SE465349B - Foerfarande foer framstaellning av sojaproteinisolat med laag fytathalt - Google Patents

Description

10 465 349 medelst enzymet fytas vid neutralt pH före ultrafiltre- ringen, ultrafiltrering i närvaro av kalciumjoner vid lågt pH eller användningen av etylendiamintetraättiksyra Vid högt pH.

Bolley, et al. avslöjar i amerikanska patentet 2,732,395 ett förfarande för separation av fytin från olika olje- växtfrön. Metoden innefattar syraextraktion av ett olje- fritt frömjöl med vattenhaltig syra vid ett pH ungefärli- gen inom det isoelektriska intervallet för det speciella fröproteinet ifråga, i allmänhet cirka pH 4,5. Fytinet utvinnes från den lösliga portionen och proteinet utvin- nes från massan genom extraktion vid ett pH större än 8 med separation av olösligt material och efterföljande koa- gulering av proteinet i det klarade alkaliska extraktet genom surgöring, ånyo inom proteinets isoelektriska inter- vall. Metoden appliceras på olika oljeväxtfrön innefattande avfettat sojabönmjöl, varvid man erhåller renat protein, som påstås vara i huvudsak fritt från organiska fosforför- eningar.

Sair avslöjar i amerikanska patentet 3,001,875 vattenextrak- tion av avfettade sojaflingor vid pH 6-10,5 för bildning av en lösning av sojaproteinet, avlägsnande av olösligt mate- rial, utfällning av det extraherade proteinet vid pH 4,5, âterupplösning av massan vid pH 6 och torkning.

Johnson beskriver i det amerikanska patentet 3,397,991 bildningen av ett proteinisolat utgående från en blandning av lösningsmedelsextraherat vegetabiliskt mjöl innefattande sojamjöl för erhållande av den önskade aminosyrasammansätt- ningen i det erhållna proteinisolatet. Därvid solubiliseras proteinet kolloidalt i vatten vid 65-93OC och vid ett pH av 9-12, de olösliga materialen separeras och det solubi- liserade proteinet utvinnes från vattenlösningen genom torkning eller genom syrautfällning inom det isoelektriska området. 465 349 Robbins, et al. åskådliggör i det amerikanska patentet 3,261,822 framställning av sojaproteinisolat genom att man extraherar avfettat sojamjöl med vatten vid ett surt pH av 3,5-5,5, kasserar det lösliga materialet och åter- upplöser proteinmassan i vatten vid pH 6-11.

Goodnight, Jr. et al. avslöjar i det amerikanska patentet 4,072,670 en svag punkt i inom tekniken kända processer för framställning av syrautfällt sojaproteinisolat, såsom exempelvis åskådliggöres av Bolley, et al. och Robbins, et al. i ovan angivna patentskrifter. Inom tekniken ut- fälldes sojaproteinet i flingform med syra i närvaro av fytinsyra. Goodnight et al. fann att ett alkalistabilt komplex bildas mellan proteinet och fytinsyran under dessa omständigheter, vilket komplex förhindrar dissociation av fytinet från sojabönproteinet vid alkaliskt pH såsom av- slöjas i ovan angivna artikel av McKinney et al. Goodnight et al. har löst vissa av problemen inom tekniken genom att göra fytatet olösligt vid ett pH av 10,6-14 och sepa- rera det från proteinerna innan proteinerna utfälles vid deras isoelektriska punkt, dvs. vid pH 4,5.

Olägenheterna med förfarandet som beskrivs av Goodnight et al. är att utsättandet av proteiner för extremt höga alka- liska pH-värden ogynnsamt påverkar deras näringsvärde och att kommersiella kontinuerligt verkande centrifuger icke kunde separera den mycket lätta suspenderade fytatfällning som bildades vid det höga alkaliska pH-värdet.

De processer som har beskrivits inom tekniken har varit framgångsrika när det gäller att l viss utsträckning re- ducera fytathalten hos sojaisolat i liten laboratorieskala.

