Модифицированный материал из семян масличных культур (варианты) и способ его получения (варианты)

Модифицированный материал из семян масличных культур (варианты) и способ его получения (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к пищевой промышленности и, в частности, касается модифицированного материала из масличных культур, технологии его получения и содержащих его пищевых продуктов.

Уровень техники

Модифицированные материалы из масличных культур используют в качестве пищевых добавок для улучшения консистенции и прочих функциональных характеристик различных пищевых продуктов, а также в качестве источника белка. Однако в некоторых случаях использование модифицированных материалов из масличных культур может быть ограниченным, прежде всего, в случае модифицированных материалов из бобов сои из-за их бобового привкуса и желтовато-коричневого цвета. До настоящего времени точно не известно, какие компоненты определяют вкусовые и цветовые характеристики семян масличных культур, хотя предполагают, что ряд соединений связан с этими характеристиками. К таким соединениям относятся алифатические карбонилсодержащие соединения, фенольные смолы, летучие жирные кислоты и амины, сложные эфиры и спирты.

Известны многочисленные публикации о способах, которые используют для выделения, очистки и улучшения питательного качества и вкуса материалов из семян масличных культур. Белок из соевых бобов в нативном виде характеризуется неприятным вкусом и ухудшенным питательным качеством из-за присутствия комплексов фитиновой кислоты, которые препятствуют всасыванию минеральных веществ у млекопитающих, и из-за присутствия антипитательных факторов, которые препятствуют перевариванию белков у млекопитающих. Известные способы включают в себя разрушение ингибиторов трипсина нагреванием, а также методы удаления фитиновой кислоты. Описаны также многочисленные попытки увеличения выхода белков в очищенных препаратах в расчете на содержание белков, содержащихся в неочищенном материале из бобов сои.

Многочисленные способы улучшения вкуса соевых белков включают использование нагревания, поджаривания, экстракции спиртом и/или модификации ферментов. В большинстве случаев способы такого типа приводят к значительной денатурации и модификации белков, при этом наблюдается значительное изменение функциональности продукта. Кроме того, такие способы могут ускорять взаимодействия белков с липидными и углеводными компонентами, а также с продуктами их распада. Такие типы реакций могут снижать возможность использования соевых белков при получении продуктов питания, прежде всего, таких продуктов, для которых необходимо содержание высокорастворимых и функциональных белков, прежде всего, для получения молочных продуктов и напитков.

Коммерческие белковые концентраты из бобов сои, которыми называют белковые продукты из сои, содержащие, по меньшей мере, 70 мас.% белка (в расчете на содержание сухих твердых веществ или "ств"), в основном получают удалением растворимых сахаров, золы и некоторых минорных компонентов. Обычно сахара удаляют экстракцией: (1) водным спиртом, (2) разбавленной водной кислотой или (3) водой после первого снижения растворимости белков с помощью нагревания во влажных условиях. В основном, такие способы позволяют получить белковые соевые продукты характерного цвета с особым вкусом.

Белковыми препаратами из бобов сои называют продукты, содержащие по меньшей мере 90 мас.% белка (ств). Промышленные способы получения белковых препаратов из бобов сои в основном основаны на кислотном осаждении белка. Обычно такие способы получения включают в себя: (1) экстракцию белка из соевых хлопьев водой при щелочной величине рН и удаление твердых веществ из жидкого экстракта, (2) изоэлектрическое осаждение жидкого экстракта при доведении рН жидкого экстракта до величины, при которой наблюдается минимальная растворимость белка, с целью образования максимального количества белкового осадка и (3) отделение творожистого белкового осадка от побочных продуктов в виде жидкой сыворотки. Однако данный способ все еще позволяет получить белковый продукт характерного цвета с особым вкусом.

