被分类以降低细粒含量。所述大豆蛋白源可被分类从而使其含有小于约45 wt%，优选小于约35 wt%的通过20目筛(美国筛尺寸)的细粒。所述分类可通过筛分所述大豆蛋白源来常规地实施。
最合宜(conveniently)使用氯化钙溶液来实施从任选分类的大豆蛋白源物质中溶解蛋白质，但可使用其它钙盐的溶液。此外，可使用其它碱土金属化合物，例如镁盐。另外，从可通过使用与另一种盐溶液(例如氯化钠)组合的钙盐溶液来实施从大豆蛋白源提取大豆蛋白。此外，可通过以下方式来实施从大豆蛋白源提取大豆蛋白：使用水或其它盐溶液(例如氯化钠)，随后将钙盐加入到在提取步骤制备的大豆蛋白水溶液中。在随后的加工之前，将一经加入钙盐即形成的沉淀物除去。
随着钙盐溶液的浓度增加，蛋白从大豆蛋白源的溶解程度开始增加直到达到最大值。盐浓度的任意随后增加不增加所溶解的总蛋白。导致最大蛋白溶解的钙盐溶液的浓度根据有关的盐而变化。通常优选利用小于约1.0M的浓度值，并更优选约0.10至约0.15M的值。
在分批方法中，在约1℃至约100℃，优选约15℃至约65℃，更优选约50℃至约60℃的温度下实施所述蛋白的盐溶解，优选通过搅拌来完成以减少溶解时间，所述溶解时间通常为约1至约60分钟。优选实施溶解以尽可能多地从大豆蛋白源中大量提取蛋白，从而得到总的高产品收率。
在连续方法中，以与从大豆蛋白源实施连续提取大豆蛋白一致的任意方式进行从大豆蛋白源提取大豆蛋白。在一个实施方案中，将大豆蛋白源与钙盐溶液连续混合，并将混合物以一定流速传送通过具有一定长度的管子或管道，持续一段停留时间，所述停留时间足以根据本文描述的参数实施所需的提取。在此类连续程序中，在至多约10分钟的时间内快速实施盐溶解步骤，优选实施溶解以尽可能多地从大豆蛋白源中大量提取蛋白。所述连续程序中的溶解在约1℃至约100℃，优选约15℃至约65℃，更优选约50℃至约60℃的温度下实施。
通常在约5至约11，优选约5至约7的pH下进行所述提取。可根据需要通过使用任意合宜的食品级酸(通常为盐酸或磷酸)或食品级碱(通常为氢氧化钠)将提取体系(大豆蛋白源和钙盐溶液)的pH调节至用于提取步骤的约5至约11范围内的任意所需值。
在溶解步骤期间，大豆蛋白源在钙盐溶液中的浓度可宽泛变化。典型的浓度值为约5至约15％w/v。
使用盐水溶液的蛋白提取步骤具有溶解可能存在于大豆蛋白源中的脂肪的额外效果，其然后导致所述脂肪存在于水相中。
来自提取步骤的蛋白溶液通常具有约5至约50g/L，优选约10至约50g/L的蛋白浓度。
所述钙盐水溶液可含有抗氧化剂。所述抗氧化剂可为任意合宜的抗氧化剂，例如亚硫酸钠或抗坏血酸。所采用的抗氧化剂的量可从所述溶液的约0.01wt%至约1wt%变化，优选约0.05wt%。所述抗氧化剂用于抑制蛋白溶液中任意酚类化合物(phenolics)的氧化。
然后可按任意合宜的方式，例如通过采用沉降式离心机或任意合适的筛，然后通过盘式离心和/或过滤，将残留的大豆蛋白源与得自提取步骤的水相分离，以除去残留的大豆蛋白源物质。所述分离步骤通常在与蛋白溶解步骤相同的温度下进行，但可以在约1至约100℃，优选约15至约65℃，更优选约50至约60℃范围内的任意温度下进行。可将经分离的残留大豆蛋白源干燥以用于处置。或者，可对经分离的残留大豆蛋白源进行加工以回收一些残留的蛋白。经分离的残留大豆蛋白源可用新配的钙盐溶液再提取并且将经分类获得的蛋白溶液与最初的蛋白溶液相混合以用于如下所述的进一步处理。或者，经分离的残留大豆蛋白源可通过常规的等电沉淀程序或任意其它合宜的程序处理以回收残留的蛋白。
如上所指出的，相对于在环境温度下实施提取步骤，可优选在升高的温度，通常约35至约65℃，优选约50至约60℃下实施提取步骤(无论是分批操作还是连续操作)和从残留大豆蛋白源分离大豆蛋白水溶液的随后步骤，其提供具有改善的澄清度的澄清大豆蛋白溶液。