Ingen av ovan angivna processer har emellertid kunnat ge sojaprotein med låg fytathalt i en ekonomiskt försvarbar kommersiell skala. v 465 349 Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning tillhandahåller ett förfarande för framställning av ett förbättrat renat sojaprotein med ~ exceptionellt låg fytinsyrahalt och med väsentligt förbätt- rad smaklighet, förbättrad funktionalitet, högt närings- värde och låg askhalt. Vidare reducerar förfarandet enligt uppfinningen i avsevärd grad aluminiumhalten hos det bil- dade sojaproteinet. Aluminiumhalten hos sojabaserade pro- dukter för barn är signifikant högre än den halt som åter- finns i bröstmjölk. Produkter för barn framställda av före- liggande sojaproteinisolat är således mera näringsmässigt 2 godtagbara eftersom reduktionen av aluminiumhalten ger soja- I beredningar som mera liknar bröstmjölk. § Med uttrycket "sojaproteinisolat med låg fytathalt" avses i föreliggande sammanhang en sojaproteinprodukt, som inne- håller cirka 88 viktprocent eller däröver av sojaprotein och mindre än cirka 0,3 viktprocent fytater (uttryckt som fytinsyraekvivalent), företrädesvis mindre än 0,2 g fytater per 100 g protein. Fytinsyra, hexaortomonofosfatestern av myo-inositol, uppträder i relativt höga halter i brödsäd och oljeväxtfrön i form av kalciummagnesiumsaltet, fytin.

I sojabönmjöl är grovt räknat 70 % av den totala fosfor- halten att hänföra till fytinet. Baserat på en fosfcrhalt av 0,6 % hos avfettat sojabönmjöl beräknas cirka 2 vikt- procent fytin vara närvarande i avfettat sojabönmjöl. Fy- tinsyra bildar ett fytat-mineral-proteinkomplex under be- arbetning och behandling och detta komplex har visat sig minska biotillgängligheten hos olika mineralämnen, såsom zink, magnesium, kalcium, järn, etc. Under framställningen av isolat förblir en stor del av fytinsyran och fytaterna bundna till proteinet i form av komplex. När uttrycken "fytat" eller "fytater" användes i föreliggande samman- hang är dessa avsedda att innefatta salter av fytinsyra eller molekylkomplex av fytinsyra med andra sojabönbe- ståndsdelar. När det gäller för närvarande tillgängliga 465 349 kommersiella sojabönproteinisolat, såsom Edi-Pro A (Ralston Purina) och Ardex F (Archer Daniel Midland), är mycket som 2-2,5 viktprocent av isolatet fytat. Att avlägsna fytat från sojaproteinisolat är önskvärt, efter- som fytatfosfor icke är tillgängligt som näringskälla för människor och det stör absorptionen av näringsmässigt es- sentiella flervärda katjoner såsom kalcium, järn och zink.

Barn kan icke utnyttja fytatfosfor och närvaron av rela- tivt höga mängder av dylikt otillgängligt fosfor kan leda till otillräcklig benmineralisering. Det är därför önsk- 'värt att eliminera eller minska fytathalten i sojabaserade produkter för barn.

I sin bredaste aspekt innebär föreliggande uppfinning att man bildar en vattenlösning av sojaprotein vid pH 8,0-10,0 och vid en temperatur över 65°C genom vattenextraktion av ett sojabönråmaterial, som innehåller sojaproteiner. En föredragen källa till sojaproteiner är avfettad partikel- formig sojaböna, såsom avfettat sojamjöl, sojagryn eller sojaflingor. Om det nativa sojabönmaterialet i förväg bring- as i kontakt med syra resulterar detta i bildningen av en bindning mellan fytatet och proteinet och gör isoelektriskt eller syrabehandlat sojaproteinråmaterial olämpligt för an- vändning enligt förliggande uppfinning.

Ovan angivna extraktionsbetingelser nedbringar till ett minimum extraktionen av fytater och bildningen av protein- fytatkomplex. Man uppnår även att proteinerna blir känsliga för utfällning vid ett pH som ligger något högre än deras isoelektriska punkt.