Опубликован ряд примеров способов для получения концентрированных белковых продуктов из соевых бобов с использованием технологии мембранной фильтрации. Однако из-за ряда факторов, включающих себестоимость, производительность и/или характеристики продукта, способы очистки на основе мембранной фильтрации еще ни разу не получили широкого распространения в промышленности. Такие процессы характеризуются одним или более недостатками, такими как низкие функциональные характеристики полученного белкового продукта и/или получение продукта неприятного вкуса и/или неподходящего цвета, например, от темно-кремового до светло-коричневого цвета. Способы на основе мембранной фильтрации характеризуются также трудностями при внедрении в промышленных условиях из-за проблем в связи с бактериальным загрязнением и засорением мембран. Бактериальное загрязнение приводит к нежелательному изменению вкуса продукта.

Сущность изобретения

Объектом настоящего изобретения является модифицированный материал из семян масличных культур с требуемыми вкусом и/или цветовыми характеристиками, полученный из материала из семян масличных культур, такого как обезжиренные соевые хлопья белого цвета или соевая мука. Модифицированный материал из семян масличных культур, прежде всего, используют в качестве источника белка для его включения в пищевые продукты для человека и/или в корм для скота (например, для получения пищевых продуктов с белковыми добавками).

Другим объектом изобретения является пищевая композиция, содержащая модифицированный материал из семян масличных культур, соответствующий изобретению.

Следующим объектом изобретения является способ получения модифицированного материала из семян масличных культур, включающий экстракцию материала из семян масличных культур водным раствором с образованием суспензии твердых частиц в экстракте из семян масличных культур; пропускание экстракта через систему фильтрации, включающую микропористую мембрану, с образованием первого пермеата и обогащенного белком ретентата, причем микропористая мембрана характеризуется величиной отсечения молекулярной массы (ОММ) по меньшей мере 25000 и фильтрующей поверхностью с краевым углом смачивания не более 30 градусов.

Еще одним объектом изобретения является способ получения модифицированного материала из семян масличных культур, включающий экстракцию материала из семян масличных культур водным раствором при температуре от 20°С до 60°С с образованием смеси твердых частиц в экстракционном растворе, удаление по крайней мере части твердых частиц из смеси с получением осветленного экстракта с содержанием растворенных твердых веществ по меньшей мере 5 мас.%, и пропускание осветленного экстракта при температуре от 55°С до 60°С через систему фильтрации, включающую микропористую мембрану, с образованием первого пермеата и обогащенного белком ретентата, причем микропористая мембрана характеризуется величиной отсечения молекулярной массы (ОММ) от 25000 до 500000 и фильтрующей поверхностью с краевым углом смачивания не более 30 градусов.

Модифицированный материал из семян масличных культур по настоящему изобретению может быть получен с использованием способа очистки на основе мембранной фильтрации, который обычно включает стадию экстракции для солюбилизации белковоподобного материала, содержащегося в материале из семян масличных культур. Стадия экстракции может включать в себя быструю экстракцию, в процессе которой в течение не более чем приблизительно 3 мин можно растворить от 40 до 60% белковоподобного материала. Необходимым условием может быть проведение экстракции в виде непрерывного многостадийного процесса (например, многостадийная противоточная экстракция). Подходящий процесс многостадийной экстракции может включать в себя проведение исходной стадии в водном растворе с величиной рН, отличающейся от рН водного раствора, который используют для второй экстракции частично экстрагированных твердых веществ. Подходящее различие в величинах рН составляет не более 1,5.

Модифицированный материал из семян масличных культур обычно можно получить с использованием способа, который включает в себя стадию экстракции для солюбилизации белковоподобного материала, содержащегося в материале из семян масличных культур. Способ включает в себя использование одной или более микропористых мембран для отделения и концентрирования белка из экстракта. В основном целесообразно использовать микропористую мембрану с относительно малым краевым углом смачивания фильтрующей поверхности, например, не более чем приблизительно 40°. В способе обычно используют либо мембраны для ультрафильтрации с относительно большим размером пор (например, мембраны с отсечением молекулярной массы (ОММ) от приблизительно 25000 до 500000), либо мембраны для микрофильтрации с размером пор приблизительно 1,5 мкм. Если используют мембраны для микрофильтрации, то требуется использовать мембраны с размером пор не более приблизительно 1,0 мкм и, прежде всего, предпочтительными являются мембраны с размером пор не более чем приблизительно 0,5 мкм. В данном контексте термин "микропористая мембрана" включает оба термина "мембраны для ультрафильтрации" и "мембраны для микрофильтрации". При использовании таких мембран с относительно большим размером пор процесс мембранной фильтрации по настоящему способу можно проводить при рабочем давлении не более чем приблизительно 689,5 кПа, предпочтительно не более чем приблизительно 344,7 кПа и обычно в диапазоне от 68,95 до 137,9 кПа.

