MÉTODO PARA DESABORIZAR MATERIALES DERIVADOS DE SOJA
Antecedentes de la Invención Esta invención se refiere generalmente al procesamiento de materiales derivados de soja para uso en diversos productos alimenticios. De manera mas particular, la invención se refiere a un método de desaborizar materiales de soja a fin de hacerlos aceptables en una amplia gama de alimentos. En años recientes, las proteínas de soja se han tornado ampliamente usadas en productos alimenticios, por los beneficios, para la saludos que se obtienen de su uso. En algunas aplicaciones, el sabor de los materiales de soja no es objetable. Sin embargo, en algunos usos, tales como productos análogos a los lácteos, los sabores encontrados en los materiales de soja pueden impedir su fácil aceptación por el consumidor. De esta manera,, a fin de extender los usos de los materiales de soja, los inventores de la presente desearon encontrar un método de reducir los componentes de sabor de los materiales de soja. Sin embargo, no fue evidente que los métodos que habían sido usados previamente para remover componentes de sabor de otros materiales orgánicos serán exitosos para tratar los materiales de soja. Los materiales orgánicos, como tienen composiciones complejas, deben ser probados para determinar si cualquier método dado de tratarlos será satisfactorio.
Un ejemplo de métodos previamente empleados para purificar materiales orgánicos es encontrado en la patente US 4,477,480, en la cual los titulares mostraron que el almidón puede ser tratado con un álcali para remover componentes de sabor objetables. En una patente cedida a la cesionaria de la presente, la patente US 4,761,186, se usa ultra-filtración para purificar almidón. En ambos casos, los componentes de sabor son removidos del almidón; en la patente 80 solubilizando los componentes de sabor de modo que puedan ser eliminados del almidón relativamente insoluble. En la patente '186, se usó ultra- filtración para remover los componentes de sabor como permeado, mientras que el almidón insoluble permaneció en una lechada acuosa. En contraste, la presente invención separa los componentes de sabor de las proteínas de soja de alto peso molecular, solubles. Existen muchos artículos y patentes que se refieren al procesamiento de materiales de soja a fin de recuperar el contenido de proteína y que, al mismo tiempo, reducen los compuestos de sabor para hacer mas aceptables las proteínas en productos alimenticios. Sin embargo, estas divulgaciones previas no fueron dirigidas de manera específica a la remoción de compuestos de sabor y la recuperación de tan proteína como fuese posible. Un ejemplo es la patente US 4,420,425, en la cual componentes de proteína de soja son solubili zados a un pH de 7 a 11, de preferencia alrededor de 8 y, después de ultra-filtración a través de una membrana que tiene un corte de peso molecular por encima de 70,000, se recuperan por medio de secado por rocío de las proteínas de soja retenidas. En variantes, solamente una porción de la proteína es solubilizada a menores valores de pH y sometida a ultra-filtración con una membrana que tiene un corte de preferencia por encima de un peso molecular de 100,000, el producto encontrándose tener un color y un sabor mejorados. Se esperaría que una válvula de corte superior diera como resultado la pérdida de proteínas valiosas. En otra patente, la patente US 5,658,714, una lechada de harina de soja es ajustada en pH al rango de 7 a 10 para solubilizar proteínas, que entonces son pasadas a través de una membrana de ultra-filtración y se retienen el fitato y el aluminio, presumiblemente como sólidos. Aunque el corte de peso molecular de la membrana no fue dado, se supone que el tamaño de poro era grande a fin de ser capaz de dejar pasar las proteínas solubles. Ambas de estas patentes contienen discusiones extensas de los esfuerzos de terceros en el procesamiento de materiales de soja; ninguna enseña ni sugiere controlar el pH durante el proceso de ultra- filtración . En un grupo de patentes relacionadas, Mead Johnson Company divulgó procesos para solubilizar proteínas de soja elevando el pH de una solución acuosa de materiales de soja y recuperar las proteínas que se dicen tienen un sabor insulso. Los procesos están dirigidos principalmente a concentrar proteínas mas que a remover compuestos de sabor. En la patente US 3,995,071, el pH fue incrementado a un nivel de 10.1 a 14 (de preferencia, 11 a 12) para solubilizar proteínas de soja, después de lo cual el pH fue reducido a alrededor de 6 a 10 y se usó ultra- filtración con una membrana teniendo un corte de peso molecular de 10,000 a 50,000 Daltons para retener las proteínas mientras se desechan carbohidratos y minerales. En la patente 4,072,670, se hizo énfasis en remover fitatos y ácido fítico solubilizando las proteínas a un pH de 10.6 a 14 y una temperatura de 10 a 50 °C para hacer insolubles los fitatos y el ácido fítico, luego separarlos y finalmente acidular la solución a un pH de alrededor de 4 a 5 para precipitar las proteínas de soja. En la patente US 4,091,120, se solubilizaron proteínas de soja a un pH menor de 10, de preferencia de 7 a 9, y se usó ultra-filtración para separar las proteínas como un retentado, mientras se pasan carbohidratos como permeado. Estas patentes no enseñan ni sugieren el control del pH durante el proceso de ultra-filtración . Los inventores de la presente desearon remover compuestos en materiales de soja que contribuyen al color y el sabor y que interfieren con el uso de soja en ciertos productos alimenticios, tales como bebidas, análogos de lácteos, y similares. Encontraron que los materiales derivados de soja pueden ser tratados de manera exitosa usando el proceso que se describe mas adelante, recuperando sustancialmente todas las proteínas y rechazando los compuestos que ocasionan color y sabor indeseables. Mas aún controlando el pH dentro del rango de alrededor de 9 a alrededor de 12 durante el proceso de ultra-filtración, pueden obtenerse materiales de soja desaborízados que tienen propiedades funcionales mejoradas. De esta manera, el producto es adecuado para muchos productos alimenticios. Compendio de la Invención De manera amplia, la invención es un proceso para preparar una composición acuosa de soja teniendo una concentración de soja de alrededor de 1 a alrededor de 20%, que se ajusta en pH para