Способ получения пористого белкового геля

 

Использование: в пищевой промышленности при производстве белковых продуктов, получаемых из белковых растворов путем замораживания - оттаивания. Сущность изобретения: в белковое сырье вводят денатурирующий агент в количестве 0,5 - 15% в расчете на общую массу композиции, имеющей pH 1 - 12, которую замораживают при (-3) + (-196)^oС в течение 0,2 - 48 ч. и оттаивают. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к пищевым технологиям, конкретно к способам структурирования белковых растворов или суспензий с использованием приемов криотропного гелеобразования, т.е. путем формирования белковых гелей замораживанием-оттаиванием исходной системы.

Применение различных методов придания гелеобразной структуры первоначально бесструктурному белковому сырью (растворам, пастам, фаршам, суспензиям и др.) позволяет получать разнообразные пищевые формы, обеспечивая тем самым производство широкого ассортимента белковых продуктов, используемых как в питании человека, так и (высших) животных.

Одним из известных приемов структурирования является криогенная обработка, позволяющая получать пористые белковые гели криогели (криоструктураты, криотекстураты). Так, известен способ получения студней из миофибриллярных белков, заключающийся в приготовлении влажной суспензии миофибриллярных белков с концентрацией сухих веществ от 5% до количества, обеспечивающего сохранение суспензией состояния текучести при значении рН, равном 5-8, с последующим замораживанием суспензии при (-10) (-15)^оС в течение 1-12 ч и дефростацией при комнатной температуре. В результате в зависимости от условий формирования получают изотропный или анизотропный белковый студень.

Данный способ имеет следующие недостатки.

Способ позволяет получать белковые студни лишь очень ограниченного "рыбного" ассортимента, поскольку структурообразующим компонентом является изолированный суммарный миофибриллярный белок гидробионтов, конкретно изолят белков криля, изолят белков трески, их механические смеси с казеином, крахмалом, эмульсией растительного масла.

Применение мышечных белков гидробионтов в виде изолята существенно удорожает процесс в целом, т.к. для получения целевого продукта белкового криоструктурата необходимо вначале провести выделение соответствующей белковой фракции, что требует затрат времени, применения специального оборудования и значительного расходования щелочи и кислоты (например, способ выделения миофибриллярных белков криля).

Известный способ имеет ограничения в нижнем пределе концентрации белка в исходной системе не менее 5% сухих веществ, т.е. согласно этому способу нельзя изготовить структурированный белковый студень из более разбавленных суспензий, что также сужает ассортимент целевых продуктов.

Известен другой способ получения белковых студней на основе миофибриллярных белков, где исходную систему подвергают двухкратному замораживанию в течение 3-72 ч, причем в смеси с изолированными миофибриллярными белками замораживают добавки или рыбного фарша, или фарша водных беспозвоночных, или мясного фарша, а также вкусовые добавки. Аналогичные по составу композиции замораживают при получении пищевого белкового продукта, имитирующего филе рыб, по известному способу, но при этом исходную смесь вносят в форму для замораживания слоями.

Хотя данные способы позволяют получить более широкий ассортимент конечных продуктов, чем другой известный способ, им присущи практически те же самые недостатки.

Значительная стоимость продукта из-за необходимости использования изолированного миофибриллярного белка в качестве структурообразующего компонента, поскольку сами рыбные или мясные фарши в условиях криотропного гелеобразования по известным способам никаких криоструктуратов не дают.

Узкий диапазон рН замораживаемых систем (5-8); вне этих пределов, особенно в области кислых значений рН, криогенная обработка исходной системы не приводит к гелеобразованию миофибриллярных белков.

Известны способы криоструктурирования суспензий изолированных белков, приводящие к получению продуктов, имитирующих изделия из мяса. Основной прием, используемый в этих технических решениях, формирование пористой структуры всей массы образца замораживания исходных суспензий (суспензии изолированных белков животного или растительного происхождения без или с добавками) с последующим размораживанием и сушкой при повышенных температурах, вызывающих термоиндуцированную коагуляцию белков, фиксирующую пористую структуру препаратов. Причем термообработка проводится либо действием токов СВЧ, либо сушкой в виброкипящем слое, а в качестве дополнительного структурирующего приема может быть использована деформация замораживаемых объектов сдвигом.