Модифицированный материал из семян масличных культур может обладать рядом характеристик, которые являются наиболее подходящими для его использования в качестве источника белка для добавки в пищевые продукты. Подходящий модифицированный материал из масличных культур может включать в себя по меньшей мере приблизительно 85 мас.% белка (ств), предпочтительно по меньшей мере 90 мас.% белка (ств) и обладать одной или более следующих характеристик: MM₅₀ (среднемассовая молекулярная масса) составляет по меньшей мере приблизительно 200 кДа; по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в составе материала характеризуется очевидной молекулярной массой более 300 кДа; по меньшей мере приблизительно 40 мас.% белка в 50 мг образца может быть растворено в 1,0 мл воды при 25°С; фактор помутнения составляет не более приблизительно 0,95; 13,5%-ный водный раствор образует гель с прочностью на разрыв не более приблизительно 25 г; величина КРА (коэффициент растворимости азотсодержащих соединений) составляет по меньшей мере приблизительно 80; содержание цистеина составляет по меньшей мере приблизительно 1,4% от общего содержания белка; величина L по Гарднеру составляет по меньшей мере приблизительно 85; чрезвычайно мягкий вкус; изменение вязкости (далее, наклон вязкости) составляет по меньшей мере приблизительно 0,01 Па·сек/мин; значение ВМЭ (выделение масла из эмульсии) составляет не более приблизительно 0,75 мл; температура плавления составляет по меньшей мере приблизительно 87°С; скрытая теплота по меньшей мере приблизительно 5 Дж/г, отношение ионов натрия к общему содержанию ионов натрия, кальция и калия не более 0,5; содержание ионов натрия не более приблизительно 7000 мг/кг (ств) и содержание бактерий не более приблизительно 50000 КОЕ/г. Настоящие способы могут быть использованы также для получения модифицированного материала из семян масличных культур, характеризующегося следующим составом вкусовых компонентов: не более 2500 частей на млрд. (ч./млрд) 2-пентилфурана, 600 ч./млрд 2-гептанона, 250 ч./млрд Е,Е-2,4-декадиеналя и/или 500 ч./млрд бензальдегида.

Наиболее подходящий модифицированный материал из семян масличных культур, полученный по настоящему способу и который может быть использован для получения пищевых продуктов с белковой добавкой, может обладать одной или более следующих характеристик: MM₅₀ по меньшей мере составляет приблизительно 400 кДа; по меньшей мере приблизительно 60 мас.% белка в составе материала характеризуется очевидной молекулярной массой более 300 кДа; по меньшей мере приблизительно 50 мас.% белка в 50 мг образца может быть растворено в 1,0 мл воды при 25°С; величина КРА составляет по меньшей мере приблизительно 80°С; отношение ионов натрия к общему содержанию ионов натрия, кальция и калия не более 0,5; содержание ионов натрия не более чем приблизительно 7000 мг/кг (ств) и содержание бактерий не более, чем приблизительно 50000 КОЕ/г. Некоторые варианты воплощения настоящего изобретения включают модифицированный материал из семян масличных культур, который может характеризоваться следующим составом вкусовых компонентов: не более 2500 ч./млрд 2-пентилфурана, 450 ч./млрд 2-гептанона, 150 ч./млрд Е,Е-2,4-декадиеналя, 350 ч./млрд бензальдегида и/или 50 ч./млрд Е,Е-2,4-нонадиеналя.

Перечень фигур чертежей и иных материалов

На фигуре 1 представлен пример схемы системы, которую можно использовать для получения модифицированного материала из масличных культур по настоящему способу.