solubilizar el contenido de proteína y para liberar los compuestos saborizantes . Luego la composición es sometida a ultra-filtración, mientras se mantiene control de pH, usando una membrana capaz de retener sustancialmente todo el contenido de proteína de la soja mientras se remueven los componentes de saborización como permeado. Los materiales de soja desaborízados preparados por los métodos de la presente son idealmente adecuados para uso en bebidas lácteas y no lácteas, bebidas batidas, bebidas saludables, productos tipo confitería, barras nutricionales , quesos, análogos de queso, yogurts lácteos y no lácteos, carne y productos análogos de carne, cereales, productos horneados, botanas, y similares. En un aspecto, la invención es un método de desaborizar materiales derivados de soja, tales como leche de soja, harina de soja, concentrados de soja, y aislados de proteína de soja, el cual método incluye preparar una composición acuosa del material de soja conteniendo compuestos de sabor, ajustar el pH al rango de alrededor de 9 a alrededor de 12 para solubilizar el contenido de proteína del material de soja y liberar los componentes de sabor, y luego hacer pasar la composición ajustada en pH adyacente a una membrana de ultra- filtración teniendo poros que proveen un corte de peso molecular de hasta 50,000 Daltons mientras se mantiene el pH en el rango de alrededor de 9 a alrededor de 12, de esta manera reteniendo sustancialmente todo el contenido de proteína, mientras pasan a través de los poros los compuestos productores de sabor. En otro aspecto, la invención incluye ajustar el pH al rango de alrededor de 9 a 12, con un álcali tal como hidróxidos de sodio, potasio o calcio, para solubilizar el contenido de proteína y liberar los compuestos de sabor, haciendo posible separar tales compuestos por ultra-filtración. De manera importante, el pH también es controlado dentro del rango de alrededor de 9 a alrededor de 12 durante el proceso de ultra-filtración . En una forma de realización, la invención es un método para desaborizar materiales de soja en un proceso continuo donde una mezcla acuosa ajustada en pH de materiales de soja es pasada adyacente a una membrana de ultra- filtración para separar los componentes de sabor. El pH es mantenido a un nivel de alrededor de 9 a alrededor de 12 durante la ultra-filtración por medio de la adición de la cantidad apropiada de un material que altera el pH apropiado (generalmente una base) . El permeado que contiene componentes de sabor y agua es pasado adyacente a una membrana de osmosis inversa para deshidratar el permeado y el agua separada es reciclada para unir el retentado reciclado y materiales de soja frescos, ajustados en pH. Una porción del retentado es removida continuamente y se recuperan los materiales de soja desaborizados . En una forma de realización preferida, la invención es un método para desaborizar materiales de soja en un proceso por lotes o semi -continuo donde una mezcla acuosa ajustada en pH de materiales de soja es pasada adyacente a una membrana de ultra-filtración, el permeado es separado para recuperación de los componentes de sabor, y el retentado es reciclado para unirse a materiales de soja frescos, ajustados en pH. Se añade agua de manera periódica o continua para reemplazar el agua perdida al permeado y para ajustar la concentración de materiales de soja en la corriente combinada a un nivel predeterminado. Si fuese necesario, un material que altera el pH (v.gr. , una base) puede ser añadido al retentado reciclado o añadido al agua para controlar el pH al rango deseado durante el proceso de ultra-filtración. El proceso es continuado hasta que todos los compuestos de sabor han sido removidos. En otra forma de realización, la presente invención provee un método para preparar material de proteína de soja desaborizado, dicho método comprendiendo: (a) preparar una composición acuosa de un material de soja que contiene proteínas de soja solubles, compuestos de sabor, y materiales insolubles; (b) solubilizar las proteínas de soja ajustando la composición de (a) a un pH en el rango de alrededor de 9 a alrededor de 12 y liberar los compuestos de sabor; (c) remover los materiales insolubles de la composición acuosa ajustada en pH de (b) para obtener una composición acuosa tratada; (d) hacer pasar la composición acuosa tratada de (c) adyacente a una membrana de ultra- filtración que tiene un corte de peso molecular de hasta alrededor de 50,000 Daltons, mientras se mantiene el pH en el rango de alrededor de 9 a alrededor de 12, bajo condiciones adecuadas de ultra- filtración, donde los compuestos de sabor pasan a través de la membrana, con ello desaborizando el material de soja y reteniendo sustancialmente todas las proteínas de soja solubilizadas; y (e) recuperar las proteínas de soja solubilizadas retenidas por la membrana de ultra-filtración para obtener el material de proteína de soja desaborizado. La membrana de ultra-filtración usada en el método de la invención tendrá un corte de peso molecular de hasta 50,000 Daltons, de preferencia 1,000 a 50,000, con la mayor preferencia alrededor de 10,000, y de preferencia es una membrana de polietersulfona o cerámica. Breve Descripción del Dibujo La figura 1 es una gráfica de la intensidad de los atributos de sabor de soja. La figura 2 es una gráfica de la intensidad de la leche de soja desaborizada en comparación con una muestra de control. La figura 3 es una gráfica de la intensidad de otro grupo de atributos de sabor de soja. La figura 4 es una gráfica de la intensidad del concentrado de soja desaborizado y una muestra de control comparada con la muestra de la figura 3. La figura 5 es una gráfica de la intensidad de concentrado de soja desaborizado y una muestra de control. La figura 6 es una gráfica que muestra el cambio de concentración de compuestos de sabor entre una muestra de soja desaborizada y una muestra de control. La figura 7 es una gráfica que muestra el cambio de concentración de compuestos de sabor entre una muestra de soja desaborizada y una muestra de control. La figura 8 es un diagrama de bloques de un proceso que emplea la invención. La figura 9 es una gráfica de la intensidad de atributos de sabor de aislado de soja. La figura 10 es una gráfica de la intensidad de aislado de soja desaborizado en comparación con una muestra de control.