当所述大豆蛋白源含有显著量的脂肪时，如美国专利号5,844,086和6,005,076中所描述(所述专利转让至本文的受让人并通过引用将它们的公开内容并入本文)，则可对经分离的蛋白水溶液实施所述专利中描述的脱脂步骤。或者，可通过任意其它合宜的程序来实现经分离的蛋白水溶液的脱脂。
可用吸附剂例如粉末状活性炭或颗粒状活性炭处理大豆蛋白水溶液，以除去有颜色和/或有臭味的化合物。可在任意合宜的条件下，通常在所述经分离的蛋白水溶液的环境温度下，进行此类吸附剂处理。对于粉末状活性炭，所使用的量为约0.025％至约5％w/v，优选约0.05％至约2％w/v。可通过任意合宜的手段例如通过过滤将吸附剂从大豆溶液中除去。
通常可用约0.5至约10体积，优选约0.5至约2体积的水稀释液稀释得到的大豆蛋白水溶液，以便将大豆蛋白水溶液的电导率降低至通常低于约90mS，优选约4至约18mS的值。虽然可使用具有至多约3 mS的电导率的稀盐溶液如氯化钠或氯化钙，但通常用水实施此类稀释。
与大豆蛋白溶液混合的稀释液通常具有与大豆蛋白溶液相同的温度，但是所述稀释液可具有约1至约100℃，优选约15至约65℃，更优选约50至约60℃的温度。
然后通过加入任意合适的食品级酸例如盐酸或磷酸将经稀释的大豆蛋白溶液的pH调节至约1.5至约4.4，优选约2至约4的值，以得到经酸化的澄清大豆蛋白水溶液。
所述经酸化的澄清大豆蛋白水溶液具有通常低于约95mS，优选约4至约23mS的电导率。
所述经稀释和酸化的溶液在600 nm处的吸光度是再制(reconstituted)大豆蛋白产品的酸性溶液的澄清度的重要指标。所述经稀释和酸化的溶液在600 nm处的吸光度(A600)小于约0.055，优选小于约0.040，对于获得提供满足上述规定的优选澄清度等级定义的酸性水溶液的最终产品是至关重要的。当采用下述任选的热处理步骤时，发现所述蛋白溶液的澄清度有所提高。因此，如果采用了随后的热处理步骤并且所述热处理步骤充分改善了澄清度使得经稀释、酸化和热处理的溶液的A600小于约0.055，优选小于约0.040，则经稀释和酸化的溶液的A600值大于0.055是可以接受的。
已发现，处理速度对于确保从所述大豆蛋白产品的处理中提供具有优选澄清度等级的溶液是很重要的。除去残留的大豆蛋白源后，所述蛋白提取溶液在自然pH下保持时间越长，所述溶液变得越浑浊(hazier)。不论由分离步骤得到的大豆蛋白水溶液的澄清度如何，这种浑浊(haze)的形成都会发生。如果不立即进行稀释和酸化，完全不浑浊(haze-free)的溶液将变得浑浊。所述浑浊形成后，除去是很困难的，即使采用精滤。
因此，将提取液澄清后，如果不立即进行所述稀释和酸化，那么尽可能快地进行所述操作是有益的。试验显示，澄清与稀释和酸化之间的时间最大量应为约20分钟或 40分钟(如果采用任选的热处理)，用更短的时间是更好的，并且立即稀释和酸化是最佳的。
经酸化的澄清大豆蛋白水溶液可经受热处理，以使热不稳定的抗营养因子例如胰蛋白酶抑制剂失活，所述热不稳定的抗营养因子由于在提取步骤期间从大豆蛋白源物质提取而存在于此类溶液中。此类加热步骤也提供降低微生物负荷(microbial load)和改善溶液澄清度的额外益处。所述经稀释、酸化和热处理的溶液在600 nm处的吸光度(A600)小于约0.055，优选小于约0.040，对于获得提供满足优选澄清度等级定义的酸性水溶液的最终产品是至关重要的。通常，将蛋白溶液加热至温度约70至约160℃达约10秒至约60分钟，优选约80至约120℃达约10秒至约5分钟，更优选约85至约95℃达约30秒至约5分钟。然后可将经热处理和酸化的大豆蛋白溶液冷却至约2至约65℃，优选约50℃至约60℃的温度，以用于如下所述的进一步处理。
可将所得的经酸化的澄清大豆蛋白水溶液直接干燥以制备大豆蛋白产品。为了提供具有减少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，可在干燥之前对经酸化的澄清大豆蛋白水溶液进行加工。