На фигуре 2 показан график результатов испытаний прочности на разрыв четырех образцов модифицированного материала из семян масличных культур, полученных по настоящему способу: образцы LH (Пример 1), LL (Пример 2), НН (Пример 3) и HL (Пример 4).

На фигуре 3 представлена фотография пробирок, содержащих суспензии 5%-ных растворов (мас./мас.) препаратов соевого белка в 5%-ном растворе (мас./мас.) сахарозы непосредственно после осаждения в течение 16 ч. На пробирках нанесены следующие обозначения: LH (Пример 1), LL (Пример 2), НН (Пример 3), HL (Пример 4), PTI760 (Supro 760) и PTI70 (Supro 670).

На фигуре 4 представлена фотография пробирок, содержащих суспензии 5%-ных растворов (мас./мас.) препаратов соевого белка в 5%-ном растворе (мас./мас.) сахарозы непосредственно после повторного смешивания растворов, представленных на Фиг.3. На пробирках нанесены следующие обозначения: LH (Пример 1), LL (Пример 2), НН (Пример 3), HL (Пример 4), PTI760 (Supro 760) и PTI70 (Supro 670).

На фигуре 5 представлен анализ методом ВЭЖХ для определения молекулярных масс растворимого при рН 6,8 материала в неочищенном экстракте, полученном из непрожаренных, обезжиренных соевых хлопьев (полученном методом экстракции соевых хлопьев по способу, описанному в Примере 1).

На фигуре 6 представлен анализ методом ВЭЖХ для определения молекулярных масс в модифицированном материале из семян масличных культур, полученном по способу, описанному в Примере 1.

На Фиг.7 показаны результаты анализа методом дифференциально-сканирующей калориметрии модифицированного материала из семян масличных культур, полученного по способу, описанному в Примере 1.

На фигуре 8 показаны результаты анализа методом дифференциально-сканирующей калориметрии модифицированного материала из семян масличных культур, полученного по способу, описанному в Примере 2.

На фигуре 9 показан график распределения молекулярных масс модифицированного материала из семян масличных культур, полученного по способу, описанному в Примере 6, и молекулярных масс в препарате Supro 425.

На фигуре 10 показана зависимость вязкости от температуры для модифицированного материала из семян масличных культур, полученного по способу, описанному в Примере 2.

На фигуре 11 показана зависимость вязкости от температуры для препарата Supro 515.

На фигуре 12 показана зависимость процентного содержания растворенного белка от времени экстракции обезжиренных соевых хлопьев различными щелочными растворами.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Модифицированный материал из семян масличных культур, разработанный в настоящем изобретении, в основном характеризуется высоким содержанием белка, светлым цветом и требуемыми вкусовыми характеристиками. Модифицированный материал из семян масличных культур может обладать рядом других характеристик, которые позволяют использовать его в качестве источника белка для включения в пищевые продукты для человека и/или в корм для скота.

Модифицированный материал из семян масличных культур обычно может быть получен по способу, который включает в себя стадию экстракции для солюбилизации белковоподобного материала, содержащегося в материале из семян масличных культур, и последующую очистку экстракта с использованием одной или более микропористых мембран для удаления значительных количеств углеводов, солей и других небелковых компонентов. В большинстве случае перед мембранной очисткой экстракт осветляют с помощью удаления по меньшей мере основного количества твердых частиц, присутствующих в суспензии, полученной в результате процесса экстракции.

Способ, описанный в данном контексте, включает одну или более микропористых мембран для отделения и концентрирования белка из экстракта семян масличных культур. В основном целесообразно использовать микропористые мембраны, обладающие фильтрующей поверхностью с относительно низким краевым углом смачивания, например, не более чем приблизительно 40°. Наиболее подходящими для использования в способе по настоящему изобретению являются микропористые мембраны даже с еще более низким краевым углом, например, обладающие фильтрующей поверхностью с краевым углом не более чем приблизительно 30° и в некоторых случаях не более чем приблизительно 15°. В способе обычно используют либо мембраны для ультрафильтрации с относительно большим размером пор (например, мембраны с ОММ по меньшей мере приблизительно 30000), либо мембраны для микрофильтрации с размером пор до приблизительно 2 мкм.