La figura 11 es un diagrama de bloques de una forma de realización preferida de la invención. Descripción de las Formas de Realización Preferidas Materiales Derivados de Soja. Los frijoles de soja son fuentes valiosas de aceite y, en la presente invención, de proteínas. Los frijoles de soja contienen alrededor de 40% de proteínas, que se han clasificado después de ultra-centrifugación como 2S, 7S, 11S y 15S (ver también la patente US 4,420,425) . Estas fracciones podrán contener otros materiales también y tienen un amplio rango de pesos moleculares, de 3,000 a 600,000. Es bien sabido que los productos de soja tienen olores y sabores indeseables que deben ser removidos a fin de hacer a los materiales de soja ampliamente útiles en los productos alimenticios. Se cree que las lipooxigenasas catalizan la oxidación de ciertos ácidos grasos poliinsaturados , produciendo hidroperóxidos que son degradados en compuestos carbonilo volátiles, asociados con olores y sabores objetables en materiales derivados de soja. Algunos de los compuestos asociados con los sabores de soja son descritos en la Tabla C en el Ejemplo 10 mas adelante. Aunque el contenido de proteína de los materiales derivados de soja es considerado una fracción valiosa para uso en productos alimenticios, los carbohidratos solubles son considerados indeseables. Su remoción de fracciones de proteína de soja es un objetivo en muchos procesos en los cuales se recuperan las proteínas .
Los fitatos son compuestos que también son considerados indeseables en proteínas de soja. Estos compuestos son sales de calcio-magnesio-potasio de ácido inositol hexafosfórico . Se cree que tales compuestos quelan iones metal y no son fácilmente absorbidos por el cuerpo humano. Se considera que se ligan a las proteínas de soja e interfieren con la digestión. Como se mencionó antes, la remoción de fitatos ha sido un objetivo de los investigadores en el campo de los materiales derivados de soja. Membranas de Ultra-Filtración. Se usa filtración para separar muchos materiales. En la presente invención, se usa la ultra- filtración para remover compuestos de sabor de materiales derivados de soja. De manera importante, el pH del material derivado de soja debe ser mantenido en el rango de alrededor de 9 a alrededor de 12 durante el proceso de ultra-filtración. La ultra- filtración pretende remover partículas que tienen un tamaño de entre 10 y 1,000 Angstróms (0.001 a 0.1 µp?) , correspondiente generalmente a partículas que tienen un peso molecular entre 10,000 y 1,000,000, y que pueden también afectarse por la forma de tales partículas de alto peso molecular. Las proteínas de soja tienen un rango de pesos moleculares entre alrededor de 3, 000 y 600,000. Puede seleccionarse una membrana que sea capaz de hacer pasar todas las proteínas de soja o solamente una porción seleccionada. En la presente invención, las proteínas de soja son retenidas por la membrana de ultra-filtración bajo las condiciones de operación seleccionadas, mientras que los compuestos de sabor de menor peso molecular pasan a través de la membrana y son separados, de esta manera mejorando el color y el sabor de las proteínas de soja retenidas y los sólidos asociados. Una membrana polimérica de ultra-filtración puede ser definida como una capa anisotrópica (no uniforme) . Una cara es una epidermis que contiene poros que determinan el tamaño de las moléculas que pueden pasar a través de la membrana. Sosteniendo la epidermis superficial está una estructura esponjosa que se extiende a la cara opuesta. Tales membranas son comúnmente hechas por coagulación de polímeros en un baño acuoso. Polímeros típicos que son usados incluyen polisulfonas , ésteres de celulosa, poli ( fluoruro de vinilideno) , poli (óxido de dimetilfe-nileno) , poli (acrilonitrilo) , que pueden forjarse en membranas. A menudo, las membranas son formadas en tubos huecos que son ensamblados en haces, a través de los cuales se hace pasar la solución por filtrarse. De manera alternativa, pueden usarse láminas planas de membrana y diseños espirales. En la práctica comercial, se aplica presión para facilitar el movimiento de los compuestos de menor peso molecular a través de la membrana. La membrana debe ser capaz de soportar las presiones usadas, haciendo importante que la estructura esponjosa de soporte sea uniforme para evitar romper la epidermis superficial y sobrepasar la membrana. En adición a las membranas poliméricas que se acaban de describir, se han usado otros materiales para hacer membranas de ultra- filtración, tales como cerámicos, metales sinterizados y otros materiales inorgánicos. La presente invención no está limitada a ningún tipo particular de membrana. En general, la membrana debe ser capaz de pasar los compuestos de sabor, que se cree tienen pesos moleculares inferiores a 1,000 Daltons. De manera mas importante, las membranas deben ser capaces de retener sustancialmente todas las proteínas de soja solubilizadas . De esta manera, la membrana de la invención tendrá un corte de peso molecular de hasta alrededor de 50,000 Daltons, de preferencia de alrededor de 1,000 a 50,000, con mayor preferencia de 10,000 a 30, 000. Proceso. El proceso de la invención incluye los pasos siguientes : (1) preparar una mezcla acuosa del material derivado de soj a; (2) añadir una base para elevar el pH de la mezcla acuosa a un nivel de alrededor de 9 a alrededor de 12 a fin de solubilizar las proteínas de soja y liberar los compuestos de sabor; (3) pasar la mezcla ajustada en pH, mientras se mantiene el pH en el rango de alrededor de 9 a alrededor de 12, adyacente a una membrana de ultra- filtración teniendo un corte de peso molecular de hasta alrededor de 50,000, remover los compuestos de sabor como permeado, y remover las proteínas de soja remanentes y otros materiales de soja como retentado; y (4) neutralizar el retentado y recuperar las proteínas de soja. Todos tipos de materiales de soja son considerados ser fuentes potenciales de soja para uso en productos alimenticios. De esta manera, los materiales de soja que contienen proteínas