Ovan angivna sojaproteinextrakt klaras genom centrifugering, filtrering eller på annat känt sätt och därefter utfälles sojaproteinet genom surgöring vid pH 5,0-5,5 och fällningen utvinnes. Vid detta pH avlägsnas fytatet med vasslan. 465 349 Detaljerad beskrivning av uppfinningen Vid en typisk kommersiell process extraheras sojaproteiner- na vid ett ringa alkaliskt pH-värde från sojaflingor eller sojamjöl. Huvudproteinfraktionen utfälles därefter från det klarade extraktet genom inställning av pH på den iso- elektriska punkten för proteinerna (pH 4,5). Eftersom pro- teinerna är olösliga vid detta pH kan proteinet separeras från lösliga sockerarter, salter, etc. genom centrifugering.

För att fullborda reningen tvättas proteinmassan med vatten minst en gång vid detta isoelektriska pH och därefter spray- torkas proteinet antingen som sådant eller efter återupp- lösning vid neutralt pH. Under dylika betingelser kommer en huvuddel av det fytat som är närvarande i sojaflingorna ...~.-»..|-.~.--..~fl-.... 1 . ,..v att komplexbindas med proteinet och bli närvarande i soja- isolatet. Typiskt har kommersiella sojaisolat en fytathalt av 2,0-2,5 viktprocent och i vissa fall en så hög halt som 3 viktprocent.

Behandlingen av sojaproteiner vid hög alkalinitet (pH 11,6) kan ogynnsamt påverka näringsvärdet eller ofarligheten hos dylika proteiner. Vid många av de kommersiellt till- gängliga processerna för framställning av sojaproteiniso- lat utfälles proteinerna vid ett pH av cirka 4,5. Vid detta pH sker emellertid en kraftig växelverkan mellan fytat och protein och det mesta av fytatet utfälles med proteinet, vilket resulterar i ett sojaproteinisolat med mer än 2 % fytat.

Föreliggande uppfinning tillhandahåller ytterligare för- bättringar jämfört med inom tekniken kända kommersiella förfaranden genom att man ej utsätter proteinet för extrem alkalinitet och, vad som är synnerligen viktigt, tillhanda- håller för första gången ett ekonomiskt förfarande för framställning av sojaisolat i högt utbyte och med en fytat- koncentration av 0,3 viktprocent eller därunder. 465 349 Sojaproteinrâmaterialet vid förfarandet är partikelfor- mig avfettad sojaböna, företrädesvis avfettat sojamjöl eller avfettade sojaflingor. Förfarandet innebär att man bildar en vattenlösning av sojaprotein vid ett alkaliskt pH utgående från det sojaproteinhaltiga råmaterialet. Det är icke avsett att begränsa uppfinningen till någon spe- ciell typ av râmaterial och icke heller är det avsett att begränsa uppfinningen till något speciellt sätt att fram- ställa detta initiella sojaextrakt, eftersom många modi- fikationer kan göras beroende på de olika syftena med förfarandet.

Den initiella extraktionsuppslamningen bildas genom att man under omrörning sätter en viktdel sojaproteinhaltigt råmaterial till 10-20 viktdelar av ett vattenhaltigt upp- slamningsmedium vid ett pH av 8-10 och en temperatur över 65°C. Ehuru högre pH-värden kan användas har det visat sig att vid dylika högre pH-värden det föreligger en benägen- het att den icke önskvärda bildningen av lysinoalanin ökar.

Företrädesvis hålles pH vid 8,5-9,5 vid en temperatur av 70-85°C och i synnerhet vid 75-80OC. Ehuru temperaturer högre än 85°C kan vara tillfredsställande vid extraktionen har det visat sig att vid dylika högre temperaturer det finns en benägenhet att den icke önskvärda bildningen av lysinoalanin ökar. Uppslamningen hålles vid det önskade pH-värdet och vid den önskade temperaturen under cirka 1-15 och företrädesvis under 2-5 minuter.

Därefter sänkes temperaturen snabbt till 25-65°C, före- trädesvis 50-6000 och i synnerhet 55-60°C och uppslam- ningen hålles vid en dylik temperatur under ytterligare -60 minuter och företrädesvis 10-30 minuter, för att fortsätta extraktionen av sojaproteinet från råmaterialet.