Источник материала из семян масличных культур

Исходный материал, использованный в настоящем способе, в основном включает материал из обезжиренных семян масличных культур, хотя могут быть использованы другие формы материала на основе семян масличных культур. Жир из очищенных шелушением семян масличных культур в значительной степени может быть удален с использованием ряда различных способов, например, простым отжимом (прессованием) отшелушенных семян или экстракцией отшелушенных семян органическим растворителем, таким как гексан. Материал из обезжиренных семян масличных культур, использованный в предпочтительных вариантах воплощения настоящего изобретения, обычно содержит не более чем приблизительно 3 мас.% и предпочтительно не более чем приблизительно 1 мас.% жира. Процесс экстракции растворителем обычно проводят с использованием отшелушенных семян масличных культур, полученных в виде хлопьев. Продукт, полученный в результате такой экстракции, называют "хлопья белого цвета из семян масличных культур". Например, хлопья белого цвета из семян масличных культур обычно получают отжимом отшелушенных бобов сои с формированием плоских хлопьев и удалением из хлопьев значительной части остаточного масла с помощью экстракции гексаном. Остаточный растворитель может быть удален из полученных хлопьев белого цвета с использованием ряда способов. По одному из способов растворитель экстрагируют пропусканием хлопьев из масличных культур белого цвета через камеру, содержащую горячие пары растворителя. Затем остаточный гексан из соевых хлопьев белого цвета удаляют пропусканием через камеру, содержащую пары гексана при температуре по меньшей мере приблизительно 75°С. В таких условиях основное количество остаточного гексана испаряется из хлопьев и затем может быть удалено, например, с помощью вакуума. Полученный таким способом материал называется "хлопья белого цвета из семян масличных культур после быстрого удаления растворителя". Затем хлопья белого цвета из семян масличных культур после быстрого удаления растворителя обычно измельчают для получения гранулированного материала (муки). Однако при необходимости согласно настоящему способу хлопья белого цвета из семян масличных культур после быстрого удаления растворителя могут быть использованы напрямую.

Другой материал из обезжиренных семян масличных культур, подходящий для использования по настоящему способу, получают из материала, который получают удалением гексана из хлопьев белого цвета из семян масличных культур с использованием способа, названного "прожаривание". Согласно этому способу экстрагированные гексаном белые хлопья из семян масличных культур пропускают через камеру, содержащую водяной пар при температуре по меньшей мере приблизительно 105°С. При этом растворитель из хлопьев испаряется и выводится с паром. Полученный продукт называется "прожаренные хлопья из семян масличных культур". Как и в случае хлопьев белого цвета из семян масличных культур после быстрого удаления растворителя, прожаренные хлопья согласно настоящему способу могут быть использованы напрямую или перед стадией экстракции могут быть измельчены с образованием гранулированного материала.

Несмотря на то, что хлопья белого цвета из семян масличных культур после удаления растворителя могут быть использованы на стадии экстракции напрямую, обычно хлопья после удаления растворителя перед их использованием в качестве исходного материала для экстракции измельчают с образованием муки. Муку из семян масличных культур такого типа, такую как соевая мука, используют в ряде других областей техники и эту муку можно легко получить из коммерческих источников. Другие примеры материалов из семян масличных культур, которые могут быть использованы для получения культуральных сред, включают муку из канолы, муку из жмыха семян подсолнечника, муку из жмыха семян хлопчатника, арахисовую муку, муку из люпина и их смеси. Прежде всего, пригодны для использования материалы из семян масличных культур, полученные из обезжиренных бобов сои и/или обезжиренных семян хлопчатника, так как такие материалы характеризуются относительно высоким содержанием белка. Важно отметить, что несмотря на то, что многие примеры, описанные в настоящем контексте, относятся к модифицированному материалу из бобов сои, способ и материал по настоящему изобретению не ограничиваются перечисленным и могут быть использованы для других семян зерновых и масличных культур.