son combinados en una mezcla acuosa, generalmente una lechada de sólidos de soja. El contenido de proteína es necesario para productos alimenticios, pero como se discutió antes, se cree que contiene compuestos de sabor que deben ser liberados a fin de que puedan ser separados. La separación de los compuestos de sabor es llevada a cabo en una mezcla acuosa en la cual tanto las proteínas como los compuestos de sabor son disueltos. La concentración de los materiales de soja en la mezcla acuosa estará en el rango de alrededor de 1 a alrededor de 20%. Generalmente, la concentración de materiales de soja después del ajuste del pH cambiará durante el paso de ultra-filtración subsecuente, al removerse agua con el permeado. El agua será reemplazada ya sea periódica o continuamente. Por ejemplo, en diafiltración, se añade agua para diluir gradualmente las proteínas retenidas en un proceso por lotes o semi -continuo . El segundo paso, como se verá en los ejemplos, es importante si va a lograrse la remoción de los compuestos de sabor. Las proteínas de soja son solubilizadas añadiendo una base a la mezcla acuosa para lograr un pH de alrededor de 9 a 12. En general, se ha encontrado que se necesita un pH de 9 para solubilizar todas las proteínas, mientras que es factible que un pH mayor de 12 ocasione degradación indeseable de las proteínas. Aunque en teoría cualquier base puede ser usada, se prefieren hidróxido de sodio o potasio, particularmente hidróxido de potasio. Otras bases que pueden tener aplicación incluyen hidróxidos de calcio, magnesio y amonio. Se cree que solubilizar las proteínas de soja cambia su forma y en cierta manera da como resultado liberar los compuestos de sabor, que pueden estar ligados o encapsulados por las proteínas de soja cuando están en una solución neutra o ácida. Los compuestos de sabor, que tienen un peso molecular relativamente bajo en comparación con las proteínas de soja son capaces de pasar a través de los poros de la membrana de ultra- filtración, mientras que sustancialmente todas las proteínas de soja solubilizadas son demasiado grandes y son retenidas. De manera importante, el pH debe ser mantenido dentro del rango que se acaba de describir (es decir, alrededor de 9 a alrededor de 12) durante el proceso de ultra-filtración/ diafiltración para permitir la remoción de tantos compuestos de sabor como sea posible. El tercer paso sería llevado a cabo en un proceso por lotes similar a los experimentos de laboratorio reportados mas adelante en los Ejemplos 1-5, en los cuales los compuestos de sabor y agua pasan a través de la membrana y son removidos por el agua que fluye. Sin embargo, en aplicaciones comerciales del proceso de la invención, la mezcla acuosa ajustada en pH sería hecha circular de manera continua adyacente a una membrana de ultra-filtración. Como el agua, la sosa cáustica y los compuestos de sabor pasan a través de la membrana como permeado y son desechados, se añadirá agua adicional para mantener la concentración deseada de materiales de soja, lo que tenderá a reducir el pH de la mezcla acuosa. Esta agua puede ser aumentada deshidratando el permeado y reciclando el agua recuperada a la corriente de alimentación. Puede añadirse un material que modifique el pH (v.gr. , una base) , como sea necesario, para controlar el pH en el rango deseado (es decir, de alrededor de 9 a alrededor de 12) directamente a la solución de ultra- filtración, a cualquier material acuoso reciclado, o al agua de constitución, según se desee . Después de la remoción de los compuestos de sabor (es decir, después de completar el proceso de ultra- filtración) , puede lograrse neutralización adicional de la solución filtrada retirando el producto y añadiendo un ácido como se requiera para alcanzar el pH deseado. Después del ajuste del pH, la mezcla acuosa de proteínas de soja y otros materiales puede ser usada directamente en productos alimenticios, o puede concentrarse o secarse como se requiera para el uso pretendido. Un proceso para desaborizar materiales de soja por ultra-filtración puede ser operado en diversas maneras. El pH durante el proceso de ultra-filtración/diafiltración es mantenido en el rango de alrededor de 9 a alrededor de 12, y de preferencia en el rango de alrededor de 9.5 a alrededor de 10.5. Dos métodos serán descritos, procesamiento continuo y procesamiento por lotes (incluyendo operación semi-continua) . Se espera que los procesos comerciales adopten operación por lotes o semi -continua, que debe estar mejor adaptada para la producción de productos de soja de grado alimenticio. Un proceso continuo es generalmente mostrado en la figura 8. En un proceso ya sea continuo o por lotes, una mezcla acuosa de materiales de soja es ajustada en pH para solubilizar proteínas de soja y liberar compuestos de sabor y luego pasa adyacente a una membrana de ultra- filtración, lo que permite que los materiales de sabor de menor peso molecular pasen a través de sus poros junto con agua (el permeado) , dejando los materiales de soja de mayor peso molecular (el retentado) para ser circulados. Una porción del retentado será retirada como producto desaborizado, del cual pueden recuperarse los materiales de soja como se necesite para el uso final ulterior. Se añadirá agua para reemplazar el agua perdida en el permeado y para proveer una concentración constante de materiales de soja en la corriente de alimentación suministrada a la membrana de ultra-filtración. Aunque no es esencial para el proceso, el proceso de la figura 8 incluye procesamiento adicional del permeado para recuperar una porción del agua usando una membrana de osmosis inversa para reciclado para unirse al retentado y materiales de soja frescos. La ventaja de tal paso está en reducir la cantidad de agua fresca que debe añadirse al proceso y removerse al concentrar el permeado. Desde luego, el pH de los materiales derivados de soja puede mantenerse dentro del rango deseado por medio de la adición apropiada de una base al agua reciclada o fresca añadida al proceso o por adición directa de una base, según se desee . En un proceso por lotes, tal como los descritos en los Ejemplos 6-8 mas adelante, se coloca un loto de material de soja en un recipiente, se ajusta en pH, y se alimenta a una membrana de ultra-filtración. Se separa el permeado y el retentado es regresado al recipiente. Al proseguir el proceso, el material de soja es agotado en compuestos de sabor de mejor peso molecular y agua y se torna mas concentrado en las proteínas de soja deseables. De manera periódica, se añade agua al retentado para diluirlo y proveer un portador para los compuestos de sabor que son pasados a través de la membrana. En un proceso serai-continuo, se añade el agua de manera continua a la tasa a que se está removiendo en el permeado. El proceso es continuado hasta que todos los compuestos de sabor han sido removidos y el retentado está suficientemente desaborizado para tornarse en el producto, que puede ser procesado adicionalmente según se requiera para el uso final ulterior. Un proceso por lotes o semi-continuo puede también incluir la concentración del permeado, con reciclo de agua separada en una manera similar a la mostrada en la figura 8. El pH durante el proceso de ultra-filtración/diafiltración es mantenido en el rango de alrededor de 9 a alrededor de 12, y de preferencia en el rango de alrededor de 9.5 a alrededor de 10.5. La membrana de ultra- filtración será operada con un diferencial de presión a través de la membrana que ayuda a la migración de los compuestos de sabor, agua y otros materiales que son capaces de pasar a través de los poros de la membrana, sin exceder la resistencia física de la membrana. La presión promedio típica para tales membranas es de alrededor de 50 psi (345 kPa) . La presión trans-membrana (dentro versus afuera) será de alrededor de 15 psi (103 kPa) . Desde luego, estas presiones pueden ser variadas con base en las especificaciones de la membrana y otras preocupaciones operativas. La tasa de flujo de la corriente de alimentación proveerá suficiente tiempo de residencia para una significativa remoción del permeado, pero también será suficientemente elevada para proveer turbulencia de modo que el acceso de la corriente de alimentación a los poros de la membrana no será impedido por depósitos sólidos en las paredes de la membrana. Un técnico en la materia comprenderá que los parámetros de operación adecuados serán determinados por la experiencia con los materiales que están siendo separados. En una forma de realización preferida, la presente invención provee un método para preparar material de proteína de soja desabori zado , dicho método comprendiendo: (a) preparar una composición acuosa de un material de soja que contiene proteínas de soja solubles, compuestos de sabor, y materiales insolubles;
(b) solubilizar las proteínas de soja ajustando la composición acuosa de (a) a un pH en el rango de alrededor de 9 a alrededor de 12 y liberar los compuestos de sabor; (c) remover los materiales insolubles de la composición acuosa ajustada en pH de (b) para obtener una composición acuosa tratada; (d) hacer pasar la composición acuosa tratada de (c) adyacente a una membrana de ultra- filtración teniendo un corte de peso molecular de hasta alrededor de 50,000 Daltons, mientras se mantiene el pH en el rango de alrededor de 9 a alrededor de 12, bajo condiciones adecuadas de ultrafiltración, donde los compuestos de sabor pasan a través de la membrana, con ello desaborizando el material de soja y reteniendo sustancialmente todas las proteínas de soja solubilizadas; y (e) recuperar las proteínas de soja solubiliza-das retenidas por la membrana de ultra-filtración para obtener el material de proteína de soja desaborizado . Esta forma de realización preferida es ilustrada en la figura 11, donde el pH de una solución acuosa de proteína de soja es ajustada a un nivel de alrededor de 9 a alrededor de 12. La solución acuosa ajustada en pH es entonces tratada para remover materiales insolubles. Puede usarse cualquier técnica convencional (v.gr., filtración, decantación, centrifugación y similares) . De preferencia, el material insoluble es removido por centrifugación. Unidades de centrifugación continua, comercialmente disponibles, están idealmente adaptadas para esta separación en una operación tipo semi-lotes o continua. En una forma de realización especialmente preferida, la composición acuosa ajustada en pH es sometida a la técnica de remoción (v.gr. , centrifugación) al menos dos veces a fin de facilitar la remoción mas completa de los materiales insoluoles. El sobrenadante tratado es entonces sometido a ultra-filtración, de preferencia combinado con diafiltración, a fin de remover los componentes de sabor normalmente asociados con los frijoles de soja. Durante la ultra- filtración, el pH del material derivado de soja debe ser mantenido en el rango de alrededor de 9 a alrededor de 12. Después de la ultra- filtración, el pH es ajustado a un pH neutro usando un ácido comestible (v.gr., ácido cítrico) . La solución de proteína de soja desaborizada puede ser usada directamente o puede convertirse en forma sólida, si se desea. Puede usarse cualquier técnica convencional para remover agua. Generalmente, se prefieren técnicas de secado por rocío o congelamiento. Productos de Soja Desaborizados . Los materiales de soja desaborizados preparados por los métodos de la presente están idealmente adaptados para uso en bebidas lácteas y no lácteas, bebidas batidas, bebidas saludables, quesos, análogos de queso, yogurts lácteos y no lácteos, carne y productos análogos de carne, cereales, productos horneados, botanas, y similares. A menos que se indique lo contrario, todos los porcentajes son en peso. Ejemplo 1. Aislado de proteína de soja (Protein Technology International (PTI) , de St . Louis, Missouri, Estados Unidos) fue hidratado en agua de la llave para proveer una concentración del 10%. La composición acuosa fue mezclada con un agitador magnético hasta que todo el aislado de proteína de soja estuviera completamente disperso. El pH de la mezcla fue ajustado a 11.0 usando hidróxido de sodio. Luego, la