СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАНННОГО ПИЩЕВОГО БЕЛКА

Настоящее изобретение относится к получению модифицированных катионами пищевых белков. Оно также относится к использованию таких модифицированных белков при изготовлении гелей и эмульсий. И, наконец, оно относится к использованию таких гелей и эмульсий в пищевой и косметической промышленности для получения кремов, сыров, сыроподобных продуктов, закусок, десертов, кондитерских изделий и промежуточных пищевых продуктов.

Из уровня техники известен способ получения пищевого геля, предусматривающий подвергание водного раствора концентрата молочного белка (КМБ) катионному обмену с использованием разрешенного для пищевого применения катионообменника, содержащего одновалентные катионы, для снижения содержания кальция в модифицированном КМБ до 20-80% содержания кальция в немодифицированном КМБ, извлечение указанного модифицированного КМБ, нагревание модифицированного КМБ до температуры 25-95°C, поддержание указанной температуры до образования геля и извлечение указанного геля (см. патент РФ №2349093, опубл. 27.02.2005). Недостатками известного способа является применение катионнообменника в связи с тем, что не все катионнообменники могут быть использованы в пищевой и косметической промышленности, кроме того, упомянутый реагент не является общедоступным. Кроме того, из уровня техники известен способ химической модификации белков путем обработки белков ангидридами алифатических дикарбоновых кислот в водной среде в интервале pH 7-8 при весовом соотношении белок-ангидрид алифатической дикарбоновой кислоты 1:1-5-1. При этом в качестве ангидридов алифатических дикарбоновых кислот используют ангидриды N-ацетил-α-аминодикарбоновых кислот (см. А.С. СССР №856426, опубл. 23.08.1981).

Недостатками известного способа являются получение белков с недостаточно высокими эмульгирующими способностями, низкими функциональными способностями, а также использование труднодоступного реагента.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат заключается в упрощении способа и повышении гидрофильной и эмульгирующей способности получаемого продукта. Технический результат достигается тем, что способ получения химически модифицированного пищевого белка включает одновременную загрузку в реактор, оборудованный органом перемешивания, обезвоженного исходного белка, гидроксида щелочного или щелочноземельного металла и в качестве катализатора реакции алкоголят того же щелочного или щелочноземельного металла. При этом алкоголят в режиме циркуляции подают в реактор. Модификацию белка осуществляют за счет реакции обмена белка с гидроксидом щелочного или щелочноземельного металла, сопровождающейся присоединением катиона металла. Осуществляют отделение белка от реакционной среды, выпаривают катализатор, далее продукт промывают водой, регулируют pH продукта с помощью 3 М раствора соляной кислоты до pH=6-10, затем промывают водой и осуществляют сушку.

В соответствии с частными случаями осуществления изобретение может иметь следующие частные случаи выполнения.

В качестве алкоголята используют один из следующих веществ: метилаты, этилаты, пропилаты, бутилаты щелочных или щелочноземельных металлов.

В качестве обезвоженного исходного белка используют белки молочного происхождения, или растительные белки, или белки животного происхождения.

В качестве реактора используют реактор с системой регулирования давления внутри реакционной зоны и с паровой рубашкой, обеспечивающей нагрев до температуры не более 70°.

Реактор в нижней части имеет уклон для удаления из реакционной зоны белка.

В качестве гидроксида щелочного или щелочноземельного металла используют NaOH, или KОН, или Са(ОН)₂, при этом в исходных компонентах соотношение белка и гидроксида металла составляет 1:100. В исходных компонентах соотношение белка и алкоголята металла составляет 1:100.

В исходных компонентах соотношение белка и алкоголята металла составляет предпочтительно 1:50.

В исходных компонентах соотношение белка и алкоголята металла составляет предпочтительно 1:10.

Отделение белка от реакционной среды могут осуществлять с помощью сепарирования.

Отделение белка от реакционной среды могут осуществлять с помощью декантирования.

Могут использовать горизонтальные или вертикальные декантеры.

Регулируют pH продукта с помощью 3 М раствора соляной кислоты до pH=6,5-7,5 для последующего в пищевой промышленности.

Регулируют pH продукта с помощью 3 М раствора соляной кислоты до pH=7,5-9,5 для использования в косметической промышленности.

При проведении сушки могут осуществлять распылительную сушку.

При проведении сушки могут осуществлять сушку в псевдосжиженном слое.

При проведении сушки могут осуществлять сублимационную сушку.

Могут проводить сушку с помощью вальцовых или барабанных сушилок. Полученный при выпаривании катализатор обезвоживают в присутствии негашеной извести, в него вводят гидроксид щелочного металла и в режиме циркуляции подают в реактор.