Экстракция материала из семян масличных культур

Экстракцию белковой фракции из материала из семян масличных культур можно проводить в различных условиях с использованием стандартного оборудования. К факторам, влияющим на выбор параметров процесса и оборудования, относятся эффективность экстракции, влияние на качество белка в составе экстракта и ограничения параметров процесса в соответствии с требованиями охраны окружающей среды. В связи с себестоимостью и охраной окружающей среды в большинстве случае следует снизить объем воды, используемой в процессе. Параметры процесса в основном выбирают таким образом, чтобы свести к минимуму деградацию белка, например, в связи с присутствием природных ферментов и/или с химическими реакциями, а также чтобы исключить значительное загрязнение экстракта бактериями.

На стадии экстракции могут быть использованы многочисленные конструкции реакторов, включающие реакторы с мешалкой, реакторы с перемешанным псевдоожиженным слоем, реакторы с насадкой. Например, экстракцию можно проводить в одну стадию в едином реакторе, снабженном соответствующим оборудованием для контроля температуры и перемешивания среды. В другом варианте экстракцию можно проводить с использованием многостадийного процесса, который осуществляют в отдельных реакторах (см. например, систему процесса, представленного на Фиг.1). Например, экстракцию можно также проводить с использованием непрерывного многостадийного процесса (например, противоточная экстракция, включающая две или более стадии). В другом варианте воплощения настоящего изобретения по меньшей мере одну стадию экстракции можно проводить в условиях, которые позволяют свести к минимуму время контактирования между твердыми семенами из масличных культур и растворителем для экстракции. В другом варианте воплощения настоящего изобретения, в котором используют относительно короткие времена экстракции, материал из семян масличных культур может быть распылен в теплом (например, от 55°С до 75°С) водном растворе по мере его поступления в разделительное устройство для твердых/жидких материалов. Время экстракции в таких системах составляет от 5 до 30 сек. Например, водные растворы и материал из семян масличных культур можно одновременно впрыскивать в червячный экструдер и немедленно направлять в разделительное устройство для твердых/жидких материалов (например, декантатор, центрифуга и т.п.). В таких системах твердая и жидкая фаза могут контактировать в течение только одной или менее минуты в зависимости от конструкции системы.

Обычно при разработке многих процессов для оптимизации различных характеристик требуется согласование при выборе параметров процесса. Например, чтобы исключить значительную химическую деградацию белка, экстракцию следует проводить при относительно низкой температуре, например, приблизительно от 15°С до 40°С и предпочтительно приблизительно от 20°С до 35°С. Однако такие температуры могут способствовать росту бактерий и в этом случае целесообразно свести к минимуму время экстракции и/или проводить последующие операции процесса при более высокой температуре для снижения роста бактерий.

В другом варианте, чтобы снизить риск загрязнения бактериями, экстракцию можно проводить при повышенной температуре, например, от 50°С до 60°С. Однако, несмотря на снижение роста бактерий, при повышенной температуре могут возникнуть проблемы из-за химической деградации белковоподобного материала. Таким образом, с учетом ограничения температуры экстракции до величин, близких к комнатной температуре, если экстракцию проводят при температуре от 50°С до 60°С, то для сведения к минимуму деградации белка в основном требуется завершить экстракцию как можно быстрее. В основном показано, что если проводить экстракцию при температуре приблизительно от 20°С до 60°С, то время экстракции в течение от 1 до 2 ч является достаточным для достижения высокого выхода белка и при этом можно исключить значительную деградацию белка и/или бактериальное загрязнение. Показано также, что если используют более высокие температуры, например от 50°С до 60°С, то в основном время экстракции в течение не более чем приблизительно 30 мин является достаточным для обеспечения высокого выхода белка и при этом можно исключить значительную деградацию белка и/или бактериальное загрязнение. В основном следует исключить использование более высоких температур, так как продолжительное выдерживание при 60°С или более может привести к образованию растворов белка с тенденцией к желированию в процессе обработки.

