Модифицированный глобиновый белковый продукт и способ его получения

 

Изобретение относится к новым белковым производным крови, сырья, в состав которого входят белки крови и гемоглобина. Модифицированный глобиновый белковый продукт, полученный из крови или гемоглобина и имеющий изоэлектрическую точку при рН 4-5, содержит железо - менее 1000 млн^-1, гистидин: лизин в соотношении 0,6-1,5 мас.%, тирозин 0,8-2,5 мас.%, метионин 0,6-0,9 мас. %, лизин - 6,5-9,0 мас.%. Способ получения упомянутых модифицированных глобиновых продуктов включает щелочную обработку исходного материала при рН более 12 и окислительную обработку при рН ниже 12 с одновременным поддержанием температуры ниже 50^oС. Способ предусматривает возможность удаления железосодержащих компонентов. Изобретение обеспечивает получение нового глобинового белкового продукта, имеющего свойства и характеристики, аналогичные казеинатам и соевым изолятам, при его использовании в пищевых продуктах не создается нежелательного запаха и вкуса. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Настоящее изобретение относится к новым белковым продуктам и способам получения упомянутых новых белковых продуктов. В частности, настоящее изобретение относится к новым белковым производным крови, сырья, в состав которого входит белок крови, и гемоглобина, в частности к модифицированным глобиновым продуктам.

Настоящее изобретение дополнительно относится к способам получения этих продуктов.

Значительные количества крови с бойни направляются на перерабатывающие предприятия, на которых упомянутая кровь перерабатывается в сухие продукты крови, которые используются, главным образом, в кормовых смесях для скота, либо же фракционируется с целью извлечения плазмы крови для использования в пищевых продуктах различного рода. Однако основная часть ценного белкового содержимого, присутствующего в гемоглобиновой фракции цельной крови, в настоящее время используется преимущественно как кормовая добавка для животных, поскольку незначительные количества гемоглобина наделяют пищевые продукты нежелательным темным цветом, а также неприятным запахом и вкусом. К числу других факторов, ограничивающих использование продуктов крови в пищевых продуктах либо даже в качестве добавок в корм животным, относится высокое содержание в них железа, а также их недостаточно хорошие функциональные свойства.

На протяжении ряда лет предпринимались многочисленные попытки, направленные на удаление железа из цельной крови и фракций крови, в частности из гемоглобиновой фракции, и на обесцвечивание продукта.

В заявке на патент Дании 5508/86 раскрывается способ получения обесцвеченного гемоглобина посредством механического вскрытия клеток крови, доведения рН до 1 либо 2 с помощью кислоты и добавления 1-5% по массе/объему окислителя, в частности пероксида водорода, в присутствии производного углеводорода, в состав которого входят диеноловые группы, например, аскорбиновой кислоты. После окисления побочные продукты, например дебрис и группы гема, удаляются, и извлекается обесцвеченная белковая фракция.

В заявке на Европейский патент 148114 раскрывается способ получения обесцвеченного гемоглобина, который включает обработку цельной крови в присутствии протеолитического фермента при рН 3,5-4, для денатурации глобиновых цепей для того, чтобы группа гема стала более доступной действию окислителя.

В патенте США 4180592 раскрывается способ обесцвечивания крови посредством ее обработки избытком, например 3-6 маc.%, окислителя, например пероксида водорода, после чего излишек пероксида водорода удаляется посредством добавления дополнительного количества крови.

Известные в настоящее время способы направлены на отделение группы гема от глобиновой фракции, и применяются либо к цельной крови, либо к гемоглобиновой фракции.

Упомянутые известные методы направлены на ослабление вкуса, запаха и цвета полученных белковых продуктов посредством существенного удаления фракции железо/гем из упомянутого продукта. Эти методы, однако, по-прежнему остаются неудовлетворительными в связи с тем, что либо требуют значительных количеств окислителей, что сказывается на стоимости продуктов, а также на свойствах упомянутых белковых продуктов вследствие окислительного воздействия на серосодержащие аминокислоты, например цистин, цистеин, гистидин и метионин, и/или требуют довольно дорогих адъювантов для преодоления указанных недостатков, либо упомянутые процессы обеспечивают получение белковых продуктов, свойства которых по-прежнему остаются далекими от оптимальных в отношении вкуса, запаха и цвета, либо с их помощью получают белковые продукты, имеющие низкие функциональные свойства.