Сущность настоящего изобретения поясняется блок-схемой, отображающей последовательность действий. Модификацию осуществляют следующим образом.

Способ получения химически модифицированного пищевого белка включает одновременную загрузку в реактор, оборудованный органом перемешивания - рамной мешалкой, обезвоженного исходного белка, гидроксида щелочного металла и в качестве катализатора реакции алкоголят того же щелочного или щелочноземельного металла. В качестве обезвоженного исходного белка используют белки молочного происхождения -казеин или растительные белки - соевый белок или белки животного происхождения - яичный протеин, криля и т.п. В качестве алкоголята используют один из следующих веществ: метилаты, этилаты, пропилаты, бутилаты щелочных или щелочноземельных металлов. Алкоголят в режиме циркуляции подают в реактор. Это позволяет осуществлять способ в непрерывном режиме и не использовать дорогостоящие и трудносинтезируемые компоненты. В исходных компонентах соотношение белка и алкоголята металла составляет 1:100, или 1:50, или 1:10.

В качестве гидроксида щелочного или щелочноземельного металла используют NaOH или KОН, или Са(ОН)₂, при этом в исходных компонентах соотношение белка и гидроксида металла составляет 1:100. В качестве реактора используют любой известной из "Уровня техники" реактор с регулированием давления и без возможности его регулирования. В частности, может использоваться реактор с системой регулирования давления внутри реакционной зоны и с паровой рубашкой, обеспечивающей нагрев до температуры не более 70°. Кроме того, может

использоваться реактор с электрически нагреваемым блоком с воздушным охлаждением, при этом реакция в нем проходит при атмосферном давлении.

Предпочтительно реакция проходит при температуре 60°C и давлении, не превышающем 2 атм. Реактор имеет в нижней части уклон с отверстием на конце. Через него выводят из зоны реакции продукт.

Модификацию белка осуществляют за счет реакции обмена белка с гидроксидом щелочного или щелочноземельного металла, сопровождающейся присоединением катиона металла. При этом может происходить гидролиз и могут образовываться соединения белка с металлом - протеинаты и вода.

Далее осуществляют отделение белка от реакционной среды. Отделение белка от реакционной среды осуществляют с помощью сепарирования или декантирования. Кроме того, могут применяться горизонтальные или вертикальные декантеры.

Выпаривают катализатор. Полученный при выпаривании катализатор могут сразу в режиме циркуляции подать в реактор. В соответствии с другим частным случаем осуществления режим циркуляции предусматривает стадию обезвоживания в присутствии негашеной извести, в катализатор также вводят гидроксид щелочного или щелочноземельного металла и подают в реактор.

Затем продукт промывают водой, регулируют pH продукта с помощью 3 М раствора соляной кислоты до pH=6-10. Регулируют pH до 6,5-7,5 для использования в пищевой промышленности либо pH до 7,5-9,5 для использования в косметической промышленности.

После обработки кислотой продукт повторно промывают водой. Затем осуществляют сушку. Может быть использована распылительная сушка, или сушка в псевдо сжиженном слое, или сублимационная сушка. Кроме того, сушку могут проводить с помощью вальцовых или барабанных сушилок.

Модифицированные пищевые белки обладают следующими свойствами:

- Обеспечивают удержание жира и воды в эмульсии

- Обладают хорошей эмульгирующая способность

- Повышенная антиоксидантная активность

- Повышенная термическая стабильность

- Устойчивость к соли (NaCl) в пищевых приложениях

- Устойчивость против агломерации

- Максимизация содержания специфических пептидов

- Максимизация содержания свободных аминокислот

- Способны к микрокапсулированию белковых наночастиц

- Способны к созданию белковых наночастиц заданного состава.

Среди наиболее важных из этих функциональных свойств самой основной является способность связывать жир и воду в устойчивые эмульсии. Эти эмульсии могут сопровождаться желированием, образованием пленки, улучшением консистенции и стабилизацией продуктов питания. При этом обеспечивается возможность особенно высокого выхода частиц с высокой водоудерживающей способностью и повышенными эмульгирующими свойствами.

Другим ключевым функциональным свойством является способность образовывать гели, в частности, устойчивые гели, подвергаемые воздействию высокой температуры в присутствии воды. Модифицированные белки используют в качестве функционального компонента в различных пищевых продуктах:

- напитках;

- мясных продуктах;

- кондитерских изделиях;

- вкусообразующих эмульсиях;

- зерновых экструзионных продуктах;

- макаронных изделиях;

- продуктах диетического питания;

- соусах;

- пищевых заменителях молока;

- кормах домашних животных.

Произведенная модификация белковых соединений позволит получить в процессе направленной химической и физической модификации исходных белков иных белковых производных (протеинатов), в том числе более низкомолекулярных белков и полипептидов с улучшенными функциональными и медико-биологическими свойствами и с измененными физико-химическими характеристиками.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующими примерами.