В основном показано, что экстракция при температуре выше 60°С в течение ограниченного периода позволяет свести к минимуму химическую деградацию белковоподобного материала. Например, если проводить экстракцию при температуре приблизительно от 60°С до 70°, то подходящим является время экстракции приблизительно не более 15 мин. Если проводить экстракцию при температуре приблизительно от 70°С до 80°, то подходящим является время экстракции приблизительно не более 5 мин. Если проводить экстракцию при температуре приблизительно от 80°С до 90°, то подходящим является время экстракции приблизительно не более 3 мин.

Для получения белковоподобного материала экстракцию материалов из семян масличных культур можно проводить как в кислотных, так и в щелочных условиях. Обычно способ по настоящему изобретению включает в себя экстракцию с использованием раствора с рН от приблизительно 6,5 до приблизительно 10. Более предпочтительно способ включает в себя экстракцию при величине рН от нейтральной до щелочной, например, с использованием щелочного раствора с рН от приблизительно 7 до приблизительно 9. Экстракцию можно проводить контактированием материала из семян масличных культур с водным раствором, содержащим определенное количество основания, такого как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид аммония и/или гидроксид кальция, и при этом величина рН медленно падает в ходе нейтрализации основания веществами, экстрагируемыми из твердого материала из семян масличных культур. Обычно исходное количество основания выбирают таким образом, чтобы при завершении экстракции величина рН экстракта составляла требуемое значение, например, рН в диапазоне от 7,0 до 8,5. В другом варианте в процессе экстракции рН водной фазы можно регистрировать (непрерывно или периодически) и при необходимости добавлять основание для обеспечения требуемой величины рН или в требуемом диапазоне рН.

Если экстракцию проводят в одну стадию, то отработанный материал из семян масличных культур в основном промывают по меньшей мере один раз водой или щелочным раствором для извлечения белковоподобного материала, который может остаться в твердой фракции. Промывные воды могут быть объединены с основным экстрактом для их дальнейшей обработки или могут быть использованы при экстракции следующей порции материала из семян масличных культур.

Если экстракцию проводят с использованием многостадийного процесса, то параметры экстракции могут быть оптимизированы на каждой стадии. Например, при многостадийной экстракции величина рН на одной стадии может быть выше или ниже, чем рН на предшествующей или следующей стадии. Подходящим является изменение рН на величину не более 1,5 единиц. Согласно одному варианту воплощения изобретения на исходной стадии материал из семян масличных культур экстрагируют водным раствором с рН от 7,0 до 7,5 и частично экстрагированные твердые вещества экстрагируют второй раз водным раствором с рН от 8,0 до 8,5.

В процессе экстракции обычно получают смесь нерастворимого материала в водной фазе, которая включает растворимый белковоподобный материал. Экстракт может быть напрямую подвергнут разделению методом мембранной фильтрации. Однако в большинстве случаев сначала экстракт осветляют удалением по крайней мере части твердых частиц из смеси и получают осветленный экстракт. Процесс осветления обычно позволяет удалить значительную часть твердых частиц и предпочтительно практически весь твердый материал. Осветление экстракта может повысить эффективность процесса последующей мембранной фильтрации и исключить проблемы засорения мембран, используемых в процессе фильтрации.

Осветление можно проводить с использованием фильтрования и/или подобного процесса (например, центрифугирования), который обычно используют для удаления твердых частиц из водных суспензий. Для отделения жидкой фазы от водной взвеси материала из семян масличных культур обычно используют декантатор-центрифугу. Перед осуществлением мембранной фильтрации экстракта может оказаться целесообразным дополнительное осветление экстракта, например, на центрифуге для удаления осадка. Однако такие процессы в основном не обеспечивают полного удаления растворимых материалов и таким образом солюбилизированный белок остается в водной фазе, предназначенной для дальнейшей очистки мембранной фильтрацией. В учетом требований высокого выхода общего белка на стадии осветления обычно не используют ускорителей фильтрования, таких как флокулянты, которые могут адсорбировать растворимый белковоподобный материал.