可浓缩经酸化的澄清大豆蛋白水溶液以增加其蛋白浓度，同时保持其离子强度基本恒定。通常实施此类浓缩以提供具有约50至约300g/L，优选约100至约200g/L的蛋白浓度的经浓缩的大豆蛋白溶液。
可按任意合宜的与分批或连续操作一致的方式实施所述浓缩步骤，例如通过采用任意合宜的选择性膜技术，例如使用膜(例如具有合适截留分子量(例如约3,000至约1,000,000道尔顿，优选约5,000至约100,000道尔顿)的中空纤维膜或螺旋缠绕膜(spiral-wound membranes))的超滤或渗滤(根据不同的膜材料和构造)，以及对于连续操作，设计尺寸(dimensioned)以在所述蛋白水溶液通过所述膜时允许所需程度的浓缩。
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质(species)通过，而防止较高分子量的物质通过。所述低分子量物质不仅包括食品级盐的离子类，而且包括从来源物质提取的低分子量物质，例如碳水化合物、色素、低分子量的蛋白和抗营养因子，例如胰蛋白酶抑制剂，其本身为低分子量蛋白。根据不同的膜材料和构造，通常对所述膜的截留分子量进行选择以确保显著比例的蛋白保留在溶液中，同时允许污染物通过。
然后可使经浓缩的大豆蛋白溶液经受使用水或稀释的盐水溶液的渗滤步骤。所述渗滤溶液可处于其天然pH下或处于等于被渗滤的蛋白溶液的pH的pH下，或处于其间的任意pH值下。可使用约1至约40体积的渗滤溶液，优选约2至约25体积的渗滤溶液来实施此类渗滤。在渗滤操作中，通过使渗透物通过所述膜而从所述澄清的大豆蛋白水溶液中除去另外量的污染物。这纯化了所述澄清的蛋白水溶液并且也可降低其粘度。可实施渗滤操作直到渗透物中不存在另外显著量的污染物或可见颜色，或者直到保留物已经被充分纯化，以致当干燥时提供蛋白含量为至少约90wt％(N×6.25)d.b.的大豆蛋白分离物。可使用与用于浓缩步骤的相同的膜实施此类渗滤。然而，需要时，根据不同的膜材料和构造，可使用具有不同截留分子量的单独的膜实施所述渗滤步骤，所述膜例如为具有约3,000至约1,000,000道尔顿，优选约5,000至约100,000道尔顿范围内的截留分子量的膜。
或者，可在浓缩之前将所述渗滤步骤施用于经酸化的澄清蛋白水溶液，或者施用于经部分浓缩的经酸化的澄清蛋白水溶液。也可在浓缩过程中的多个点施用渗滤。当在浓缩之前施用渗滤时，或者对部分浓缩的溶液施用渗滤时，可接着将所得的经渗滤的溶液再进行浓缩。当所述蛋白溶液被浓缩时，通过多次渗滤实现的粘度的降低可允许实现较高的最终完全浓缩的蛋白浓缩物。这减小了待干燥物质的体积。
可按随后回收的大豆蛋白产品含有小于约90wt％蛋白(N×6.25)d.b.，例如至少约60wt％蛋白(N×6.25)d.b.的方式来实施本文中的浓缩步骤和渗滤步骤。通过将澄清的大豆蛋白水溶液部分浓缩和/或部分渗滤，有可能仅部分除去污染物。然后可将该蛋白溶液干燥以提供具有较低纯度等级的大豆蛋白产品。在酸性条件下，具有至少约60 wt%蛋白含量的所述大豆蛋白产品仍然能够产生澄清的蛋白溶液。
在至少一部分渗滤步骤期间，在渗滤介质中可存在抗氧化剂。所述抗氧化剂可为任意合宜的抗氧化剂，例如亚硫酸钠或抗坏血酸。在所述渗滤介质中采用的抗氧化剂的量取决于所采用的物质，并且可从约0.01至约1wt%变化，优选约0.05wt％。所述抗氧化剂用于抑制在经浓缩的大豆蛋白溶液中存在的任意酚类化合物的氧化。
可在任意合宜的温度，通常在约2至约65℃，优选约50至约60℃下实施浓缩步骤和任选的渗滤步骤，并且持续一段时间，以实施所需的浓缩和渗滤程度。使用的温度和其它条件在一定程度上取决于用于实施膜加工的膜设备、溶液的所需蛋白浓度和从渗透物除去污染物的效力。