composición ajustada en pH fue colocada en un tubo de diálisis (Spectrum, Inc.) teniendo un tamaño de poro de peso molecular de 3, 500 y se pasó el agua de la llave sobre el exterior del tubo de manera continua por alrededor de 4 horas; el pH siguió siendo mayor de alrededor de 9 durante la diálisis. La composición remanente en el tubo de diálisis fue vertida en una pipeta de vidrio, neutralizada, y evaluada en cuanto a aroma y sabor. Se realizó una comparación con la composición dializada y una muestra tratada en una manera similar, pero que tenía un pH de 6.7 y una segunda muestra que no había sido ni dializada ni ajustada en pH. La evaluación ciega por parte de diversos individuos mostró que solamente la muestra ajustada en pH y dializada tenía sabor y aroma mejorados de manera significativa. Ejemplo 2. Se llevó a cabo una prueba similar usando leche de soja (Devansoy Farms, de Carrol, Iowa, Estados Unidos) hecha en una composición acuosa al 10% y luego ajustada en pH y dializada durante la noche como en el Ejemplo 1. Después del tratamiento, el pH de la muestra fue de 8.8 y el aroma y el sabor fueron mejorados de manera significativa. Ejemplo 3. Se repitió el Ejemplo 2 con leche de soja recién preparada por inmersión y blanqueado de los frijoles y luego molienda y separación de la leche de soja de la harina. Después de ajuste en pH y diálisis, como se describió previamente, se encontró que el sabor y el aroma de la leche de soja fue mejorada considerablemente. Ejemplo 4. Se repitió el Ejemplo 3 usando un tubo de diálisis teniendo un tamaño de poro de peso molecular de 6,000 y se obtuvieron resultados similares. Ejemplo 5. Se repitió el ejemplo 2 con harina de soja seca (Cargill) . La harina de soja fue hidratada a una composición al 10% y luego ajustada en pH, como se describió previamente. Después de dializar durante la noche, el pH de la composición remanente en el tubo de diálisis tenía un pH de 8.7 y tenía aroma y sabor mejorados de manera significativa. Ejemplo 6. En un tanque mezclador grande, se diluyeron 33 Ibs (15 kg) de leche de soja Sun Rich conteniendo 15% de sólidos, con 66 lbs (30 kg) de agua para producir una lechada de 100 lbs (45 kg) conteniendo 5% de sólidos de soja. Se añadió lentamente una solución de NaOH 1N para solubilizar las proteínas de soja hasta que se alcanzó un pH de 11. Se llevó a cabo diaf iltración de la solución de soja alcalinizada , bombeando la solución del tanque de mezclado a través de dos membranas de fibra huecas, paralelas (A/G Technology Corporation) teniendo un corte de peso molecular de 10,000 Daltons y un área superficial de 3.3 m2. La presión de trans-membrana a través de las membranas fue de 20 a 50 psi (138-345 kPa) . El material pasado a través de la membrana (permeado) fue recolectado. El material remanente (retentado) fue reciclado de manea continua al tanque de mezclado. Cuando se habían recolectado 50 lbs (22.7 kg) de permeado, el tanque de mezclado contenía 50 lbs (22.7 kg) de solución de soja. Se añadieron 50 lbs (22.7 kg) adicionales de agua al tanque de mezclado. Se mantuvo el pH a un nivel de alrededor de 9 a alrededor de 12 durante ultra-filtración/diafiltración. Este lavado con adición de agua al tanque de mezclado fue repetido cinco veces, después de lo cual la solución en el tanque de mezclado fue concentrada a alrededor de 10% de sólidos al removerse agua en el permeado y luego la solución de soja retenida fue neutralizada con ácido cítrico al 2% a un pH de 7.0. La solución neutralizada fue evaluada por un panel sensorial entrenado y comparada con una muestra de control de leche de soja Sun Rich que había sido diluida al 10% con agua, pero no tratada de otra manera. Las soluciones de soja fueron presentadas en un orden ciego y aleatorio. Los resultados son mostrados en las gráficas de las figuras 1 y 2. La figura 1 muestra la calificación media de intensidad para 10 atributos. El panel juzgó ciertos atributos ser mas significativos que otros. Cuando se compara con la solución de soja que había sido tratada como se describió antes, los atributos sobresalientes habían sido reducidos todos con un nivel de confianza del 95%. Esos atributos que tenían menor prominencia en el control (es decir, marrón, dulce, agrio, salado y amargo), salvo por dulce, que se incrementó en valor, pero los valores medios del panel no alcanzan un nivel de confianza del 95%. Es claro a partir de los resultados que la solución de soja se ha tornado mas neutra en sabor por medio de la remoción de los componentes de sabor. Ejemplo 7. Diez lbs (4.55 kg) de un concentrado de proteína de soja (Central Soya) fueron mezcladas con 190 lbs (86.4 kg) de agua en un tanque con agitación elevada por 15-30 minutos para hidratar la proteína de soja. Luego se añadió NaOH 1N para solubilizar la proteína de soja a un pH de 11. De manera similar a la descrita en el Ejemplo 6, la lechada de soja fue bombeada a través de una membrana espiral (Gea Niro Inc.), teniendo un corte de peso molecular de 10,000 Daltons. La presión de trans-membrana a través de la membrana fue mantenida por debajo de 50 psi (344.7 kPa) . La caída de presión a través de la membrana fue mantenida por debajo de 15 psi (103.4 kPa) y el pH fue mantenido a un nivel de alrededor de 9 a alrededor de 12. Como en el Ejemplo 6, se realizaron cinco adicionales de agua cuando el permeado retirado de la membrana alcanzó la mitad del volumen original en el tanque de mezclado. Después de cinco adiciones de agua, el pH de la solución de soja lavada fue ajustado a 7.5 añadiendo 0.5 N HC1 y luego secada por congela-miento para evaluación sensorial . El concentrado de proteína de soja desaborizado fue evaluado en cuanto a seis atributos por un panel sensorial entrenado. Los valores medios para cada atributo de la muestra de control (no tratada) son dados en la figura 3. En este ejemplo, se encontró una diferencia entre el concentrado de soja desaborizado y el control, pero ninguno estuvo al nivel de confianza del 95%, aunque todos los valores fueron inferiores. Esto se muestra en la figura 4. También se incluyen