Как показано на Фиг.1, один из подходящих способов экстракции и осветления включает серию экстракторов и центрифуг-декантаторов для проведения многостадийной противоточной экстракции. Система такого типа позволяет осуществлять высокоэффективную экстракцию, характеризующуюся относительно низким отношением количества воды к количеству хлопьев. Например, система такого типа позволяет эффективно осуществлять стадии экстракции, причем массовое отношение водного раствора для экстракции к материалу из семян масличных культур в каждой фазе находится в диапазоне от 6:1 до 10:1. При использовании низких отношений количеств воды и хлопьев можно получить экстракт из семян масличных культур, содержащий относительно высокую концентрацию растворенных твердых веществ, например, концентрация растворенных твердых веществ составляет 5 мас.% или более, а также можно получить экстракт с концентрацией твердых веществ по меньшей мере приблизительно 7 мас.%. Использование низких отношений количеств воды и хлопьев и более концентрированных экстрактов позволяет использовать для проведения процесса систему с низкими требованиями к емкости, что снижает капитальные затраты, связанные с системой.

Если в конкретном случае требования к системе не включают значительных ограничений к общему объему, то процесс экстракции можно провести с использованием более высоких отношений количеств воды и хлопьев. Если в процессе экстракции используют относительно высокие отношения воды и хлопьев, например, от 20:1 до 40:1, то целесообразно проводить экстракцию в одну стадию. В то время, как такие отношения воды и хлопьев требуют использования систем для обработки больших объемов жидкости (на килограмм исходного материала из семян масличных культур), более высокий фактор разбавления при экстракции белков может снизить возможность засорения микропористой мембраны (мембран), используемых в процессе мембранной фильтрации.

Мембранная фильтрация

Экстракционный раствор переносят из системы экстракции в систему мембранной фильтрации в основном путем первого введения осветленного экстракта в питающий резервуар мембранной системы. Обычно экстракционный раствор содержит приблизительно 4,0-5,0 растворимого белка и приблизительно 1,5-2,0% растворенного небелкового материала. Одной из целей процесса микрофильтрации является отделение белка от небелкового материала. Такое отделение проводят циркуляцией экстракционного раствора через набор микропористых мембран. Вода и небелковые материалы проходят через мембрану и при этом получают пермеат (раствор, содержащий вещества, проникшие через мембрану), а основное количество белка удерживается мембраной и остается в циркулирующем потоке (ретентат). Степень концентрирования содержащего белок ретентата обычно составляет приблизительно 2,5-3 раза (например, если степень концентрирования составляет 3 раза, то при фильтрации 113,560 л поступающего неочищенного экстракта получают 37,853 л ретентата). Степень концентрирования можно определять простым измерением объема пермеата, проходящего через мембрану. Если степень концентрирования составляет 3 раза, то при фильтрации через мембрану экстракта получают поток ретентата с растворенными твердыми веществами, содержащими по меньшей мере приблизительно 80 мас.% белка (ств). С целью увеличения концентрации белка до 90 мас.% обычно проводят две стадии диафильтрации 1:1. На стадии диафильтрации к концентрированному ретентату добавляют воду и затем проводят фильтрацию через микропористые мембраны. Этот процесс осуществляют описанным выше способом или в другом варианте воплощения настоящего изобретения диафильтрацию проводят на исходной стадии мембранной фильтрации, например, непрерывно подавая воду к поступающему в питающий резервуар экстракту таким образом, чтобы поддерживать исходный объем.

Процесс мембранной фильтрации обычно позволяет получить ретентат со степенью концентрирования по меньшей мере 2,5 раз, то есть при прохождении объема экстракта через фильтровальную систему получают обогащенный белком ретентат, объем которого составляет не более чем приблизительно 40% от исходного объема экстракта. В результате процесса мембранной фильтрации в основном получают обогащенный белком ретентат, который включает по меньшей мере приблизительно 10 мас.% белка, при этом легко достигается концентрация белка от 12 до 14 мас.%.

В связи с требованиями по охране окружающей среды и производительности процесса в основном желательно регенерировать по возможности всю воду из пермеата и возвратить регенерированную воду обратно в процесс, что позволяет снизить общие гидравлические потребности для процесса, а также свести к минимуму объем сточных вод, полученных в результате осуществления процесса. Обычно диафильтрационный п