大豆中存在两种主要的胰蛋白酶抑制剂，即Kunitz抑制剂和Bowman-Birk抑制剂，Kunitz抑制剂为分子量约21,000道尔顿的热不稳定分子，Bowman-Birk抑制剂为分子量约8,000道尔顿的较为热稳定的分子。可通过操纵各种工艺变量来控制最终大豆蛋白产品中的胰蛋白酶抑制剂活性等级。
如上所指出，对经酸化的澄清大豆蛋白水溶液的热处理可用来使热不稳定的胰蛋白酶抑制剂失活。也可将经部分浓缩或完全浓缩的酸化大豆蛋白溶液热处理以使热不稳定的胰蛋白酶抑制剂失活。当将热处理应用于部分浓缩的酸化大豆蛋白溶液时，所得的热处理溶液随后可再浓缩。
此外，可按有利于除去渗透物中的胰蛋白酶抑制剂连同其它污染物的方式操作浓缩和/或渗滤步骤。可通过以下方式促进胰蛋白酶抑制剂的去除：使用较大孔径例如约30,000-约1,000,000道尔顿的膜、在高温例如约30至约65℃，优选 50至约60℃下操作膜并采用较大体积例如约10至约40体积的渗滤介质。
相对于在约3至约4.4的较高pH下加工经稀释的蛋白溶液，在约1.5至约3的较低pH下酸化和膜加工该溶液可降低胰蛋白酶抑制剂活性。当在所述pH范围的低限下将蛋白溶液浓缩和渗滤时，可能需要在干燥前提高保留物(retentate)的pH。可通过加入任意合宜的食品级碱例如氢氧化钠将经浓缩和渗滤的蛋白溶液的pH提高至所需的值，例如pH 3。
此外，可通过将大豆物质暴露于还原剂来实现胰蛋白酶抑制剂活性的降低，所述还原剂破坏所述抑制剂的二硫键或使该二硫键重排。合适的还原剂包括亚硫酸钠、半胱氨酸和N-乙酰半胱氨酸。
可在整个加工的不同阶段实施加入此类还原剂。所述还原剂可在提取步骤中与大豆蛋白源物质一起加入、可加入到除去残留的大豆蛋白源物质后澄清的大豆蛋白水溶液中、可在渗滤前或渗滤后加入到经浓缩的蛋白溶液中或者可与经干燥的大豆蛋白产品干燥共混。所述还原剂的加入可与如上所述的热处理步骤和膜处理步骤组合。
如果需要在经浓缩的蛋白溶液中保留活性胰蛋白酶抑制剂，这可通过以下方式来实现：消除或降低热处理步骤的强度、不使用还原剂、在所述pH范围例如pH 3至约4.4的高限下操作浓缩和渗滤步骤、使用具有较小孔径的浓缩和渗滤膜、在较低温度下操作所述膜和采用较少体积的渗滤介质。
如果需要，可使经浓缩和任选渗滤的蛋白溶液经受进一步的脱脂操作，如美国专利号5,844,086和6,005,076中所述。或者，可通过任意其它合宜的程序实现对经浓缩和任选渗滤的蛋白溶液的脱脂。
可用吸附剂例如粉末状活性炭粉末或颗粒状活性炭处理经浓缩和任选渗滤的澄清蛋白水溶液，以除去有颜色和/或有气味的化合物。可在任意合宜的条件下，通常在所述经浓缩的蛋白溶液的环境温度下，进行此类吸附剂处理。对于粉末状活性炭，所使用的量为约0.025％至约5％w/v，优选约0.05％至约2％w/v。可通过任意合宜的手段例如通过过滤将吸附剂从大豆蛋白溶液中除去。
可通过任意合宜的技术例如喷雾干燥或冷冻干燥将经浓缩和任选渗滤的澄清大豆蛋白水溶液干燥。可在干燥前对大豆蛋白溶液实施巴氏消毒步骤。可在任意所需的巴氏消毒条件下实施所述巴氏消毒。通常，将经浓缩和任选渗滤的大豆蛋白溶液加热至约55至约70℃，优选约60至约65℃的温度，保持约30秒至约60分钟，优选约10分钟至约15分钟。然后可将经巴氏消毒的浓缩的大豆蛋白溶液冷却用于干燥，优选冷却至约25至约40℃的温度。
所述干燥大豆蛋白产品具有超过约60 wt% (N×6.25) d.b.的蛋白含量。优选，所述干燥大豆蛋白产品为具有超过约90 wt% 蛋白，优选至少约100 wt%，(N×6.25) d.b.的高蛋白含量的分离物。
本文中制备的大豆蛋白产品可溶解在酸性含水环境中，使所述产品理想用于并入饮料(碳酸饮料和非碳酸饮料)中，以向其提供蛋白强化。此类饮料具有宽范围的酸性pH值(约2.5至约5)。可按任意合宜的量将本文提供的大豆蛋白产品加入到此类饮料中，以向此类饮料提供蛋白强化，例如每次至少约5g大豆蛋白。加入的大豆蛋白产品溶解在所述饮料中，并且不损坏所述饮料的澄清度，即使在热加工之后也如此。所述大豆蛋白产品可与经干燥的饮料共混，然后通过溶解在水中将所述饮料再制(reconstitution)。在一些情况下，当饮料中存在的组分可能不利地影响所述大豆蛋白产品保持溶解在所述饮料中的能力时，可能必需对所述饮料的常规配方进行修改以使其耐受所述大豆蛋白产品的加入。