los resultados de un control ciego usado, que fue calificado después de la muestra desaborizada. En este caso, se encontró que el control ciego tenía atributos de sabor mas intensos que el control original de la figura 3. Se cree que esto ocurrió debido a que el control ciego en este ejemplo fue probado después de la muestra desaborizada y pareció al panel tener un sabor relativamente mas intenso en la segunda evaluación del control . Sin embargo, cuando se comparó con la muestra de control ciega, la muestra desaborizada mostró diferencias significativas para tres de los atributos de sabor al nivel de confianza de 90 a 95%, como se muestra en la figura 5. Ejemplo 8. La membrana usada para desaborizar proteínas de soja debe tener un corte de peso molecular de 10,000 Daltons, mostrado ser efectivo en los Ejemplos 6 y 7. Puede usarse, si se desea, una membrana de corte de peso molecular superior, pero a un corte de peso molecular de 50,000 Daltons se han perdido en el permeado algunas proteínas valiosas, como se muestra en este ejemplo. Se mezclaron cinco lbs (2.27 kg) de un aislado de soja seco (Supro-670 PTI) con 95 lbs (43.2 kg) de agua, como en el Ejemplo 7, para proveer una lechada conteniendo 5% de sólidos de soja. Se añadió NaOH 1N para elevar el pH a 11 y solubilizar las proteínas de soja. Se llevó a cabo diafiltración usando cinco adiciones de agua en una manera similar a la descrita en los Ejemplos 6 y 7 y usando las membranas de fibra huecas del Ejemplo 6. El pH fue mantenido a un nivel de alrededor de 9 a alrededor de 12 durante ultra-filtración/diafiltración. Las muestras del permeado fueron tomadas a intervalos de cinco minutos, neutralizadas y congeladas para análisis de proteínas. Las muestras del permeado fueron analizadas en cuanto al contenido total de proteína por electroforesis , con los resultados mostrados en la siguiente tabla:
Tabla A
Puede observarse que la membrana teniendo un corte de 10,000 Daltons retiene mas proteína que la membrana que tiene un corte de 50,000 Daltons. Se cree que el valor a los 35 minutos para la membrana de 10,000 Daltons es erróneo. Ejemplo 9. Muestras de materiales de soja desaboriza-dos usando los métodos de los Ejemplos 6-8 fueron analizadas por electroforesis de proteínas en gel . Los resultados indican que la distribución de pesos moleculares de los materiales de soja retenidos fue sustancialmente la misma que la del material de soja original. Los resultados son mostrados en la tabla siguiente :
Tabla B
Ejemplo 10. Se llevaron a cabo análisis respecto de los constituyentes químicos asociados con los atributos de sabor determinados por los paneles sensoriales descritos en ejemplos previos. Se probaron dos muestras de aislados de proteína de soja. Una muestra había sido desaborizada por el método descrito en el Ejemplo 7; la segunda muestra no había sido desaborizada. En una primera prueba, un gramo de una muestra de control fue diluida con 15 g de agua, se añadieron 2 µ? de 300 ppm de 4-heptanona como un estándar interno, y la mezcla fue purgada con 100 ml/min de helio a 60 °C por 30 minutos. Una muestra desaborizada fue preparada de manera similar que la muestra de control, salvo que el pH fue elevado a 10 añadiendo una solución de NaOH a fin de solubilizar las proteínas. Los compuestos volátiles fueron analizados por GC/MS (HP GC5890/ MSD5972) . Los resultados para diversos compuestos son mostrados en las figuras 6 y 7. La muestra de soja desaborizada contenía menores cantidades de los compuestos de saborizacion. En una segunda prueba, muestras de tres gramos fueron diluidas con 30 g de agua y se añadieron 2 µ? de 300 ppm de 4-heptanona como un estándar interno. Las mezclas resultantes fueron purgadas con 100 ml/min de helio a 60 °C por 20 min para remover los compuestos volátiles. Los volátiles fueron analizados por medio de cromatografía de gases y el olor de los compuestos fue juzgado por criterios humanos. Los olores asociados con compuestos químicos específicos son reportados en la tabla siguiente:
Tabla C: Características de Olor de Compuestos Reducidos Después del Proceso de Desaborización
Ejemplo 11. La aplicación de materiales de soja a productos alimenticios fue ilustrada añadiendo material de soja desaborizado a una barra nutricional Balance Bar® (Kraft Foods) y comparando el sabor con una barra Balance Bar® equivalente conteniendo el mismo material de soja, pero que no había sido desaborizado. En una muestra todo el material de soja fue un aislado de soja seco (Supro-661 de PTI) , en la segunda muestra 50% del material de soja había sido desaborizado por el proceso de diafiltración de los ejemplos y 50% no era desaborizado. Un panel de sabor prefirió la segunda muestra 8 a 3, calificando 6.11 en una escala de 1-10 (10 siendo lo mejor), versus una calificación de 3.5 para la primera muestra. Ejemplo 12. En una manera similar al Ejemplo 6, se compararon muestras de aislado de soja, desaborizado de acuerdo con el proceso de la invención y la muestra de control de aislado de soja, concentrado en proteínas, fue hidratada a una solución al 10%. La figura 9 muestra los resultados encontrados por un panel sensorial entrenado para la muestra de control . La muestra desaborizada fue comparada con el control por el panel, que encontró, como puede verse en la figura 10, que muchos de los atributos característicos de la muestra de control habían sido reducidos. Sin embargo, se encontró que se había incrementado el sabor designado como oxidado. Ejemplo 13. Harina de soja desgrasada (30 lbs ; Archer Midlands Daniels (AMD), de Decatur, Illinois, Estados Unidos) fue hidratada con agua (270 lbs) en un tanque de mezclado encamisado, con mezclado vigoroso, a una temperatura de alrededor de 130°F. Una vez que estuvo completa la hidratación (generalmente dentro de alrededor de 15 minutos) , el pH fue ajustado a 10 usando NaOH 1N (aproximadamente 15 lbs añadidas) . La solución ajustada en pH fue mezclada por alrededor de 30 a alrededor de 45 minutos a alrededor de 130 °F. La lechada resultante fue bombeada a través de una centrífuga continua ( estfalia Separator, Inc., de Northvale, New Jersey, Estados Unidos) , a alrededor de 130 °F y 12,000 rpm. El sobrenadante y los lodos insolubles fueron recolectados de manera continua como corrientes separadas. El sobrenadante recolectado fue pasado a través de la centrífuga continua una segunda vez bajo condiciones similares para remover adicionalmente el material insoluble. El sobrenadante dos veces centrifugado fue entonces diafiltrado a través de una membrana de ultra-filtración (tipo espiral enrollada con corte de peso molecular de 10,000). Se continuó con la diafiltracion por un equivalente a cinco ciclos de lavado (cada lavado definido como la cantidad de permeado recolectada igual a la mitad del tamaño inicial del lote) . El pH fue mantenido a alrededor de 10 durante el proceso de ultra- filtración/diafiltracion . Una vez que se completó la diafiltracion, se añadió ácido cítrico (1%) para ajustar el pH a 6.5. La lechada resultante fue concentrada por ultra-filtración a un nivel de alrededor de 10 a alrededor de 15% de sólidos, pasteurizada, y luego secada por rocío. Proceso Comparativo 1 (Basado en la Patente US
4,420,425). Harina de soja desgrasada (30 lbs) fue hidratada en 270 lbs de agua a temperatura ambiente. Se añadió una solución 1N de NaOH, lentamente, a la lechada de soja, para ajustar el pH a 9.0. La extracción de las proteínas de soja fue llevada por 40 minutos a 55°C. Al final de la extracción, la lechada fue centrifugada a 12,000 G usando un separador continuo Westfalia (modelo SC-6) con eliminador de pedazos de material gastado y una tasa de alimentación de alrededor de 300 1/hr. El sobrenadante fue recolectado y re -centri fugado . Después de la segunda centrifugación, el pH había caído a 7.5. La lechada de proteína extraída fue entonces diafiltrada a través de una membrana de ultra-filtración con un corte de peso molecular de 30,000 Daltons a alrededor de 50°C; el retentado fue recirculado y se añadió agua a la misma tasa de remoción del permeado. El pH no fue controlado durante la diafiltración y había caído a 7.0 hacia la consumación de la diafiltración . La diafiltración continuó hasta que el permeado recolectado era igual a 2.5 veces el volumen inicial del lote (es decir, 5 lavados) . Una vez que se completó la diafiltración, el retentado fue concentrado a 10% de sólidos y el pH fue ajustado a 6.5 con ácido cítrico al 1%. El producto fue entonces recolectado y secado por rocío. Ejemplo Comparativo 2 (Basado en la Publicación de Solicitud de Patente US 2002/0098276) . Harina de soja desgrasada (30 lbs) fue hidratada en 270 lbs de agua a 25 °C. Se añadió lentamente una solución 1N de NaOH a la lechada de soja para ajusfar el pH a 9.0. La extracción de proteínas de soja fue llevada a cabo por 30 minutos. Al final de la extracción, la lechada fue centrifugada a 12,000 G usando un separador continuo Westfalia (modelo SC-6) con eliminador de pedazos de material gastado y una velocidad de alimentación de alrededor de 300 1/hr.
El sobrenadante fue recolectado y re-centrifugado. Después de la segunda centrifugación, el pH había caído a 8.0. La lechada de proteína extraída fue entonces diafiltrada a través de una membrana de ultra-filtración con un corte de peso molecular de 100,000 Daltons a alrededor de 25°C; el retentado fue recirculado y se añadió agua a la misma velocidad que la remoción del permeado . El pH no fue controlado durante la diafiltración y había caído a 7.5 hacia la consumación de la diafiltración . La diafiltración continuó hasta que el permeado recolectado fue igual a 2.5 veces el volumen inicial del lote (es decir, 5 lavados) . Una vez que se completó la diafiltración, el retentado fue concentrado a 10% de sólidos y el pH fue ajustado a 6.5 con ácido cítrico al 1%. El producto fue entonces recolectado y secado por rocío. El material de soja desaborizado obtenido de cada uno de los procesos fue evaluado. El sabor fue evaluado usando un panel capacitado. Aunque cada una de las muestras fue aceptable (es decir, reducción adecuada del perfil de sabor de frijol de soja) , el producto de la invención tuvo el mejor perfil de sabor global. Las propiedades funcionales (v.gr., solubilidad, retención de agua, y similares) también fueron determinadas; los resultados son presentados en la tabla siguiente:
Muestra Tamaño de Solubilidad Retención Partícula agua (um) (g agua/ % índice g proteína Solubilidad Nitrógeno Proceso 20.2 62.4 93.0 6.1 Invención Proceso 115.7 59.9 77.9 3.8 Comparativo 1 Proceso 44.6 14.5 22.7 4.9 Comparativo 2
Especialmente para uso en productos alimenticios de baja viscosidad (v.gr. , bebidas, aderezos para ensaladas y similares) , es especialmente importante que la solubilidad sea elevada y el tamaño promedio de partícula sea pequeño, a fin de proveer una buena apariencia y una buena sensación en la boca. La baja solubilidad da como resultado formación de sedimentos y una sensación arenosa en la boca; las partículas mas grandes también dan como resultado una sensación en la boca arenosa y/o terrosa, indeseable . El tamaño de partícula del material producido por el proceso de la invención fue considerablemente menor que los materiales preparados a partir de cualquiera de los demás procesos. La micro-estructura de las partículas fue también examinada usando microscopía. El material del proceso de la invención era transparente, con paredes relativamente delgadas. El material producido a partir del Proceso Comparativo 1 tenía tanto paredes delgadas como gruesas, mientras que el material producido a partir del Proceso Comparativo 2 tenía paredes delgadas. Las partículas de paredes delgadas tenderán a ser mas ligeras que las partículas de paredes gruesas y, por tanto, tenderán a formar mas fácilmente una suspensión y permanecer mas tiempo en la suspensión, con ello aportando una mejor sensación en la boca cuando se incorporan en productos alimenticios. El proceso de la invención aporta materiales de soja desaborizados con solubilidad y retención de agua considerablemente mas altas que cualquiera de los dos procesos comparativos.