Den olösliga fraktion som innehåller en väsentlig andel av fytaterna och kolhydrater separeras från den solubi- liserade proteinfraktionen medelst konventionella enhets- 465 349 processer för separation av fast material, såsom filtre- ring eller centrifugering.

U Ovan angivna temperaturintervall är de optimala värdena för dissociation av det lösliga sojaproteinet från fytin- syrakomplexet och för att hålla fytaterna och fytinsyra- C derivaten i huvudsak olösliga. Under vissa framställnings- betingelser kan emellertid andra temperaturintervall visa sig vara lämpligare, eftersom den temperatur vid vilken fytatlösligheten framkallas har en effekt pâ den fysika- liska beskaffenheten därav, vilket påverkar dess filtre- rings- och centrifugeringsegenskaper. Empiriskt val av optimal fytatsolubiliseringstemperatur för varje given framställningsprocess är naturligtvis önskvärt. pH hos den solubiliserade proteinfraktionen inställes på ,0-5,5 och företrädesvis 5,2-5,4 och i synnerhet 5,3 med en ogiftig vattenlöslig syra, såsom klorvätesyra, för ut- fällning av det solubiliserade sojaproteinet. Ehuru man kan använda högre pH-värden än 5,5 har dylika värden be- nägenhet att minska utbytet av sojaprotein. Proteinet ut- fälles ur den solubiliserade proteinfraktionen vid en tem- peretur av 25-65°c, företrädesvis so-eo°c.

Det utfällda proteinet separeras från sockerarter, lösligt fytat, etc., genom centrifugering eller på annat konven- tionellt sätt. Det valda pH-värdet utfäller de värmekäns- liga proteinerna men medger att det lösliga fytatet bort- tvättas i vasslan. Protein-fytat-komplex bildas ej, efter- m .we-__ v... .r som vid detta pH både proteiner och fytater är negativt laddade. Ett dylikt komplex skulle bildas vid eller under pH 4,5.

Kf» f, Det utfällda och separerade proteinet kan tvättas med vat- ten och därefter kan det âtersuspenderas i vatten och sus- pensionen våtmalas och därefter spraytorkas eller lyofili- seras. Alternativt kan proteinmassan återupplösas i en ut- 465 349 spädd vattenlösning vid ett pH överstigande den iso- elektriska punkten och den erhållna lösningen spraytor- kas, såsom är känt inom tekniken för framställning av s.k. sojaproteinater.

Slutligen kan, i stället för spraytorkning, det utfällda och separerade proteinet återupplösas vid ett pH översti- gande det isoelektriska intervallet och den erhållna soja- proteinatlösningen kan därefter beredas utan torkning till dietiska produkter genom kombination med de önskade kolhyd- rat- och fettbeståndsdelarna och, om så önskas, vitaminer, mineralämnen, smakämnen, etc. Detta är icke endast ett be- kvämt sätt när det gäller att kombinera de olika bestånds- delarna utan sättet medger även framställning av en flytan- de dietisk produkt med förbättrade funktionella egenskaper såsom löslighet, suspenderbarhet, viskositet, känsla i mun- nen och emulsionsstabilitet.

Vid utförande av förfarandet enligt föreliggande uppfin- ning har det visat sig att extraktionstemperaturen, pH- värdet vid extraktionen, pH-värdet vid utfällningen, ut- fällningstemperäturen och graden av tvättning är väsent- liga för erhållande av de önskade resultaten. Utbytet på- verkas även av extraktionens längd och antalet gånger soja- mjölet återextraheras.

Uppfinningen åskådliggöres närmare medelst följande ut- föringsexempel.