Совершенно иной подход к модифицированным гемоглобиновым продуктам известен из патента ЕР 0460219. В этом патенте раскрывается модифицированный гемоглобин, содержание железа в котором составляет не менее 2 мг на грамм твердого содержимого, что является следствием обработки промытого гемоглобина в щелочных условиях и обработки полученного в результате продукта в окислительных условиях.

Однако весьма существенный недостаток глобиновых белковых продуктов, известных в данной области техники, заключается в том, что все они имеют изоэлектрическую точку в пределах 6-7, что соответствует изоэлектрической точке гемоглобина.

Этот факт оказывает значительное влияние на возможности применения в пищевых продуктах доступного в настоящее время белка крови и глобиновых белковых продуктов. Степень растворимости белков в их изоэлектрической точке действительно очень низка, а пищевые продукты, как правило, имеют значение рН, которое колеблется в пределах 5-9. В частности, значение рН переработанных мясных продуктов колеблется в пределах 5,5-7,0.

Цель настоящего изобретения заключается в предоставлении нового глобинового белкового продукта, имеющего свойства и характеристики, прежде в данной области техники не известные, в частности мягкого бесцветного белкового продукта с характеристиками растворимости, способностью к образованию эмульсий, стабильностью эмульсии и водосвязывающими способностями, подобными соответствующим показателям казеинатов, в частности так называемых казеинатов "высоковязкого типа", а также подобными соответствующим показателям других функциональных белков, например соевых изолятов.

С этой целью настоящим изобретением предоставляется новый белковый продукт, называемый модифицированным глобиновым продуктом, имеющий изоэлектрическую точку при значении рН ниже 5,5.

В соответствии с предпочтительной особенностью настоящего изобретения содержание железа в упомянутом модифицированном глобиновом продукте составляет менее 1000 млн. ^-1 (миллионых долей), в предпочтительном варианте менее 500 млн.^-1.

В соответствии с дополнительными предпочтительными особенностями настоящего изобретения новые модифицированные глобиновые продукты имеют по меньшей мере одну из следующих характеристик, раздельно либо в сочетании: - соотношение гистидин: лизин в пределах 0,6-1,5, в предпочтительном варианте от 0,8 до 1,0, - содержание тирозина, как минимум, 0,5 маc.%, - содержание метионина, как минимум, 0,5 маc.%, - содержание лизина, как минимум, 5 маc.%.

Наиболее предпочтительные модифицированные глобиновые продукты, соответствующие настоящему изобретению, имеют изоэлектрическую точку при рН 4-5 и содержат железо - менее 1000 млн.^-1, гистидин:лизин - в соотношении 0,6-1,5, тирозин - 0,8-2,5 маc.%, метионин - 0,6-0,9 маc.%, лизин - 6,5-9,0 маc. %.

Кроме того, наиболее предпочтительные модифицированные глобиновые продукты в соответствии с настоящим изобретением могут иметь аминокислотный состав, в существенной степени соответствующий представленным ниже диапазонам (выраженным в виде массового процента от общей массы аминокислот в белковом продукте): Asp+Asn - 12,00-13,50 Glu+Gln - 8,50-9,50 Thr - 3,00-4,00 Ser - 4,50-5,50 Gly - 4,50-5,50
Ala - 8,30-9,30
Cys - 0,60-0,90
Met - 0,60-0,90
Val - 9,90-10,90
Ilе - 0,50-0,60
Leu - 13,90-14,90
Туr - 0,80-2,50
Phe - 6,80-7,80
Arg - 3,80-4,80
His - 6,50-7,50
Lys - 6,50-9,00
Pro - 3,00-4,00 - 100,00
Еще одной целью настоящего изобретения является предоставление нового способа переработки крови и материалов, в состав которых входит белок крови, свободного от многих недостатков известных способов, и с помощью которого получают мягкие бесцветные белковые продукты с такими характеристиками растворимости, способностью к образованию эмульсий, стабильностью эмульсии и водосвязывающими способностями, благодаря которым упомянутые белковые продукты могут использоваться в качестве заменителей казеинатов, в частности так называемых казеинатов "высоковязкого типа", а также других функциональных белков, например соевых изолятов.