实施例
实施例1
该实施例示出了大豆蛋白源中细粒含量对经稀释、酸化和热处理的大豆蛋白溶液以及最终大豆蛋白产品的酸性水溶液的澄清度的影响。
将30 kg的脱脂大豆白片(含有片重量'a' %的细粒，其通过20目筛)在环境温度下加入到'b' L的0.15 M CaCl2溶液中并搅拌30分钟以提供蛋白水溶液。将残留的大豆白片除去并通过离心使所得的蛋白溶液澄清以提供'c' L的蛋白溶液，其具有按重量计'd'%的蛋白含量和在600 nm处'e'的吸光度。
然后将所述蛋白溶液加入到'f'体积的反渗透纯净水中并用稀释的'h'将样品的pH降至'g'(一体积的浓缩'h'加一体积的水)。然后将所述经稀释和酸化的溶液在90℃下热处理30秒。热处理后，所述蛋白溶液的A600为'i'。
在约'l'℃的温度下在具有100,000道尔顿的截留分子量的膜聚醚砜膜上进行浓缩，将所述经热处理和酸化的蛋白溶液的体积从'j' L减少至'k' L。将具有'm' wt %蛋白含量的经酸化的蛋白溶液用'n' L的反渗透(RO)纯净水渗滤，所述渗滤操作在约'o'℃下进行。然后将经渗滤的溶液进一步浓缩至'p' L的体积并用额外的'q' L的RO水渗滤，所述渗滤操作在约'r'℃下进行。该第二次渗滤后，将所述蛋白溶液从按重量计's' %的蛋白含量浓缩至't' %的蛋白含量，然后用水稀释至按重量计'u' %的蛋白含量以促进喷雾干燥。在喷雾干燥前，将所述蛋白溶液以最初经离心的蛋白溶液的'v' wt%的收率回收。然后将所述经酸化、渗滤、浓缩的蛋白溶液干燥以得到具有'w'% (N×6.25) d.b.的蛋白含量的产品。将所述产品称为'x' S701H。通过溶解足够的蛋白粉以提供0.48g蛋白的15 ml RO水和pH为'y'的溶液来制备所述S701H的溶液。使用以传输模式操作的HunterLab Color Quest XE设备测定该溶液的浑浊度值并发现其为'z'。
十三次运行的参数'a'至'z'陈述于下表1中：
如从表1中含有的数据可以看出，大豆白片的样品(含有小于约45 wt%，优选小于约35 wt%的可通过20目筛的细粒)提供了具有小于约0.055，优选小于约0.040的A600的经稀释、酸化和热处理的蛋白溶液，和具有小于10%的优选浑浊度等级的大豆蛋白分离物的酸性水溶液。
实施例2
该实施例显示了处理速度对经稀释、酸化和热处理的蛋白溶液的澄清度的影响。
将60 kg的脱脂大豆白片在环境温度下加入到600 L的0.15 M CaCl2溶液中并搅拌30分钟以提供蛋白水溶液。将残留的大豆白片除去并通过离心使所得的蛋白溶液澄清以提供473.5 L的蛋白溶液，其具有按重量计2.75%的蛋白含量和'a'的A600值。
然后将所述蛋白溶液加入到1体积的反渗透纯净水中并用稀释的HCl将样品的pH降至3(一体积的浓缩HCl加一体积的水)。稀释和调节pH后，所述蛋白溶液的A600为'b'。然后将所述经稀释和酸化的溶液在90℃下热处理30秒。热处理后，所述蛋白溶液的A600为'c'。
用从残留的大豆白片分离后每10分钟所取得的保留物（centrate ）的样品重复所述步骤，至多70分钟。所获得的结果陈述于下表2中：
表2：澄清和进一步处理之间的时间对溶液澄清度的影响
。
从表2所示的数据可以看出，澄清与随后的稀释和酸化步骤之间的最大建议时间为约20分钟(如果所述溶液不经热处理即进行进一步处理)或40分钟(如果采用随后的热处理步骤)。超过所述时间，蛋白溶液的A600可能会高于表明最终大豆蛋白产品的酸性水溶液具有低于10%的浑浊度值的测定值(0.055)。如从表2可以看出，澄清的提取物进一步处理地越快，所述经稀释、酸化和任选热处理的蛋白溶液的澄清度越大。