EXEMPEL T Ett kilo avfettat sojamjöl uppslammas med 16 kilo varmt vatten vid pH 9 och hålles vid 75°C under 2 minuter. Upp- slamningen kyles därefter snabbt till 50-60°C och extra- heras ytterligare 10-30 minuter. Den olösliga delen sepa- reras genom centrifugering. pH-värdet hos den överliggande vätskan inställes på 5,3 med klorvätesyra och den olöslig- gjorda proteinmassa som utfaller separeras genom centrifu- 465 349 gering. Proteinmassan tvättas därefter en gång genom återsuspendering därav i 10-16 kg vatten vid pH 5,3-5,4 och vid en temperatur av 50-60°C och centrifugeras där- efter åter. Den tvättade proteinmassan tillvaratas och kan spraytorkas som sådan eller först neutraliseras med ett lämpligt alkali och därefter spraytorkas.

EXEMPEL 2 Förfarandet enligt exempel 1 upprepades sex gånger med följande resultat: Fytathalt hos och utbyte av sojaisolat framställt i enlig- het med uppfinningen fytata Utbyte i 5 (g sojaisolat/100 g sojamjöl) 0,02 31,3 0,03 28,9 0,05 30,5 0,05 30,9 0,11 29,9 0,07 ¿ 30,4 a Kommersiella sojaisolat har en fytathalt av 2-2,5 % och dessa värden åskådliggör att sojaisolatet enligt före- liggande uppfinning har endast cirka 1-5 % av den fytat- halt som finns i kommersiella sojaisolat.

Jämförelse av aluminiumhalten hos sojaisolat framställt enligt föreliggande uppfinning och kommersiellt sojaiso- lat (EdiPro A) Prov 1 Prov 2 EdiPro A Aluminium (P9/9) 7,5 6,2 24-40 1 Fytat % 0,11 0,13 > 2 1 Data ovan visar klart förmågan hos föreliggande förfarande att producera sojaisolat med i huvudsak inga fytater och i relativt goda utbyten med en väsentlig minskning av alumi- niumhalten. 11 465 349 EXEMPEL 3 Sojaisolatprov framställdes i enlighet med förfarandet enligt exempel 1, varvid extraktionstemperaturen och pH- värdet vid extraktionen samt pH-värdet vid utfällningen varierades, såsom framgår av tabellen nedan. Den procen- tuella halten fytat i sojaisolatslutprodukten och utbytet anges även.“ Prov nr Teâ:?öâktiégg Utfäààning % fytat % utbyte 1 75 9,0 5,3 0,02 31,3 2 65 9,0 5,3 0,46 32,7 3 88 9,0 5,3 0,04 29,9 4 75 8,0 5,3 0,20 28,6 75 10,0 5,3 0,08 32,5 6 75 9,0 5,2 0,06 31,4 7 75 9,0 5,5 0,02 29,4 8 40 8,0 5,3 0,41 28,0 9 75 9,0 4,5 0,54 31,3 40 8,0 4,5 1,96 32,9 Såsom framgår ovan kan mycket låga fytathalter uppnås när sojaisolatet framställes vid de försöksbetingelser som an- ges i denna beskrivning. En måttlig fytathalt kan uppnås om en viss del av kunskapen i denna beskrivning utnyttjas, såsom exempelvis när kommersiella extraktionsbetingelser kombineras med syrautfällningsbetingelserna enligt före- liggande uppfinning (prov 8) eller när proteinextraktions- betingelserna enligt föreliggande uppfinning kombineras med det typiska pH-värdet vid utfällning (prov 9). Prov 10 visar typiska betingelser för framställning av kommersiellt sojaisolat med dess höga fytathalt.

Claims (14)