Главным недостатком этой группы способов является необходимость проведения термической обработки, требующей значительных энергозатрат и ухудшающей функциональные свойства белков в составе фиксированных нагреванием структурированных продуктов, поскольку в результате термоденатурации происходят необратимые изменения большинства характеристик белков. О недостаткам, связанных с необходимостью использования изолированных белков, уже говорилось выше; эти недостатки свойственны также и рассматриваемым способом.

Кроме того, ни один из описанных выше способов не дает возможности, как показали специально проведенные исследования, получать целевой продукт, исходя из растворов криорезистентных белков, например белков альбуминовой природы.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является принятый за прототип способ получения структурированных продуктов из фаршей морских гидробионтов и теплокровных животных путем их замораживания, причем перед замораживанием в фарш вводят целевую добавку восстанавливающий дисульфидные связи агент при соотношении восстанавливающий агент и дисульфидные группы 1 1 (моль/моль), а далее следует удаление избытка восстанавливающего агента. Подобный подход позволяет изменить исходную вторичную структуру белков фарша за счет расщепления в них дисульфидных связей, что после криогенной обработки приводит к образованию структурированных студнеобразных продуктов, тогда как без вышеуказанной химической обработки замораживание-оттаивание тех же фаршей в аналогичных режимах не приводит к студнеобразованию.

Данный способ имеет следующие недостатки.

Поскольку исходными объектами являются только подвергнутые предварительной химической обработке фарши мышечной ткани гидробионтов или теплокровных животных, то ассортимент конечных изделий ограничен лишь этими белковыми системами.

С помощью способа-прототипа в противоположность известным способам очень трудно получить криоструктураты теперь уже из изолированных мышечных белков, поскольку даже следы восстанавливающего агента в замораживаемом объекте практически полностью ингибируют криотропное гелеобразование в данных препаратах, т. е. способ-прототип недостаточно универсален в отношении систем, на основе которых можно приготовить соответствующие криогели.

Специально проведенные исследования показали, что в соответствии с методикой способа-прототипа невозможно получить криоструктураты из растворов белков альбуминового ряда (яичный альбумин, сывороточный альбумин и др.), да и удаление избытка восстановителя из растворов последних в противоположность промывке фаршей по способу-прототипу представляет непростую задачу и требует длительного диализа в дезаэрированной среде или подобных методов типа ультрафильтрации, т.е. способ-прототип характеризуется низкой технологичностью из-за необходимости сначала введения восстановителя, а затем удаления его избытка перед замораживанием.

В качестве целевой добавки восстанавливающего агента способ-прототип предусматривает использование одного из следующих соединений цистеина, натрийборгидрида, сернистокислого натрия и меркаптоэтанола, причем в весьма высоких концентрациях не менее 1 моль на моль дисульфидных связей в белке. Если в отношении цистеина и Na₂SO₃ их введение в пищевую систему допустимо, то применение NaBH₄ и тем более меркаптоэтанола абсолютно исключается, поскольку эти вещества токсичны.

Задачей предлагаемого изобретения является преодоление недостатков известных технических решений, т.е. повышение технологичности способа получения пористых белковых гелей, повышение его универсальности в отношении набора исходных систем, из которых можно сформировать конечные продукты, и увеличение ассортимента последних.

Указанная задача решается тем, что в подвергаемое структурированию белковое сырье перед замораживанием в качестве целевой добавки вводят денатурирующий агент. При этом целевую добавку вводят в количестве 0,5-15% в расчете на общую массу исходной композиции, имеющей рН 1 12, а ее замораживание осуществляют при (-3) (-196)^оС в течение 0,2 48 ч с последующим оттаиванием известными способами и в случае необходимости, промывкой получаемого пористого белкового геля.

Предлагаемый способ реализуется согласно такой последовательности операций.

Готовят либо раствор белка, либо используют природные белоксодержащие жидкости типа плазмы боинской крови или яичного белка, готовят либо белковую пасту, либо фарш из белоксодержащего сырья, либо смеси вышеуказанных компонентов. С помощью добавок кислоты или щелочи коpректируют в случае необходимости значение рН соответствующей белковой системы. Далее вводят целевую добавку денатурирующий агент либо в сухом виде, либо в виде раствора. В качестве денатурирующего агента могут быть использованы вещества, в присутствии которых происходит изменение нативной конформации белковых макромолекул (денатурация), например мочевина, гуанидингидрохлорид, поверхностно-активные вещества и др. смеси указанных соединений как друг с другом, так и с восстановителями типа цистеина, цистеамина, глутатиона, сульфита, аскорбиновой кислоты и т.п. Приготовленная таким образом композиция замораживается любым известным способом в течение определенного времени, а затем оттаивается также известными приемами. Далее в зависимости от назначения полученный пористый белковый гель (криогель, криоструктурат, криотекстурат синонимы) может быть либо сразу использован для дальнейшей кулинарной обработки, либо промыт, либо промыт и высушен, либо высушен.

Выбор конкретных составов исходных систем, типа и количества прибавляемой целевой добавки, значений рН подготовленной к замораживанию композиции, режимов криогенной обработки и последующих видов обработки размороженных криогелей обусловлен следующими моментами.

Состав и концентрация белковых компонентов зависят от вида белкового сырья, перерабатываемого по заявляемому способу, и предназначения конечного продукта.

Предлагаемым изобретением предусматривается возможность получения пористого белкового геля, исходя из композиций, содержащих белки или животного, или растительного, или микробного происхождения, или белки гидробионтов, или смеси указанных объектов друг с другом либо с небелковыми компонентами (пищевые волокна, крахмал, нерастворимые наполнители типа шротов, паштетов, костной муки и т.п.). Соответственно и концентрация белков в подвергаемой замораживанию системе может изменяться в очень широких пределах от долей процента в белковых растворах до 20 и более в пастах или фаршах; при этом выбор конкретных величин определяется как индивидуальными свойствами белкового объекта, количеством вносимой в композицию целевой добавки и ее типом, значением рН среды, так и дальнейшими путями обработки пористого белкового геля, получаемого после оттаивания системы.

Концентрации целевой добавки денатурирующего агента найдены опытным путем. При этом показано, что при содержании целевой добавки в исходной композиции ниже 0,5% в расчете на общую массу последней ее замораживание-оттаивание в заявляемых режимах для очень многих белковых объектов не дает возможности сформировать криогели вовсе, тогда как повышение концентрации денатурирующего агента выше 15% как правило, не приводит к дополнительному положительному эффекту, увеличивает расход целевой добавки и даже может в ряде случаев вызвать гелеобразование без замораживания, но при этом формируется не макропористый, а изотропный белковый гель, не способный отделять несвязанную влагу при приложении внешней механической нагрузки, т.е. это гель совсем другой морфологии, нежели те, которые получают по заявляемому способу.

Значение рН замораживаемой композиции зависят от вида белковых объектов, типа и концентрации целевой добавки. Предлагаемым изобретением предусматривается возможность формирования пористого белкового геля в результате криогенной обработки систем указанного выше состава со значениями рН в диапазоне от 1 до 12. При этом возможно формирование криоструктуратов в заявляемых режимах и для систем со значениями рН вне указанных пределов, однако в более кислых, чем рН 1, и более щелочных, чем рН 12, средах с одной стороны начинают с заметными скоростями протекать гидролитические процессы, существенно ухудшающие функциональные и питательные свойства белковых компонентов, а с другой снижается выход гель-фракции конечного продукта и возникают технологические сложности нейтрализации запредельных значений рН после оттаивания соответствующих образцов.

Режимы замораживания белкового сырья зависят от вида перерабатываемого сырья, содержания компонентов, типа и концентрации целевой добавки, объема (размеров) замораживаемых объектов, типа используемого морозильного оборудования, а также от того, какого типа структуру необходимо придать получаемому криогелю. Более крупнопористые структуры формируются при неглубоком замораживании, когда образуется "крупнокристаллический" лед, а поры меньшего размера создаются в теле белкового геля при более глубоком замораживании. Предлагаемым изобретением предусматривается замораживание исходного белкового сырья при (-3) (-196)^оС в течение 0,2 48 ч. Если температура выше -3^оС, то из-за эффектов переохлаждения образцы часто не замерзают, т.е. процесс криоструктурирования не идет, а замораживание при температурах ниже -196^оС (жидкий азот) резко увеличивает энергозатраты на процесс в целом, и поэтому нецелесообразно. Продолжительность замораживания зависит от температуры криогенной обработки, типа используемого морозильного оборудования, размеров образца и его состава. Если замораживаемый объект достаточно объемен, а температура морозильной камеры недостаточно низкая, то за время меньше 0,2 ч система может не успеть замерзнуть; увеличение же продолжительности данной стадии более 48 ч нецелесообразно, поскольку не приводит к существенному улучшению качества целевого продукта и требует больших энергозатрат на поддержание отрицательной температуры.

Ниже приводятся три типичных варианта реализации заявляемого изобретения, конкретные примеры приведены в таблице.

А) Готовят раствор, содержащий белковые компоненты в концентрации от долей до 20 и больше из расчета на общую массу замораживаемого образца; либо используют природную белоксодержащую жидкость с ее первоначальной концентрацией, либо разбавленную до требуемой концентрации, либо, наоборот, сгущенную известными приемами типа ультрафильтрации. С помощью кислоты или щелочи доводят значение рН системы до требуемой величины в диапазоне 1-12, прибавляют рассчитанное количество денатурирующего агента либо в сухом виде, либо в виде раствора (в расчете 0,5-15% на общую массу композиции). Полученную композицию перемешивают для равномерного распределения ингредиентов и замораживают в форме, которую собираются придать конечному изделию. После замораживания при (-3) (-196)^оС в течение 0,2-48 ч препарат размораживают и далее подвергают требуемой обработке непосредственно либо после промывки от растворенных веществ, не вошедших в состав пористого белкового геля.

Б) Готовят белковый раствор по А, который смешивают с нерастворимыми ингредиентами, например с мясным или рыбным фаршем, с белковой пастой (гомогенизированный творог, гомогенизированный фарш, паштет и т.п.), пищевыми восстановителями и др. При этом коррекция рН может осуществляться как перед введением нерастворимых добавок и денатурирующего агента, так и после. Полученную композицию подвергали криогенной обработке и дефростации по методике А.

В) Готовят белковую пасту или фарш, содержащие белковые компоненты в количествах, достаточных для того, чтобы система не теряла своих реологических свойств. Корректируют в случае необходимости значение рН системы, вводят денатурирующий агент в рассчитанном количестве и замораживают композицию в заявляемых режимах. После оттаивания полученный пористый белковый гель обрабатывают в соответствии с методикой той же стадии примера А.

Заявляемый способ имеет следующие преимущества по сравнению с аналогами и прототипом.

Предлагаемый способ получения пористых белковых гелей с помощью приемов криотропного гелеобразования обладает существенно большей универсальностью, чем известные способы, в отношении набора исходных систем, на основе которых можно приготовить указанные криоструктураты. Новый способ позволяет формировать такие гели и из белковых растворов, и из паст, и из фаршей, и из смесей данных белковых препаратов, как из изолированных белков, так и из природных (естественных) объектов. Заявляемый способ позволяет получать криоструктураты из таких составов, которые не дают гелей после замораживания-оттаивания, например, из изолятов миофибриллярных белков при кислых значениях рН, из цельного яичного белка и др.

Заявляемый способ дает возможность значительно расширить ассортимент конечных продуктов, поскольку позволяет формировать структуированные пористые криогели на основе белков животных и гидробионтов, растений и микроорганизмов, а также их смесей и смесей с небелковыми компонентами. Все это позволяет, комбинируя состав исходной композиции, значения рН, тип и концентрацию целевой добавки, а также варьируя режимы криогенной обработки, получать очень широкую гамму новых структурированных белковых форм.

Предлагаемый способ характеризуется большей технологичностью по сравнению со способом-прототипом, поскольку в случае заявляемого способа сокращается число стадий подготовки сырья из-за отсутствия необходимости удаления целевой добавки перед замораживанием белкового объекта.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО БЕЛКОВОГО ГЕЛЯ, предусматривающий введение целевой добавки в белковое сырье, структурирование полученной композиции замораживанием с последующим оттаиванием, отличающийся тем, что в качестве целевой добавки используют денатурирующий агент в количестве 0,5 15% в расчете на общую массу композиции, имеющей рН 1 12, замораживание композиции осуществляют при минус 3 минус 196^oС в течение 0,2 48 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пористый белковый гель после оттаивания промывают.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 15-2002

Извещение опубликовано: 27.05.2002        

---