实施例3
该实施例示出了温度对澄清度的影响。
进行了除渣后保留物澄清度的比较，表示为八个处理组的每个在600 nm可见光处的吸光度(A600)。在每组中，使用300 L的0.15M CaCl2提取30kg的豆粕30分钟。每种提取物经过倾析器(decanter)以除去残留的大豆蛋白源并随后经过碟式除渣离心机以进一步澄清所述溶液。四批在约50℃下处理而另外四批在约20°至25℃的环境温度下处理。
记录每个批次除渣后的保留物样品的A600读数并且所获得的结果陈述于下表3中：
表3
如从表3的结果可以看出，在约50℃下提取和澄清的批次中，显示出显著较低的浑浊度，如根据A600值确定的。
公开内容总结
本公开内容的总结中，本发明涉及确保制备大豆蛋白产品的加工方法，所述大豆蛋白产品能够加入到酸性溶液中并提供优选澄清度等级。在本发明的范围内进行修改是可能的。
Claims (24)
1.一种制备大豆蛋白溶液的方法，其特征在于：
(a) 用钙盐水溶液提取大豆蛋白源以导致来自大豆蛋白源的大豆蛋白溶解并形成大豆蛋白水溶液，
(b) 从残留的大豆蛋白源分离所述大豆蛋白水溶液，和，或者
(c) 在步骤(b)的20分钟内，(i)稀释所述大豆蛋白水溶液至电导率小于90 mS，和(ii)将所述大豆蛋白水溶液的pH调节为1.5至4.4的pH，以制备酸化的大豆蛋白溶液，其在600nm可见光处的吸光度小于0.055，或者
(d) 在步骤(b)的40分钟内，(i)稀释所述大豆蛋白水溶液至电导率小于90 mS，(ii)将所述大豆蛋白水溶液的pH调节为1.5至4.4的pH，和(iii)将所述蛋白水溶液在70至160℃的温度下热处理10秒至60分钟以制备酸化的大豆蛋白溶液，其在600 nm可见光处的吸光度(A600)小于0.055，
(e) 通过使用选择性膜技术将所述酸化的澄清大豆蛋白水溶液浓缩同时保持离子强度基本恒定，和
(f) 将浓缩的大豆蛋白溶液渗滤，
其中在提取步骤前，将所述大豆蛋白源分类以提供含有小于45 wt%的足够小以通过20目筛的颗粒的大豆蛋白源，并且所述方法在不存在精滤步骤下实施。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于，稀释所述大豆蛋白水溶液至电导率为4至18mS，并且将所述大豆蛋白水溶液的pH调节为2至4的pH。
3.权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述大豆蛋白源分类以产生含有小于35 wt%的足够小以通过20目筛的颗粒的大豆蛋白源。
4.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钙盐为浓度小于1.0 M的氯化钙水溶液。
5.权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氯化钙水溶液的浓度为0.10至0.15 M。
6.权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述大豆蛋白源的提取在15至65℃的温度下实施，和/或所述大豆蛋白源的提取在5至11的pH下实施，和/或在提取步骤中制备的所述大豆蛋白水溶液具有5至50 g/L的蛋白浓度。
7.权利要求6所述的方法，其特征在于，所述提取温度为50至60℃，和/或所述提取在5至7的pH下实施，和/或在提取步骤中制备的所述蛋白水溶液具有5至50 g/L的蛋白浓度。
8.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分离步骤在15至65℃的温度下实施，或所述提取步骤和所述分离步骤在50至60℃的温度下实施。
9.权利要求8所述的方法，其特征在于，所述分离步骤在50至60℃的温度下实施。