465 349 12 P A T E N T K R A V

1. Förfarande för framställning av ett sojaproteinisolat med väsentligt minskad aluminiumhalt och som är i huvudsak fritt från fytat, k ä n n e t e c k n a t därav, att man behandlar ett avfettat sojabön- råmaterial, som innehåller sojaprotein, genom att man bildar en upp- slamning därav i vatten vid ett pH-värde inom intervallet 8-10 och vid en temperatur över 70°C under 1-15 minuter, varefter man snabbt sänker temperaturen 1-.111 zs-svc och naiier uppsiamningen vid denna temperatur i 10-60 minuter för att fortsätta extraktionen av sojaproteinet från rámaterialet; separerar nämnda uppslamning i en olöslig fraktion, som innehåller en väsentlig del av polysackariderna och olösliga fytater, och en löslig fraktion, som innefattar det solubiliserade sojaproteinet: inställer pH-värdet hos nämnda lösliga fraktion på 5,0-5,5 för utfällning av sojaproteinet och därvid erhåller en vasslefraktion, som innehåller lösligt fytat, och en fraktion av fast sojaprotein med en fytatkoncentra- tion under 0,32, varefter sojaproteinet separeras från vasslefraktionen; varvid nämnda fasta sojaproteinfraktion kan tvättas i ett vattenhaltigt medium; och separerar den suspenderade fasta sojaproteinfraktionen från nämnda tvättmedium.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att soja- proteinfraktionen torkas.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e C k n a t därav, att det vattenhaltiga mediumet är vatten och att det sojaproteinhaltiga råma- terialet uppslammas därmed 1 ett förhållande av 1 del råmaterial per 10-20 viktdelar vatten.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att 1 viktdel av det sojaproteinhaltiga ràmaterialet uppslammas med 16 viktdelar vatten. _ \l, 465 349 13

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att sojaproteinràmaterialet hálles i nämnda uppslamning vid 70-B5°C under 1-15 minuter och under ytterligare 10-60 minuter efter det att uppslam- ningens temperatur har inställts pà 50-60°C.

6. Förfarande enligt krav 5. k ä n n e t e c k n a t därav, att pH- värdet hos den lösliga fraktionen inställes pä 5,2-5,4 efter separation från det förbrukade fasta materialet vid en temperatur av cirka 50-60°C.

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att pH- värdet hos den lösliga fraktionen inställes pà 5,3.

8. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det avfettade sojabönramaterialet är avfettade sojabönflingor.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t därav, att man uppslammar 1 viktdel av rámaterialet med 16 viktdelar vatten, som har inställts pà pH 9 och har en temperatur av 75°O, under 2 minuter, därefter kyler uppslamningen till 60°O och omrör den under ytterligare 10 minuter, separerar uppslamningen i en olöslig fraktion och en löslig fraktion, kasserar den olösliga fraktionen och inställer pH-Värdet hos den lösliga fraktionen pä 5,3 och därvid utfäller en proteinmassa ur uppslamningen, separerar proteinmassan, tvättar proteinmassan med 10 viktdelar vatten vid pH 5,3 och separerar den tvättade proteinmassan fràn tvättvattnet.

10. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t därav, att den tvättade proteinmassan torkas.

11. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t därav, att den tvättade proteinmassan áterupplöses i en vattenlösning vid ett pH överstigande det isoelektriska intervallet hos sojaproteinet. 465 349 14

12. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att man i tur och ordning of' ' a) bildar en uppslamning i vatten av ett avfettat sojabönrâmaterial vid ett pH inom intervallet B-10 vid en temperatur över 70'C under en tidsrymd av 1-15 minuter i och för solubilisering av sojaproteinet; b) sänker temperaturen till 25-65°C under en tidsrymd av 10-60 minuter; c) separerar uppslamningen i en olöslig fraktion och en löslig fraktion, som innefattar det solubiliserade sojaproteinet; d) inställer pH hos den lösliga fraktionen pá 5,0-5,5 med en ogiftig vattenlöslig syra vid en temperatur av 25-65'C och därvid utfäller och separerar sojaproteinisolatet, som är i huvudsak fritt fràn fytat och har väsentligt minskad aluminiumhalt.

13. Förfarande enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a t därav, att man utför steg (a) vid pH 8,5-9,5 vid 70-88'C under 1-15 minuter; att man utför steg (D) vid 50-60'C under 10-60 minuter; och att man utför steg (d) vid pH 5,2-5,4 vid 50-60'C.

14. Förfarande enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a t därav, att man utför steg (a) vid pH 8,5-9,5 vid 75-80°O under 2-5 minuter; att man utför steg (b) vid 55-60'G under 10-30 minuter; och att man utför steg (d) vid pH 5,3 vid 50-60°C.