Более конкретно, эта еще одна цель настоящего изобретения заключается в предоставлении способа, который обеспечивает максимально возможное удаление железа из цельной крови либо из гемоглобиновой фракции цельной крови, что позволяет получать глобиновый белковый продукт, который не наделяет пищевые продукты, для которых он предназначен, нежелательными запахом и вкусом, который позволяет максимально сохранить питательную ценность глобинового белкового продукта посредством ограничения окисления аминокислот, которые легко окисляются в присутствии, например, пероксида водорода, и который обеспечивает возможность получения глобинового белкового продукта, имеющего функциональные свойства, подобные казеинатам, т.е. имеющего водосвязывающие способности, высокую растворимость в диапазоне рН от 5 до 9, а также великолепную способность к образованию эмульсий и эмульсионную стабильность.

Настоящее изобретение соответственно представляет способ получения модифицированного глобинового продукта из крови или гемоглобина, включающий щелочную обработку исходного материала при рН выше 12, в предпочтительном варианте - выше 12,5, и поддержании температуры ниже 50^oС, в предпочтительном варинте - на уровне температуры окружающей среды или даже ниже, например на уровне 15^oС, в течение по меньшей мере 15 минут, в предпочтительном варианте - до 2 часов, и последующую обработку полученного продукта окислителем при рН ниже 12, в предпочтительном варианте - на уровне 9-12, в наиболее предпочтительном варианте - на уровне около 10,5, и поддержании температуры ниже 50^oС, в предпочтительном варинте - на уровне температуры окружающей среды, в течение по меньшей мере 30 минут.

Для доведения рН на этапе щелочной обработки до требуемого значения к водной суспензии может добавляться аммиак либо любая щелочь, в частности сильная щелочь, в предпочтительном варианте - в разведенном виде, например сильная неорганическая щелочь, например гидроксид натрия либо калия или гидроксид кальция.

Было установлено, что удобнее всего настоящий способ осуществляется в том случае, когда концентрация белка в суспензии не слишком высока. Таким образом, цельная кровь либо гемоглобиновая фракция цельной крови, в предпочтительном варианте, суспендируется в 1-10 объемах воды.

В соответствии с другой предпочтительной отличительной особенностью настоящего изобретения этап окислительной обработки нового способа осуществляется посредством добавления окислителя, например, в предпочтительном варианте - пероксида водорода, в течение от 0,1 часа до 24 часов, в предпочтительном варианте - как минимум 30 минут, в наиболее предпочтительном варианте - в течение 60-90 минут.

При использовании наиболее предпочтительного окислителя (пероксида водорода) скорость добавления удобным образом выбирается в пределах от 0,01 л до 500 л Н₂О₂ на 1000 л реакционной среды в час.

Окисление, протекающее в таких мягких условиях, практически не оказывает воздействия на глобин и, как понятно, происходит лишь избирательное окисление связи гем-глобин для высвобождения железосодержащей составляющей, которая может быть легко удалена из суспензии цельной крови либо ее гемоглобиновой фракции, например, фильтрацией, центрифугированием либо ионным обменом.

Альтернативные окислители могут, например, выбираться из группы, в состав которой входят пероксид натрия, пероксид кальция, пероксид калия, кислород, озон, нитраты и т. п., однако выбор окислителя будет, конечно, зависеть от предлагаемого использования глобинового белкового продукта. В том случае, если продукт подлежит включению в продукт, предназначенный для потребления человеком, предпочтение преимущественно отдается таким окислителям, как пероксид водорода.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения за вышеупомянутыми этапами способа может удобным образом следовать дополнительный этап, в процессе осуществления которого удаляется(-ются) железосодержащий компонент(-ы).

Это может обеспечиваться, например, ультрафильтрацией, ионным обменом либо фильтрацией, осаждением либо центрифугированием после добавления веществ, в состав которых входят бивалентные ионы, например Са²⁺.

В результате удаления железосодержащей составляющей получают обедненную железом глобиновую белковую суспензию коричневого цвета.

Факультативно обедненную железом глобиновую белковую суспензию коричневого цвета затем обесцвечивают посредством добавления окислителя, например пероксида водорода в концентрации 0,01-500 л Н₂О₂ на 1000 л белковой суспензии, и термообработки при 5-150^oС в течение 1 секунды-48 часов, в предпочтительном варианте приблизительно при 140^oС в течение приблизительно 4 секунд. Подобные мягкие условия окисления предотвращают окисление важных аминокислот, например метионина, и последующее повреждение белка.

На следующем этапе упомянутый раствор глобиновых белков может высушиваться, например, посредством распылительной сушки для получения порошка либо даже дополнительной очистки посредством избирательного осаждения глобинового белка посредством снижения рН суспензии до изоэлектрической точки глобинового белка и промывки осадка.

Окисление связи железо-группа гема на втором этапе в соответствии с предпочтительным вариантом осуществляется в предпочтительном варианте при температуре ниже 50^oС для предотвращения существенного повреждения окислителем белка как такового.

В соответствии с настоящим изобретением белковый продукт может извлекаться, выделяться и подвергаться дополнительной очистке посредством фильтрации (включая диафильтрацию, фильтрование через фильтры с пористой перегородкой, фильтрацию под вакуумом, ультрафильтрацию), декантации, центрифугирования и т. п. , а выделенный глобиновый продукт может факультативно высушиваться, например, посредством сушки в псевдоожиженном слое, сушки вымораживанием, распылительной сушки и т.д.

Эти способы осуществляются путем, известным per se с использованием традиционных методов и устройств.

В предпочтительном варианте глобиновые белковые продукты подвергаются дополнительной очистке посредством избирательного осаждения белка из суспензии белка путем снижения рН суспензии приблизительно до изоэлектрической точки белка и выделения осадка. Этот осадок в последующем может несколько раз промываться и дополнительно сушиться способом, известным per se.

В предпочтительном варианте суспензия глобинового белкового продукта обрабатывается раствором фермента каталазы, который гидролизует остаточный пероксид водорода на воду и кислород, перед фильтрацией, сушкой либо осаждением, для предотвращения окисления аминокислот, в частности в том случае, когда глобиновый белковый продукт предназначен для питания людей.

Упомянутый продукт может получаться и/или распределяться в виде раствора либо суспензии (в жидком или в предпочтительном варианте в замороженном состоянии) как концентрат, в высушенном виде либо в любой иной пригодной форме, известной per se.

Настоящее изобретение, кроме того, дополнительно распространяется на пищевые продукты, в состав которых входят белковые продукты в соответствии с настоящим изобретением и/или производные крови, полученные способом, соответствующим настоящему изобретению.

Более подробное объяснение настоящего изобретения будет представлено далее с помощью примеров, приведенных исключительно в иллюстративных целях без какого-либо ограничения настоящего изобретения какой-либо специфической подробностью, описанной в этих примерах.

Пример 1
Обработка гемоглобиновой фракции в соответствии со способом, соответствующим настоящему изобретению.

1 массовую часть гемоглобиновой фракции свиной крови диспергировали в 7 массовых частях воды при 15^oС. рН упомянутой смеси доводили до значения 12,5 посредством добавления раствора гидроксида натрия в концентрации 6,8 моль/л и смесь выдерживали при упомянутом значении рН при 15^oС в течение 2 часов.

После этого рН упомянутой смеси с помощью 3 М раствора Н₂SO₄ доводили до 10,5.

рН поддерживали на уровне 10,5 в течение 1 часа при комнатной температуре с постепенным добавлением пероксида водорода до полного объема 0,5 части Н₂О₂ на часть гемоглобина. В последующем полученную суспензию разделяли на глобиновый белковый раствор и железосодержащую составляющую посредством ультрафильтрации. После этого обедненная железом глобиновая белковая суспензия подвергается дополнительному обесцвечиванию посредством добавления 0,01 части Н₂О₂ на часть гемоглобина и термообработки при 140^oС в течение 4 секунд.

Обесцвеченный глобиновый белковый раствор обрабатывали каталазой для нейтрализации пероксида водорода и глобиновый белок выделяли посредством доведения полученного обедненного железом обесцвеченного глобинового белкового раствора до изоэлектрической точки глобинового протеина, т.е. до рН 4,5, с последующим центрифугированием.

После промывки осажденного глобинового белка и повторного растворения посредством добавления щелочи, например NaOH, для доведения рН до 7,0 упомянутый раствор подвергается распылительной сушке до получения модифицированного глобинового продукта белого цвета.

Пример 2
Модифицированный глобиновый продукт, соответствующий настоящему изобретению.

При химическом анализе модифицированного глобинового продукта примера 1 были получены следующие данные:
Содержание белка (Кьельдаль-N•6,25) по сухому веществу: 90-98%
Зольность: 3-10%
Жир: 0,5-1,5%
рН (10% раствор): 7-9
Растворимость (1% раствор): >99%
Содержание Fe: <500 млн.^-1
Аминокислотная характеристика упомянутого глобинового продукта представлена в таблице 1 (колонка 4) в сопоставлении с характеристикой типичных коммерческих продуктов.

Вязкость 15% дисперсии глобинового продукта примера 1 при 20^oС, измеренная с помощью вискозиметра со стержнем 4 при 0,3 об/мин, составляла 1-2000 Па•с (по сравнению с высоковязкими казеинатами, вязкость которых составляла около 1500 Па•с, и с типичными соевыми изолятами, вязкость которых также составляла около 1500 Па•с).

Пример 3
Способность к образованию эмульсии и стабильность эмульсии модифицированного глобинового продукта, соответствующего настоящему изобретению.

Способность к образованию эмульсии глобинового продукта примера 1 иллюстрируется получением эмульсии белок/вода/жир.

Типичную эмульсию без нагревания получали, используя 457 массовых частей животного жира, 457 массовых частей воды, 66 массовых частей глобина примера 1 и 20 массовых частей хлорида натрия.

Типичную эмульсию с нагреванием получали, используя 467 массовых частей животного жира, 467 массовых частей воды, 46 массовых частей глобина примера 1 и 20 массовых частей хлорида натрия.

Это соответствует соотношению белка/воды/жира 1/7/7 для эмульсий, получаемых без нагревания, и 1/10/10 для эмульсий, получаемых нагреванием, что весьма благоприятно сопоставляется с соотношениями белка/воды/жира для эмульсий, получаемых без нагревания, соответственно соевого изолята и высоковязкого казеината (1/5/5, соответственно, 1/7/7), и соотношениями белка/воды/жира для эмульсий, получаемых нагреванием, соответственно соевого изолята и казеината низкой вязкости (1/6/10, соответственно, 1/5/5), измеренными в соответствии с "L'Encyclopedic de charcuterie", Дж. К. Френц (J. С. Frentz), Сусанна, 1982.

Нагревание эмульсий, полученных с глобиновым продуктом примера 1, до 100^oС или даже до 120^oС в течение 1 часа, не влияет на их стабильность.

Примеры 4 и 5
Пищевые продукты, в состав которых входят глобиновые продукты, соответствующие настоящему изобретению.

Переработанные мясные продукты получали посредством общих методик, описанных в "L'Encyclopedic de charcuterie", Дж. К. Френц, Сусанна, 1982.

Все количества приведены в массовых частях.

Пример 4: Паштет - приготовление.

Состав:
Свиная печень - 300
Легкоплавкий жир - 480
Цельное яйцо - 50
Молоко при 60^oС - 120
Глобин - 10
Лук - 10
Ингредиенты и добавки - 30 - 1000
Ингредиенты и добавки: нитритная соль: 18 - травы: 5 - полифосфаты: 2 - аскорбиновая кислота: 0,3 - декстроза: 5.

Способ приготовления:
Печень, глобин, яйцо, лук, травы, нитритную соль, полифосфаты и декстрозу помещали в куттер-мешалку в указанном порядке. Куттер-мешалка работала до получения тонкоизмельченной фаршевой эмульсии. После этого добавляли легкоплавкий жир и молоко при 60^oС, за которыми следовало добавление аскорбиновой кислоты, растворенной в воде.

Фаршевую эмульсию раскладывали по горшочкам и подвергали тепловой обработке при температуре 80^oС.

Заключение дегустационной комиссии:
Паштет имеет хороший вкус, запах и цвет, и его практически невозможно отличить от паштета, приготовленного с казеинатом натрия.

Пример 5: Страсбургская колбаса.

Состав:
Нежирная свиная обрезь - 190
Постная говяжья обрезь - 190
Твердый жир - 110
Щековина (свиная) - 130
Лед - 190
Жировая эмульсия 1/7/7 с глобином (см. пример 2) - 150
Ингредиенты и добавки - 40 - 1000
Ингредиенты и добавки: нитритная соль: 18 - полифосфаты: 3 - декстроза: 3 - аскорбиновая кислота: 0,3 - лактоза: 5 - черный перец: 2 - мускатный цвет (мацис): 1 - кориандр: 2 - красный пигмент: 1 - чеснок: 4.

Способ приготовления:
Все ингредиенты помещали в куттер-мешалку в порядке, указанном в составе.

Фаршевой эмульсией заполняли натуральную кишечную оболочку, помещали на 1 час в паровую камеру (50^oС), коптили при 55^oС в течение 1 часа и подвергали тепловой обработке в паровой камере при температуре 75^oС в течение 20 минут.

Заключение дегустационной комиссии:
Колбаса имеет хороший вкус, запах и цвет, и ее практически невозможно отличить от колбасы, приготовленной с казеинатом натрия.

Примеры 6-9 (см. табл.2).

Обработка гемоглобиновых фракций свиной крови в различных условиях в соответствии со способом, соответствующим настоящему изобретению.

1 массовую часть гемоглобиновой фракции свиной крови диспергировали в 10 массовых частях воды при 20^oС. рН полученной смеси доводили до значения 12,8 посредством добавления 5N раствора гидроксида натрия и смесь выдерживали при упомянутом значении рН при 20^oС в течение различных периодов времени, указанных в колонке 2 таблицы 2. После этого рН упомянутой смеси с помощью 3 М раствора Н₂SO₄ доводили до 10,5. рН поддерживали на уровне 10,5 при температуре 20^oС в течение различных периодов времени, указанных в колонке 3 приведенной ниже таблицы, с постепенным добавлением пероксида водорода (количество которого указано в колонке 4 приведенной далее таблицы, в частях Н₂О₂ на часть гемоглобина). Затем полученную суспензию разделяли на глобиновый белок и железосодержащую составляющую посредством ультрафильтрации. Полученный раствор глобинового белка обрабатывали каталозой для нейтрализации остаточных количеств пероксида водорода и подвергали распылительной сушке для получения глобинового белкового продукта.

Формула изобретения

1. Модифицированный глобиновый продукт, полученный из крови или гемоглобина и имеющий изоэлектрическую точку при рН 4-5, содержащий железо менее 1000 млн. ^-1, гистидин : лизин в соотношении 0,6-1,5, тирозин 0,8-2,5 мас. %, метионин 0,6-0,9 мас. %, лизин 6,5-9,0 мас. %.

2. Способ получения модифицированного глобинового продукта из крови или гемоглобина, включающий щелочную обработку исходного материала при рН выше 12 и поддержании температуры ниже 50^oС в течение по меньшей мере 15 мин и последующую обработку полученного продукта окислителем при рН ниже 12 и поддержании температуры ниже 50^oС в течение по меньшей мере 30 мин.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что включает удаление железосодержащих компонентов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2