10.权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述大豆蛋白水溶液在15至65℃的温度下用水稀释，或所述提取步骤、所述分离步骤、所述稀释步骤和所述酸化步骤在50至60℃的温度下实施。
11.权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述大豆蛋白水溶液在50至60℃的温度下用水稀释。
12.权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述蛋白水溶液的热处理在80至120℃的温度下实施10秒至5分钟。
13.权利要求12所述的方法，其特征在于，所述热处理在85至95℃的温度下实施30秒至5分钟。
14.权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，将在步骤(d)中制备的酸化的大豆蛋白溶液冷却至2至65℃的温度以用于进一步处理。
15.权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，将所述酸化的大豆蛋白水溶液干燥以提供大豆蛋白产品。
16.权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，将酸化的大豆蛋白溶液浓缩同时保持其离子强度基本恒定以提供具有50至300g/L蛋白浓度的浓缩的大豆蛋白溶液，使用具有3,000至1,000,000道尔顿的截留分子量的膜实施所述浓缩，并且使所述浓缩大豆蛋白溶液经受使用水或稀盐溶液，使用1至40体积渗滤液进行的渗滤，实施所述渗滤直到渗透物中不存在另外显著量的污染物或可见颜色，或者直到保留物已经被充分纯化，以便当干燥时提供蛋白含量为至少90wt％ N×6.25的大豆蛋白分离物，使用具有3,000至1,000,000道尔顿的截留分子量的膜实施所述渗滤。
17.权利要求16所述的方法，其特征在于，浓缩的大豆蛋白溶液具有100至200 g/L的蛋白浓度，和/或使用具有5,000至100,000道尔顿的截留分子量的膜实施所述浓缩步骤和/或渗滤步骤，和/或实施所述渗滤步骤。
18.权利要求16所述的方法，其特征在于，所述浓缩步骤和所述渗滤步骤在2至65℃的温度下实施，或所述分离步骤、所述稀释步骤、所述酸化步骤、所述浓缩步骤和所述渗滤步骤在50至60℃的温度下实施。
19.权利要求18所述的方法，其特征在于，所述浓缩步骤和所述渗滤步骤在50至60℃的温度下实施。
20.一种制备大豆蛋白溶液的方法，其包括：
(a) 用钙盐水溶液提取大豆蛋白源以导致来自蛋白源的大豆蛋白溶解并形成大豆蛋白水溶液，
(b) 从残留的大豆蛋白源分离所述大豆蛋白水溶液，
(c) 任选稀释分离的大豆蛋白水溶液，
(d) 将分离和任选稀释的大豆蛋白水溶液的pH调节为1.5至4.4的pH以提供澄清大豆蛋白溶液，
(e) 通过使用选择性膜技术将所述酸化的澄清大豆蛋白水溶液浓缩同时保持离子强度基本恒定，和
(f) 将浓缩的大豆蛋白溶液渗滤，
其特征在于步骤(a)至(f)中的每个步骤在50至60℃的温度下实施。
21.权利要求20所述的方法，其特征在于，将所述浓缩和渗滤的蛋白水溶液干燥以提供具有至少60 wt% N×6.25 d.b.蛋白含量的大豆蛋白产品。
22.权利要求21所述的方法，其特征在于，所述大豆蛋白产品具有至少90 wt%的蛋白含量。
23.权利要求22所述的方法，其特征在于，所述大豆蛋白产品具有至少100 wt%的蛋白含量。
24.权利要求20-23中任一项所述的方法，其特征在于，将还原剂加入到提取步骤中的大豆蛋白源、除去残留的大豆蛋白源后澄清的大豆蛋白水溶液、在渗滤前或渗滤后浓缩的蛋白溶液的至少一种中和/或与干燥的大豆蛋白产品干燥共混。
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