Пример 1.

Сухой модифицированный яичный протеин - это концентрат, содержащий полный спектр питательных веществ: протеины, жиры и витамины, сопровождаемые такими ценными эмульгирующими веществами как лецитин, холестерин и липопротеин. Его получают следующим образом.

Одновременно загружают в реактор с рамной мешалкой обезвоженный яичный протеин, гидроксид кальция и в качестве катализатора реакции этилат кальция. В исходных компонентах соотношение белка и этилата кальция составляет 1:10, а соотношение белка и гидроксида кальция составляет 1:100.

Реакция проходит при температуре 55°С и давлении окружающей среды. Модификацию белка осуществляют за счет реакции обмена белка с гидроксидом кальция, сопровождающейся присоединением катиона кальция. При этом может происходить гидролиз и образовываться соединения белка с металлом - кальциевые яичные альбуминаты и вода. Далее осуществляют отделение белка от реакционной среды. Отделение белка от реакционной среды осуществляют с помощью сепаратора.

Выпаривают катализатор. Полученный при выпаривании катализатор в режиме циркуляции обратно подают в реактор.

Затем продукт промывают водой, регулируют pH продукта с помощью 3 М раствора соляной кислоты до pH=7,5.

После обработки кислотой продукт повторно промывают водой. Затем осуществляют распылительную сушку.

Физико-химические свойства полученного продукта:

Применяют для производства - лапши, майонезов (в т.ч. горячим методом), соусов, теста, паштетов, кулинарных изделий, косметических средств.

Пример 2

Казеинат натрия, получаемый настоящим способом, является молочным сухим белком. Находит применение в молочной, мясной, кондитерской и др. промышленности.

Казеинат натрия производят следующим образом.

Одновременно загружают в реактор с рамной мешалкой обезвоженный казеин, гидроксид натрия и в качестве катализатора реакции метилат натрия. В исходных компонентах соотношение белка и метилат натрия составляет 1:50, а соотношение казеина и гидроксида натрия составляет 1:100.

Реакция проходит при температуре 50° и давлении 1,2 А. Модификацию белка осуществляют за счет реакции обмена белка с гидроксидом натрия, сопровождающейся присоединением катиона натрия. При этом образуется соединения белка с металлом - казеинат натрия и вода.

Далее осуществляют отделение белка от реакционной среды. Отделение белка от реакционной среды осуществляют с помощью горизонтального декантера.

Выпаривают катализатор. Полученный при выпаривании катализатор обезвоживают в присутствии негашеной извести, в него вводят гидроксид натрия и в режиме циркуляции обратно подают в реактор. Затем продукт промывают водой, регулируют pH продукта с помощью 3 М раствора соляной кислоты до pH около 7,0.

После обработки кислотой продукт повторно промывают водой. Затем осуществляют сушку в псевдосжиженном слое.

Физико-химические свойства полученного продукта:

Пример 3

Получаемый в соответствии с настоящим изобретением модифицированный соевый белок применяется при производстве эмульгированных и грубоизмельченных рыбо- и мясопродуктов различных категорий, молочных продуктов, хлебобулочных, мучных кондитерских изделий, супов, соусов, йогуртов, сухих напитков, продуктов детского и диетического питания.

Модифицированный соевый белок получают следующим образом.

Одновременно загружают в реактор с рамной мешалкой обезвоженный белковый изолят сои, гидроксид калия и в качестве катализатора реакции метилат калия. В исходных компонентах соотношение белка и метилат натрия составляет 1:10, а соотношение белка и гидроксида калия составляет 1:100.

Реакция проходит при комнатной температуре и давлении 1,1 А. Модификацию белка осуществляют за счет реакции обмена белка с гидроксидом калия, сопровождающейся присоединением катиона калия. Модификацию белка осуществляют за счет реакции обмена белка с гидроксидом щелочного металла, сопровождающейся присоединением катиона металла. При этом может происходить гидролиз и могут образовываться соединения белка с металлом - протеинаты и вода.

Далее осуществляют отделение белка от реакционной среды. Отделение белка от реакционной среды осуществляют с помощью вертикального декантера.

Выпаривают катализатор. Полученный при выпаривании катализатор обезвоживают в присутствии негашенной извести, в него вводят гидроксид калия и в режиме циркуляции обратно подают в реактор. Затем продукт промывают водой, регулируют pH продукта с помощью 3 М раствора соляной кислоты до pH около 8,0.

После обработки кислотой продукт повторно промывают водой. Затем осуществляют сушку на вальцовых сушилках.

Физико-химические свойства полученного продукта: