Способ денатурации сывороточного белка
Группа изобретений относится к способу получения денатурированного сывороточного белка и способу улучшения термостабильности сывороточного белка без использования добавки, такой как органический растворитель. Получают раствор сывороточного белка из сывороточного белка, где раствор имеет pH от 5,5 до 7,0. Происходит непрерывное контактирование и смешивание раствора сывороточного белка с раствором сывороточного белка, протекающим в виде тонкого турбулентного потока между двумя концентрическими цилиндрами. При этом смешенный раствор сывороточного белка, протекающий в виде тонкого турбулентного потока между двумя концентрическими цилиндрами, подвергается воздействию усилия сдвига при скорости сдвига в пределах от 5000 с-1 до 25000 с-1 при температуре в пределах от 76 до 120°C в течение от 8 минут до 0,1 секунды. Денатурированный сывороточный белок имеет средний размер частиц в пределах от 0,3 до 13,8 мкм после тепловой обработки при температуре 85°C в течение 10 минут в тесте на нагревание. Полученный белок имеет улучшенную термостабильность. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 8 табл., 3 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу денатурации сывороточного белка для улучшения его термостабильности и улучшенному денатурированному белку, полученному этим способом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ИЗОБРЕТЕНИЮ.
Сывороточный белок представляет собой белок, присутствующий в молоке, и хорошо известный, как побочный продукт, получаемый главным образом при производстве сыра или казеина. Сывороточный белок представляет собой высококачественный, богатый минеральными веществами, белковый компонент и, следовательно, используется не только в различных пищевых продуктах, но также и в других продуктах, таких как шампуни, кондиционеры для волос и косметика (например, кремы).
Сывороточный белок широко используется в таких различных продуктах, но известно, что сывороточный белок обладает низкой термостабильностью и, следовательно, быстро денатурирует при нагревании до температуры в пределах от 70 до 90°C (непатентный документ 1). Однако, например, при получении пищевых продуктов часто проводят тепловую стерилизацию и, как правило, проводят ее в температурных пределах выше температурных пределов денатурации сывороточного белка. Следовательно, сывороточный белок, содержащийся в продуктах, денатурирует при нагревании его в температурных пределах денатурации, что ведет к повышению вязкости, желированию или агрегации, оказывая негативное воздействие на вкус и внешний вид продуктов. Это приводит к необходимости ограничения содержания сывороточного белка в продуктах или замене сывороточного белка другим белковым материалом.
Следовательно, для снижения негативного воздействия на продукты сывороточного белка, денатурированного при тепловой стерилизации, традиционно сывороточный белок предварительно денатурируют проведением физической или химической обработки. В частности, известно, что предварительно денатурированный сывороточный белок используют для снижения степени термической денатурации сывороточного белка, вызванной тепловой стерилизацией, снижая, таким образом, воздействие денатурации сывороточного белка, такое как повышение вязкости, желирование или агрегация, вызванное нагреванием.
Например, в патентном документе 1 описывается способ денатурации сывороточного белка, включающий проведение обработки, такой как регулирование pH или предварительное нагревание водного раствора, содержащего сывороточный белок, и реагирование сывороточного белка с трансглютаминазой, в качестве фермента, при этом водный раствор нагревают. В патентном документе 2 описывается способ получения белковых микрочастиц, включающий удаление нерастворимых сухих веществ из раствора сывороточного белка, содержащего элемент, относящийся к металлу, и смешивание раствора сывороточного белка с органическим растворителем.
Также известен способ, включающий обработку сывороточного белка, как нагреванием для денатурации, так и приложением сдвигового усилия для образования микрочастиц. В этом способе образование микрочастиц сывороточного белка используют для предотвращения агрегации или осаждения сывороточного белка, или предупреждения излишнего загущения сывороточного белка.
Например, в патентном документе 3 описывается сухой йогурт, содержащий по существу не агрегированные денатурированные белковые сферы или агрегаты из полученного нагреванием концентрата сывороточного белка до температуры выше температуры денатурации сывороточного белка при приложении сдвигового усилия.
Однако ни в патентном документе 1, ни в патентном документе 2 не описывается способ получения денатурированного сывороточного белка, поскольку в способе, описанном в документе 1, применяют фермент или материал, содержащий элемент, относящийся к металлу, а в способе, описанном в документе 2, применяют органический растворитель. Дополнительно, эти способы не являются легкими в применении, поскольку необходимо надежно удалить добавку, такую как фермент или органический растворитель, из продуктов, что приводит к необходимости обеспечения устройством, требуемым для безопасного и надежного удаления такой добавки, и строгий контроль работы устройства.
В патентном документе 3 описывается способ, предложенный в национальной публикации японской патентной заявки № 6-509475, где описывается способ получения денатурированных белковых сфер, и «Simplesse 100» (от CP Kelco), заявленный, как продукт из денатурированных белковых сфер. Однако когда пищевой продукт, такой как мороженое или суп, получают смешиванием таких денатурированных белковых сфер с другими сырьевыми материалами и затем стерилизуют смесь при высокой температуре, возникает проблема, состоящая в том, что при органолептической оценке (сенсорный тест) для оценки текстуры (например, зернистость, мутность, вязкость) и внешнего вида (например, желирование, агрегация) пищевых продуктов, пищевой продукт оценивается, как плохой, в зависимости от типа пищевого продукта из-за избыточной вязкости и зернистости.
Патентный документ 1: Японская патентная заявка, опубликованная для ознакомления № 2000-4786.
Патентный документ 2: Японская патентная заявка, опубликованная для ознакомления № 7-184556.
Патентный документ 3: Японский патент № 3798249.
Непатентный документ 1: «Comprehensive Encyclopedia of Milk». /Под редакцией Yamauchi and Yokoyama, 3-е издание, Asakura Publishing Co., Ltd., стр. 61, 1998.
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ НАСТОЩИМ ИЗОБРЕТЕНИЕМ.
Как указано выше, сывороточный белок денатурируют нагреванием его до температурных пределов денатурации во время тепловой стерилизации, требующейся при получении пищевого продукта, и в результате проявляется такой феномен, как повышение вязкости, желирование или агрегация. Такой феномен оказывает негативное воздействие на вкус и внешний вид продуктов. Дополнительно, также возникает проблема, заключающаяся в том, что в случае, когда продукт, содержащий большое количество сывороточного белка, проходит через стерилизатор пластинчатого типа, велика вероятность адгезии и скопления на пластинах денатурированного белка и, следовательно, затрачивается больше времени и усилий для удаления с пластины денатурированного сывороточного белка.
Следовательно, для предотвращения нежелательной денатурации сывороточного белка необходимо провести предварительную обработку (денатурацию) сывороточного белка для получения улучшенного денатурированного сывороточного белка.
Однако, как указано выше, ни один из традиционных способов денатурации сывороточного белка не позволяет получить улучшенный денатурированный белок.
Следовательно, объект настоящего изобретения относится к обеспечению способа денатурации сывороточного белка, без использования добавок, таких как фермент или органический растворитель, для получения улучшенного денатурированного сывороточного белка, не оказывающего негативного воздействия на вкус и внешний вид продуктов даже при проведении тепловой обработки после денатурации (то есть способу получения улучшенного денатурированного сывороточного белка) и улучшенному денатурированному белку, полученному этим способом.
СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ.
Для достижения указанного выше объекта авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования и установили, что может быть получен улучшенный денатурированный сывороточный белок (модифицированный сывороточный белок) за счет протекания раствора сывороточного белка в виде тонкого турбулентного потока между двумя концентрическими цилиндрами при контактировании и смешивании с раствором сывороточного белка, протекающим радиально от центра окружностей двух концентрических цилиндров, и нагревания и приложения усилия сдвига к смешенному раствору сывороточного белка при высокой скорости, при этом смешенный раствор сывороточного белка протекает в виде тонкого турбулентного потока между двумя концентрическими цилиндрами в цилиндрической статической емкости для смешивания. Способ денатурации сывороточного белка по настоящему изобретению основывается на открытии и делает возможным получение улучшенной денатурации и с получением микрочастиц сывороточного белка. Улучшенный денатурированный сывороточный белок, полученный способом по настоящему изобретению, не вызывает повышения вязкости, желирования или агрегации при высокотемпературной обработке или стерилизации, требующихся, например, при получении пищевых продуктов и, следовательно, не оказывает негативного воздействия на вкус и внешний вид продуктов. Таким образом, улучшенный денатурированный сывороточный белок, полученный способом по настоящему изобретению, имеет значительно улучшенную термостабильность.
Для достижения указанного выше объекта, в первом аспекте настоящее изобретение относится к способу денатурации сывороточного белка для улучшения его термостабильности, способ включает стадии:
1) получение раствора сывороточного белка из сывороточного белка;
2) протекание раствора сывороточного белка в виде тонкого турбулентного потока при заранее заданной скорости сдвига по внешней периферии цилиндра, соприкасаясь и смешиваясь с раствором сывороточного белка, отделенным от тонкого турбулентного потока раствора сывороточного белка, и протекающим радиально от центра окружности цилиндра;
3) приложение усилия сдвига к смешенному раствору сывороточного белка при скорости сдвига в пределах от 5000 с-1 до 25000 с-1, при этом температура смешенного раствора сывороточного белка поднимается в пределах от 76 до 120°C; и
4) приложение усилия сдвига к раствору сывороточного белка с повышенной температурой в пределах от 76 до 120°C при скорости сдвига в пределах от 5000 с-1 до 25000 с-1 в течение от 8 минут до 0,1 секунды, при этом раствор сывороточного белка остается при повышенной температуре.
Раствор сывороточного белка предпочтительно имеет содержание сывороточного белка в пределах от 5 до 18% по массе. Согласно предпочтительному варианту воплощения первого аспекта настоящего изобретения стадии 2), 3), и 4) проводят последовательно.
В первом аспекте настоящее изобретение также относится к способу денатурации сывороточного белка, включающему стадии:
1) получение раствора сывороточного белка из сывороточного белка;
2) подачи раствора сывороточного белка в устройство, в котором раствор сывороточного белка протекает в виде тонкого турбулентного потока при заранее заданной скорости сдвига по внешней периферии цилиндра, соприкасаясь и смешиваясь с раствором сывороточного белка, отделенным от тонкого турбулентного потока раствора сывороточного белка и протекающим радиально от центра окружности цилиндра;
3) приложение усилия сдвига и смешивание раствора сывороточного белка при скорости сдвига в пределах от 5000 с-1 до 25000 с-1, при этом температура смешенного раствора сывороточного белка поднимается в пределах от 76 до 120°C; и
4) приложение усилия сдвига к раствору сывороточного белка с повышенной температурой в пределах от 76 до 120°C при скорости сдвига в пределах от 5000 с-1 до 25000 с-1 в течение от 8 минут до 0,1 секунды, при этом раствор сывороточного белка остается при повышенной температуре.
Раствор сывороточного белка предпочтительно имеет содержание сывороточного белка в пределах от 5 до 18% по массе. Согласно предпочтительному варианту воплощения первого аспекта настоящего изобретения стадии 2), 3), и 4) проводят последовательно.
Дополнительно, согласно предпочтительному варианту воплощения первого аспекта настоящего изобретения приложение сдвигового усилия к раствору сывороточного белка проводят с использованием устройства, включающего цилиндрическую емкость для смешивания с вращающимся валом, расположенным концентрически с осью цилиндрической емкости для смешивания, и ротационный нож с несколько меньшим диаметром, чем таковой у емкости для смешивания, закрепленный на вращающемся валу, с пористым цилиндром, расположенным по его внешней периферической стороне, и имеющим множество пор в радиальном направлении. В этом случае приложение сдвигового усилия к раствору сывороточного белка проводят диспергированием раствора сывороточного белка в виде тонкого турбулентного потока по внутренней поверхности цилиндрической емкости для смешивания за счет вращения ротационного ножа на высокой скорости.
Для достижения указанного выше объекта, во втором аспекте настоящее изобретение относится к улучшенному денатурированному сывороточному белку, полученному способом денатурации сывороточного белка по первому аспекту настоящего изобретения.
Дополнительно также настоящее изобретение относится к следующим пунктам [1]-[7].
[1] Способ денатурации сывороточного белка для получения улучшенного сывороточного белка, включающий стадии:
1) получение раствора сывороточного белка из сывороточного белка;
2A) непрерывное контактирование и смешивание раствора сывороточного белка с раствором сывороточного белка, протекающим в виде тонкого турбулентного потока между двумя концентрическими цилиндрами, при этом смешенный раствор сывороточного белка, протекающий в виде тонкого турбулентного потока между двумя концентрическими цилиндрами, подвергается воздействию усилия сдвига при скорости сдвига в пределах от 5000 с-1 до 25000 с-1 при температуре в пределах от 76 до 120°C в течение от 8 минут до 0,1 секунды;
[2] Способ по [1], дополнительно включающий:
применения устройства, включающего:
цилиндрическую статическую емкость для смешивания;
вращающийся вал, расположенный концентрически с осью статической емкости для смешивания; и
ротационный нож с диаметром несколько меньшим, чем таковой у статической емкости для смешивания, закрепленный на вращающемся валу, с пористым цилиндром, расположенным по его внешней периферической стороне и имеющим множество пор в радиальном направлении,
где контактирование и смешивание раствора сывороточного белка с раствором сывороточного белка, протекающим в виде тонкого турбулентного потока между двумя концентрическими цилиндрами, осуществляется при подаче раствора сывороточного белка внутрь пористого цилиндра, прохождении через поры пористого цилиндра и контактировании и смешивании с раствором сывороточного белка, протекающим в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между статической емкостью для смешивания и пористым цилиндром, за счет вращения ротационного ножа на высокой скорости.
[3] Способ по [1] или [2], дополнительно включающий:
применения устройства, включающего:
цилиндрическую статическую емкость для смешивания;
вращающийся вал, расположенный концентрически с осью статической емкости для смешивания; и
ротационный нож с диаметром несколько меньшим, чем таковой у емкости для смешивания, закрепленный на вращающемся валу, с пористым цилиндром, расположенным по его внешней периферической стороне и имеющим множество пор в радиальном направлении,
где приложение сдвигового усилия к раствору сывороточного белка осуществляют при протекании раствора сывороточного белка в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между статической емкостью для смешивания и пористым цилиндром за счет вращения ротационного ножа на высокой скорости.
[4] Способ по любому из [1]-[3], где раствор сывороточного белка представляет собой раствор с содержанием сывороточного белка в пределах от 5 до 18% по массе.
[5] Способ по любому из [1]-[4], где улучшенный денатурированный сывороточный белок представляет собой сывороточный белок, вкус и/или внешний вид которого сохраняется и/или улучшается даже после тепловой обработки по сравнению с не денатурированным сывороточным белком (то есть сывороточным белком, не прошедшим денатурацию способом по настоящему изобретению).
[6] Улучшенный денатурированный сывороточный белок, полученный способом по настоящему изобретению по любому из [1]-[5], со средним размером частиц в пределах от 0,3 до 13,8 мкм после тепловой обработки при температуре 85°C в течение 10 минут.
ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ.
Улучшенный денатурированный сывороточный белок по настоящему изобретению не вызывает агрегацию, желирование или осаждение частиц сывороточного белка даже при смешивании с пищевыми продуктами и напитками и последующей их тепловой стерилизации (нагревании), что делает возможным получение продуктов с хорошей текстурой и вкусом. Следовательно, улучшенный денатурированный сывороточный белок по настоящему изобретению подходит для применения в качестве пищевого материала в различных пищевых продуктах и напитках, таких как желе, пудинги, мороженое, питьевые йогурты, напитки на основе сока, молочные напитки, переработанное молоко, кофейные напитки, спортивные напитки, супы, хлебобулочные изделия, сухое молоко, сухое молоко, модифицированное для детского питания, и жидкие пищевые продукты. Дополнительно, улучшенный денатурированный сывороточный белок по настоящему изобретению также может быть использован в качестве заменителя жира в продуктах с низким содержанием жира и также подходит для применения в шампунях, кондиционерах для волос и косметике, такой как кремы. Улучшенный денатурированный сывороточный белок по настоящему изобретению по существу подходит для применения в напитках, таких как питьевые йогурты, поскольку не подвержен осаждению за счет хорошей диспергируемости и свободен от зернистости и, следовательно, имеет ощущение гладкости при глотании.
Дополнительно, улучшенный денатурированный сывороточный белок по настоящему изобретению очень безопасен для применения в пищевых продуктах и напитках, поскольку может быть получен без применения добавок, таких как ферменты или органические растворители. Следовательно, улучшенный денатурированный сывороточный белок по настоящему изобретению может быть использован для получения продуктов, содержащих сывороточный белок, без применения какого-либо устройства для удаления из продуктов добавки, такой как фермент или органический растворитель.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Фигура 1 - схематическое изображение в разрезе одного из примеров устройства для приложения сдвига, используемого в настоящем изобретении;
Фигура 2 - изображение поверхности частиц улучшенного сывороточного белка по настоящему изобретению под сканирующим зондовым микроскопом; и
Фигура 3 - изображение поверхности частиц сывороточного белка, полученного как контрольный образец, под сканирующим зондовым микроскопом.
ОПИСАНИЕ НОМЕРОВ ПОЗИЦИЙ.
1 - устройство для приложения сдвига;
2 - статическая емкость для смешивания;
3 - ротационный нож;
3a - вращающийся вал ротационного ножа;
3b - пористый цилиндр ротационного ножа;
3c - плечо ротационного ножа;
4 - подающий патрубок;
5 - подающий патрубок.
НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее детально описан предпочтительный вариант воплощения настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение не ограничивается следующим вариантом его воплощения, и могут быть сделаны различные изменения, не выходящие за объем притязаний настоящего изобретения. Следует отметить, что все проценты (%), приведенные в описании, приведены по массе, если ясно не указано иное.
Сывороточный белок
Сывороточный белок, используемый в качестве сырьевого материала в настоящем изобретении, по существу неограничен при условии, что это - сывороточный белок, представляющий собой белок, полученный из коровьего молока. Может быть использован, например, сывороточный белок, полученный очисткой сырьевого материала, содержащего сывороточный белок, такого как коровье молоко, обезжиренное молоко, сухое цельное молоко или сухое обезжиренное молоко, полученное традиционным способом.
В качестве способа очистки сырьевого материала, содержащего сывороточный белок, может быть упомянут способ, в котором казеин и молочный жир удаляют из коровьего молока или обезжиренного молока добавлением сычужного фермента или аналогичного ему. Этот способ может дополнительно включать стадию гельфильтрации, ультрафильтрации или ионообмена с получением КСБ (WPC) (концентрата сывороточного белка) или ИСБ (WPI) (изолята сывороточного белка). Может быть использован полученный таким образом КСБ (WPC) или ИСБ (WPI). Дополнительно также могут быть использованы различные продукты сывороточного белка, такие как коммерчески доступный КСБ (WPC) и ИСБ (WPI). Непосредственно могут быть использованы традиционные молочные продукты, содержащие сывороточный белок, такие как сырое молоко, обезжиренное молоко и сухое обезжиренное молоко.
Следует отметить, что растворитель, используемый для растворения порошкообразных продуктов, по существу неограничен, и подходящим для использования растворителем может быть такой как вода, сырое молоко или обезжиренное молоко.
В качестве сывороточного белка (сырьевого материала) для денатурации способом по настоящему изобретению предпочтительно используют WPC80 (от Milei GmbH, Германия под торговой маркой «Milei 80»), представляющий собой концентрат сывороточного белка с высоким содержанием белка в виду его низкой стоимости, исходя из содержания белка и легкой доступности и возможности достижения эффективной обработки сывороточного белка. Следует отметить, что приведенное числовое значение «WPC80» или «WPC50», используемое в настоящем изобретении, указывает на содержание сывороточного белка в продукте. Это означает, что содержание сывороточного белка в WPC80 составляет около 80%, и содержание сывороточного белка в WPC50 составляет около 50%.
Улучшенная денатурация
Используемый здесь в отношении сывороточного белка термин «улучшенный денатурированный» относится к его состоянию, оцениваемому как «хорошее» в отношении его «термостабильности», определение которой будет дано ниже. Используемый здесь термин «улучшенный денатурированный сывороточный белок» (модифицированный сывороточный белок) относится к сывороточному белку, чья «термостабильность» является «хорошей». В частности, термин «термостабильность является хорошей» означает, что вкус и/или внешний вид улучшенного денатурированного сывороточного белка сохраняется и/или даже улучшается после тепловой обработки по сравнению с не денатурированным сывороточным белком (то есть сывороточным белком, не модифицированным способом по настоящему изобретению).
Способ денатурации сывороточного белка
Способ денатурации сывороточного белка по настоящему изобретению включает следующие стадии 1)-4):
1) получение раствора сывороточного белка из сывороточного белка с содержанием последнего в пределах от 5 до 18% по массе;
2) протекание раствора сывороточного белка в виде тонкого турбулентного потока при заранее заданной скорости сдвига по внешней периферии цилиндра при контактировании и смешивании с раствором сывороточного белка, отделенным от тонкого турбулентного потока раствора сывороточного белка и протекающим радиально от центра окружности цилиндра;
3) приложение усилия сдвига к смешенному раствору сывороточного белка при скорости сдвига в пределах от 5000 с-1 до 25000 с-1, при этом температура смешенного раствора сывороточного белка поднимается в пределах от 76 до 120°C; и
4) приложение усилия сдвига к раствору сывороточного белка с повышенной температурой в пределах от 76 до 120°C при скорости сдвига в пределах от 5000 с-1 до 25000 с-1 в течение от 8 минут до 0,1 секунды, при этом раствор сывороточного белка остается при повышенной температуре.
Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения стадии 2) - 4) проводят в устройстве последовательно и одновременно.
Способ денатурации сывороточного белка с получением улучшенного денатурированного сывороточного белка (способ получения улучшенного денатурированного сывороточного белка) по настоящему изобретению, включает следующие стадии 1) и 2A):
1) получение раствора сывороточного белка из сывороточного белка (предпочтительно содержание сывороточного белка в растворе сывороточного белка составляет в пределах от 5 до 18% по массе);
2A) непрерывное контактирование и смешивание раствора сывороточного белка с раствором сывороточного белка, протекающим в виде тонкого турбулентного потока между двумя концентрическими цилиндрами, при этом смешенный раствор сывороточного белка, протекающий в виде тонкого турбулентного потока между двумя концентрическими цилиндрами, подвергается воздействию усилия сдвига при скорости сдвига в пределах от 5000 с-1 до 25000 с-1 при температуре в пределах от 76 до 120°C в течение от 8 минут до 0,1 секунды.
В способе денатурации раствора сывороточного белка по настоящему изобретению концентрация раствора сывороточного белка выражена через содержание сывороточного белка предпочтительно в пределах от 5 до 18% по массе, и предпочтительно в пределах от 10 до 18% по массе, более предпочтительно в пределах от 10 до 16% по массе, с точки зрения эффективности приложения сдвигового усилия. Приложение сдвигового усилия к раствору сывороточного белка, чья концентрация составляет в указанных выше пределах, позволяет осуществить эффективную денатурацию сывороточного белка, не вызывая желирования или агрегацию.
В способе денатурации раствора сывороточного белка по настоящему изобретению pH раствора сывороточного белка находится в нейтральных пределах, но может быть и в слабокислых пределах. Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения pH раствора сывороточного белка составляет в пределах от 5,5 до 7,5, предпочтительно в пределах от 6,0 до 7,0, более предпочтительно в пределах от 6,0 до 6,5.
Раствор сывороточного белка с концентрацией в указанных выше пределах помещают в заранее выбранное устройство для приложения сдвигового усилия и прилагают сдвиговое усилие. При этом емкость для смешивания устройства для приложения сдвигового усилия может находиться при комнатной температуре или может находиться при любой температуре, 60°C или ниже за счет предварительного нагревания горячей водой, циркулирующей в водяной рубашке емкости для смешивания.
Затем раствор сывороточного белка помещают в устройство для приложения сдвигового усилия, приложение сдвигового усилия к раствору сывороточного белка и повышение температуры емкости для смешивания устройства для приложения сдвигового усилия (стадия предварительного нагревания) проводят при скорости сдвига, прилагаемого к раствору сывороточного белка, в пределах от 5000 с-1 до 25000 с-1, предпочтительно в пределах от 10000 с-1 до 25000 с-1. Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения повышение температуры емкости для смешивания устройства для приложения сдвигового усилия достигается в течение очень короткого периода времени и, следовательно, общее время предварительного нагревания и тепловой обработки может рассматриваться в качестве времени выдержки при тепловой обработке.
После повышения температуры раствора сывороточного белка до заранее заданной на стадии предварительного нагревания, раствор сывороточного белка подвергают тепловой обработке (стадия конечного нагревания), поддерживая раствор сывороточного белка при заранее заданной температуре в течение заранее заданного периода времени, при этом проводят непрерывную обработку приложением сдвигового усилия к раствору сывороточного белка. При этом скорость сдвига, прилагаемого к раствору сывороточного белка, предпочтительно составляет в пределах от 5000 с-1 до 25000 с-1, более предпочтительно в пределах от 7500 с-1 до 25000 с-1, предпочтительно в пределах от 10000 с-1 до 25000 с-1, таким образом, не происходит желирование и агрегация при проведении теста на нагревание после обработки приложением сдвигового усилия. Время выдержки при тепловой обработке может быть установлено в зависимости от температуры, при которой выдерживают раствор сывороточного белка, но, как правило, оно составляет в пределах от 45 минут (2700 секунд) до 0,1 секунды, предпочтительно в пределах от 30 минут (1800 секунд) до 0,1 секунды, более предпочтительно в пределах от 20 минут (1200 секунд) до 0,1 секунды, еще более предпочтительно в пределах от 10 минут (600 секунд) до 0,1 секунды, еще более предпочтительно в пределах от 8 минут (480 секунд) до 0,1 секунды, еще более предпочтительно в пределах от 360 секунд до 0,1 секунды, еще более предпочтительно в пределах от 240 секунд до 0,1 секунды, еще более предпочтительно в пределах от 120 секунд до 0,1 секунды, еще более предпочтительно в пределах от 60 секунд до 0,1 секунды, еще более предпочтительно в пределах от 30 секунд до 0,1 секунды, еще более предпочтительно в пределах от 20 секунд до 0,1 секунды, и наиболее предпочтительно в пределах от 10 секунд до 0,1 секунды.
Как указано выше, в способе денатурации сывороточного белка по настоящему изобретению обработку приложением сдвигового усилия и тепловую обработку предпочтительно проводят одновременно. Это позволяет получить частицы сывороточного белка, как измерено в условиях, описанных в настоящем изобретении (которые будут описаны ниже), в пределах от 0,3 до 13,8 мкм, предпочтительно в пределах 0,5 до 13,4 мкм, более предпочтительно в пределах от 0,5 до 10 мкм, еще более предпочтительно в пределах от 0,6 до 6 мкм, еще более предпочтительно в пределах от 0,6 до 3,42 мкм, и еще более предпочтительно в пределах от 0,6 до 1,87 мкм. Дополнительно, текстура денатурированного сывороточного белка, полученного способом по настоящему изобретению, гладкая и менее густая по сравнению с традиционным сывороточным белком.
Стадия приложения сдвигового усилия
Стадию приложения сдвигового усилия проводят при использовании устройства для приложения сдвигового усилия, и это является наибольшим отличием способа денатурации сывороточного белка по настоящему изобретению.
Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения стадию приложения сдвигового усилия поводят следующим образом. Раствор сывороточного белка, полученный способом по настоящему изобретению, поступает из пространства рядом с центром круглого дна статической емкости для смешивания, радиально диспергируется из пространства рядом с центром круглого дна статической емкости для смешивания по направлению к раствору сывороточного белка, уже протекающему в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве за счет высокой скорости вращения ротационного ножа, достигает внешней поверхности пористого цилиндра ротационного ножа, получает центробежное ускорение, создаваемое высокой скоростью вращения ротационного ножа, проходит через множество пор пористого цилиндра в цилиндрическое пространство между внешней поверхностью пористого цилиндра ротационного ножа и внутренней поверхностью статической емкости для смешивания и течет в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между внешней поверхностью пористого цилиндра ротационного ножа и внутренней поверхностью статической емкости для смешивания за счет высокой скорости вращения ротационного ножа. Таким образом, непрерывно подаваемый раствор сывороточного белка проходит, соприкасается, смешивается и затем диспергируется в раствор сывороточного белка, уже протекающий в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между внешней поверхностью пористого цилиндра ротационного ножа и внутренней поверхностью статической емкости для смешивания. Раствор сывороточного белка, достигший внутренней периферической поверхности пористого цилиндра ротационного ножа, образует тонкий слой на внутренней периферической поверхности за счет центробежного ускорения и проходит через поры пористого цилиндра, таким образом, непрерывно доставляя раствор сывороточного белка на внешнюю периферическую поверхность пористого цилиндра ротационного ножа, при этом ротационный нож продолжает вращаться с высокой скоростью. Раствор сывороточного белка, который поддерживают текущим в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между внешней поверхностью (внешней периферической поверхностью) пористого цилиндра ротационного ножа и внутренней поверхностью (внутренней периферической поверхностью) статической емкости для смешивания за счет центробежного ускорения, созданного высокой скоростью вращения ротационного ножа, подвергается воздействию сдвигового усилия из-за разницы в скорости вращения между внутренней поверхностью статической емкости для смешивания и внешней поверхностью пористого цилиндра ротационного ножа.
Согласно другому предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения стадию приложения сдвигового усилия проводят следующим образом. Раствор сывороточного белка, полученный способом по настоящему изобретению, получает центробежное ускорение, созданное высокой скоростью вращения ротационного ножа, проходит в цилиндрическое пространство между внешней поверхностью пористого цилиндра ротационного ножа и внутренней поверхностью статической емкости для смешивания через поры пористого цилиндра и соприкасается, смешивается и диспергируется в растворе сывороточного белка, уже протекающем в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве за счет высокой скорости вращения ротационного ножа. Раствор сывороточного белка, поддерживаемый протекающим в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между внешней поверхностью (внешней периферической поверхностью) пористого цилиндра ротационного ножа и внутренней поверхностью (внутренней периферической поверхностью) статической емкости для смешивания за счет центробежного ускорения, созданного высокой скоростью вращения ротационного ножа, подвергается воздействию сдвигового усилия из-за разницы в скорости вращения между внутренней поверхностью статической емкости для смешивания и внешней поверхностью пористого цилиндра ротационного ножа. Раствор сывороточного белка, поступающий из центра окружности пористого цилиндра и непрерывно проходящий через поры пористого цилиндра, получает сильное центробежное ускорение и, следовательно, распыляется и смешивается с раствором сывороточного белка, протекающим в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между внешней периферической поверхностью пористого цилиндра ротационного ножа и внутренней периферической поверхностью статической емкости для смешивания. При этом раствор сывороточного белка протекает в различных направлениях, соприкасаясь и смешиваясь друг с другом, что вызывает, таким образом, смешивание. Это эффективно поддерживает сдвиговое усилие.
Стадия приложения сдвигового усилия по настоящему изобретению может быть проведена любым из указанных выше способов приложения сдвигового усилия.
Как указано выше, раствор сывороточного белка, поступающий из центра окружности пористого цилиндра и непрерывно проходящий через поры пористого цилиндра, получает сильное центробежное ускорение и, следовательно, распыляется и смешивается с раствором сывороточного белка, протекающим в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между внешней периферической поверхностью пористого цилиндра ротационного ножа и внутренней периферической поверхностью статической емкости для смешивания. При этом раствор сывороточного белка протекает в различных направлениях, соприкасаясь и смешиваясь друг с другом, что вызывает, таким образом, смешивание. Это эффективно поддерживает сдвиговое усилие.
Когда раствор сывороточного белка, образующий тонкий слой на внутренней периферической поверхности пористого цилиндра, проходит на внешнюю периферическую поверхность пористого цилиндра через поры пористого цилиндра, тоже количество раствора сывороточного белка, протекающее в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между внешней поверхностью (внешней периферической поверхностью) пористого цилиндра и внутренней поверхностью (внутренней периферической поверхностью) статической емкости для смешивания, снова поступает внутрь пористого цилиндра через верхний и нижний торцы пористого цилиндра. Следовательно, раствор сывороточного белка, прошедший через поры пористого цилиндра, и раствор сывороточного белка, протекающий в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между внешней поверхностью (внешней периферической поверхностью) пористого цилиндра и внутренней поверхностью (внутренней периферической поверхностью) статической емкости для смешивания, непрерывно соприкасаются и смешиваются друг с другом, при этом ротационный нож непрерывно вращается с высокой скоростью. Поток раствора сывороточного белка, подаваемый через подающий патрубок, соединяется с потоком сывороточного белка, снова поступающим внутрь пористого цилиндра. Следовательно, возникает турбулентный поток, создаваемый смешиванием и поддерживаемый сдвиговым усилием за счет непрерывного смешивания, при этом ротационный нож непрерывно вращается с высокой скоростью.
После начала приложения сдвигового усилия к раствору сывороточного белка температуру раствора сывороточного белка повышают до целевого показателя и затем поддерживают на постоянном уровне. Температура, при которой выдерживают раствор сывороточного белка, может регулироваться горячей или холодной водой, циркулирующей в водяной рубашке емкости для смешивания. По истечении заранее заданного времени выдержки, раствор сывороточного белка быстро охлаждают холодной водой, циркулирующей в водяной рубашке устройства для приложения сдвигового усилия, затем выгружают через выходное отверстие и собирают.
Следует отметить, что в настоящем изобретении скорость сдвига представляет собой соотношение скорости (V) смешивающего ножа в направлении по касательной к зазору (C) между вершиной смешивающего ножа и стенкой цилиндра в устройстве для приложения сдвигового усилия, что оказывает сдвиговое усилие, и является физической величиной, измеряемым в 1/сек. Следовательно, меньший зазор и большая скорость смешивающего ножа в направлении касательной увеличивают скорость сдвига. Скорость сдвига может быть определена при использовании следующего уравнения.
Скорость сдвига (s-1)=V/C
Температура при приложении сдвигового усилия может быть отрегулирована до любого показателя при условии, что она составляет 130°C или менее. Однако в настоящем изобретении для сохранения качества сывороточного белка температура при приложении сдвигового усилия может составлять в пределах от 76 до 120°C, предпочтительно в пределах от 80 до 120°C, более предпочтительно в пределах от 85 до 120°C. Дополнительно, с точки зрения технологичности, при атмосферном давлении температура при приложении сдвигового усилия составляет в пределах от 76 до 100°C, предпочтительно в пределах от 80 до 100°C, более предпочтительно в пределах от 85 до 100°C. При выборе более высокой температуры при приложении сдвигового усилия настоящее изобретение может быть подходящим образом осуществлено даже при более коротком времени выдержки. В случае, когда температура при приложении сдвигового усилия установлена на показатель в пределах, включающих 76°C, как самую низкую температуру, время выдержки предпочтительно составляет 8 минут (480 секунд) или более. В случае, когда температура при приложении сдвигового усилия установлена на показатель в пределах, включающих 80°C, как самую низкую температуру, время выдержки предпочтительно составляет 1 минут (60 секунд) или более. В случае, когда температура при приложении сдвигового усилия установлена на показатель в пределах, включающих 85°C, как самую низкую температуру, время выдержки предпочтительно составляет 0,1 секунду или более. Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения, в случае, когда температура при приложении сдвигового усилия составляет в пределах от 80 до 120°C, время выдержки может составлять в пределах от 480 до 60 секунд. Согласно другому предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения, в случае, когда температура при приложении сдвигового усилия составляет в пределах от 85 до 120°C, время выдержки может составлять в пределах от 480 до 0,1 секунд. Согласно другому предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения, в случае, когда температура при приложении сдвигового усилия составляет в пределах от 80 до 100°C, время выдержки может составлять в пределах от 480 до 60 секунд. Согласно другому предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения, в случае, когда температура при приложении сдвигового усилия составляет в пределах от 85 до 100°C, время выдержки может составлять в пределах от 480 до 0,1 секунд. Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения может быть использована комбинация температуры при приложении сдвигового усилия 76°C или выше, но ниже 80°C и времени выдержки 8 минут или дольше, но 30 минут или меньше, комбинация температуры при приложении сдвигового усилия 80°C или выше, но ниже 85°C и времени выдержки 60 секунд или дольше, но меньше 8 минут, и комбинация температуры при приложении сдвигового усилия 85°C или выше, но 120°C или ниже и времени выдержки в пределах от 480 до 0,1 секунд.
Устройство для приложения сдвига
Устройство для приложения сдвига, используемое в настоящем изобретении, включает цилиндрическую статическую емкость для смешивания, ротационный нож и вращающийся вал. Вращающийся вал расположен концентрически с осью статической емкости для смешивания. Ротационный нож включает пористый цилиндр с внешней периферической стороной и диаметром несколько меньшим, чем таковой у статической емкости для смешивания. Пористый цилиндр представляет собой цилиндрическое тело с множеством пор, расположенных радиально. Ротационный нож закреплен на вращающемся валу. Устройство для приложения сдвига прикладывает сдвиговое усилие к раствору сывороточного белка, позволяя раствору сывороточного белка течь в виде тонкого турбулентного потока по внутренней поверхности статической емкости для смешивания за счет высокой скорости вращения ротационного ножа. Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения внутренняя периферическая поверхность статической емкости для смешивания имеет неровности поверхности. На Фигуре 1 приведено схематическое изображение в разрезе одного из примеров устройства для приложения сдвига, используемого в настоящем изобретении. Устройство для приложения сдвигового усилия 1 включает цилиндрическую статическую емкость для смешивания 2, ротационный нож 3 и подающие патрубки 4 и 5. Ротационный нож 3 и подающие патрубки 4 и 5 расположены внутри статической емкости для смешивания 2.
Ротационный нож 3 включает вращающийся вал 3a, плечо 3c, и пористый цилиндр 3b. Плечо 3c позволяет пористому цилиндру 3b вращаться вместе с вращающимся валом 3a. Пористый цилиндр 3b имеет множество пор (не показано), расположенных радиально, и плечо 3c имеет две или более открытых пор (не показано), расположенных в продольном направлении к вращающемуся валу. Подающие патрубки 4 и 5 расположены рядом с центром круглого дна статической емкости для смешивания 2 для подачи заранее полученного раствора сывороточного белка в устройство для приложения сдвигового усилия 1. Раствор сывороточного белка, поданный в устройство для приложения сдвига 1, радиально диспергируется из пространства рядом с выходным отверстием подающих трубопроводов 4 и 5 по направлению к раствору сывороточного белка, уже протекающему в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве за счет высокой скорости вращения ротационного ножа 3, достигает внутренней поверхности пористого цилиндра 3b, получает центробежное ускорение, созданное высокоскоростным вращением ротационного ножа 3, проходит через поры пористого цилиндра 3b в цилиндрическом пространстве между внешней поверхностью пористого цилиндра 3b и внутренней поверхностью статической емкости для смешивания 2, и затем течет в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве за счет высокоскоростного вращения ротационного ножа 3. Таким образом, непрерывно подаваемый раствор сывороточного белка проходит, соприкасается, смешивается и затем диспергируется в растворе сывороточного белка, уже протекающем в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве. Раствор сывороточного белка, поддерживаемый текущим в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между внешней поверхностью (внешней периферической поверхностью) пористого цилиндра 3b и внутренней поверхностью (внутренней периферической поверхностью) статической емкости для смешивания 2 за счет центробежного ускорения, созданного высокоскоростным вращением ротационного ножа 3, подвергается воздействию сдвигового усилия из-за разницы в скорости вращения между внутренней поверхностью статической емкости для смешивания 2 и внешней поверхностью пористого цилиндра 3b. Раствор сывороточного белка, поступающий из центра окружности пористого цилиндра 3b и непрерывно проходящий через поры пористого цилиндра 3b, получает сильное центробежное ускорение и, следовательно, радиально распыляется и смешивается с раствором сывороточного белка, протекающим в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между внешней периферической поверхностью пористого цилиндра 3b и внутренней периферической поверхностью статической емкости для смешивания 2. При этом раствор сывороточного белка протекает в различных направлениях, соприкасаясь и смешиваясь друг с другом, что вызывает, таким образом, смешивание. Это эффективно поддерживает сдвиговое усилие. Когда раствор сывороточного белка, образующий тонкий слой на внутренней периферической поверхности пористого цилиндра 3b, проходит на внешнюю периферическую поверхность пористого цилиндра 3b через поры пористого цилиндра 3b, тоже количество раствора сывороточного белка поступает из цилиндрического пространства между внешней поверхностью (внешней периферической поверхностью) пористого цилиндра 3b и внутренней поверхностью (внутренней периферической поверхностью) статической емкости для смешивания 2 и/или из подающих патрубков 4 и 5. Следовательно, раствор сывороточного белка, прошедший через поры пористого цилиндра 3b, и раствор сывороточного белка, протекающий в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между внешней поверхностью пористого цилиндра 3b и внутренней поверхностью статической емкости для смешивания 2, непрерывно соприкасаются и смешиваются друг с другом, при этом ротационный нож 3 непрерывно вращается с высокой скоростью. Следовательно, возникает турбулентный поток, создаваемый смешиванием и поддерживаемый сдвиговым усилием за счет непрерывного смешивания, при этом ротационный нож 3 непрерывно вращается с высокой скоростью. Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения статическая емкость для смешивания 2 включает устройство контроля температуры (не показано), такое как водяная рубашка, обеспечивающее циркуляцию воды с заданной температурой. Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения устройство для приложения сдвигового усилия включает выпускной патрубок (не показан) для выгрузки раствора улучшенного денатурированного сывороточного белка. Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения, устройство для приложения сдвигового усилия 1 включает обшивочный изоляционный материал (не показан) внутри статической емкости для смешивания 2. Этот изоляционный материал (не показан) расположен по внутренней поверхности статической емкости для смешивания 2 и расположен в положении выше, чем верхний торец пористого цилиндра 3b, и представляет собой обшивочный изоляционный материал кольцеобразной формы, расположенный от внутренней поверхности статической емкости для смешивания 2 до пространства рядом с вращающимся валом 3a в направлении к центру окружности цилиндрической статической емкости для смешивания 2. Обшивочный изоляционный материал предотвращает протекание раствора сывороточного белка в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве от достижения нежелательно высокого уровня на внутренней поверхности статической емкости для смешивания 2 или направляет раствор сывороточного белка, протекающий над обшивочным изоляционным материалом, в выпускной патрубок (не показан), таким образом, раствор улучшенного денатурированного сывороточного белка подвергается воздействию сдвигового усилия и может непрерывно выгружаться через выпускной патрубок.
Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения статическая емкость для смешивания снабжена снаружи, водяной рубашкой таким образом, что может регулироваться температура обрабатываемой жидкости, она охлаждается или нагревается подачей холодной или горячей воды в водяную рубашку.
Согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения ряд каналов потока для доставки образцов жидкости, включая выпускное отверстие для жидкости и впускные патрубки статической емкости для смешивания, могут создавать закрытую систему и обеспечены нагнетательным насосом и клапаном давления. Давление внутри закрытой системы может быть установлено на любом показателе за счет работы нагнетательного насоса и клапана давления. Нагнетательный насос используют в качестве продавочного насоса для нагревания образца жидкости до температуры 100°C или более или для предотвращения кипения образца жидкости, когда образец жидкости нагревают до температуры около 100°C. При использовании нагнетательного насоса температура обрабатываемой жидкости может быть повышена до 130°C.
Когда жидкость проходит обработку в устройстве для приложения сдвигового усилия и к ней прилагают сдвиговое усилие, то за счет трения ротационного ножа и обрабатываемой жидкости генерируется тепло. Следовательно, при приложении сдвигового усилия более 10000 с-1 раствор сывороточного белка может быть нагрет при использовании тепла, генерированного трением. Тепло, генерированное энергией, созданной на стадии приложения сдвигового усилия, указано как «тепло сдвигового усилия».
В качестве устройства, используемого на стадии смешивания способа по настоящему изобретению в качестве примера может быть приведено «FILMICS (зарегистрированная торговая марка) FM-80-50» (от Primix Corporation). В частности, в качестве примера может быть приведено устройство для смешивания с высоким сдвиговым усилием, описанное в выложенной японской патентной заявке № 2007-125454, в частности устройство, приведенное на Фигурах 1 и 2 в JP-A № 2007-125454. Однако устройство для приложения сдвигового усилия не ограничивается ими и может быть использовано любое устройство для приложения сдвигового усилия, при условии, что может прилагаться аналогичное сдвиговое усилие.
Термостабильность сывороточного белка
Улучшенный денатурированный сывороточный белок, полученный способом по настоящему изобретению, не обладает таким свойством, как агрегация, желирование или осаждение сывороточного белка, вызываемыми повторным нагреванием до температуры выше температуры денатурации сывороточного белка, этот улучшенный денатурированный сывороточный белок, полученный способом по настоящему изобретению, имеет хорошую термостабильность. Следовательно, улучшенный денатурированный сывороточный белок подходит для применения в качестве сырьевого материала в пищевых продуктах и напитках, получаемых при использовании тепловой стерилизации.
Используемый здесь термин «агрегация, желирование или осаждение сывороточного белка, вызываемое повторным нагреванием» означает, что агрегация частиц сывороточного белка, не вызвана при тесте на нагревание (нагревание до температуры 85°C в течение 10 минут), имитирующем тепловую стерилизацию при получении пищевого продукта, и средний размер частиц сохраняется в пределах от 0,3 до 13,8 мкм даже после теста на нагревание, и текстура (например, зернистость, пыльность, густота) и внешний вид (например, желирование, агрегация) сывороточного белка оцениваются, как хорошие в тесте на сенсорную оценку, проведенном после теста на нагревание (то есть текстура и внешний вид сывороточного продукта остаются хорошими).
Следует отметить, что термостабильность сывороточного белка по настоящему изобретению может быть оценена следующим образом. Образец, содержащий сывороточный белок растворяют для получения образца раствора, содержащего образец, содержащий сывороточный белок, с содержанием сухих веществ 12,5% по массе, образец раствора подвергают тепловой обработке при температуре 85°C в течение 10 минут и затем проводят тест на сенсорную оценку и измеряют средний размер частиц прошедшего тепловую обработку образца раствора.
Тест на сенсорную оценку
В настоящем изобретении тест на сенсорную оценку проводят следующим образом при участии комиссии квалифицированных дегустаторов в составе от 5 до 10 экспертов. Как указано выше, образец, содержащий сывороточный белок, растворяют для получения раствора образца, содержащего образец, содержащий сывороточный белок с содержанием сухих веществ 12,5% по массе, подвергают тепловой обработке при температуре 85°C в течение 10 минут и затем проводят тест на сенсорную оценку и на оценку внешнего вида прошедшего тепловую обработку раствора образца. В частности, оценивают текстуру (например, зернистость, мутность, вязкость) и внешний вид (например, желирование, агрегация) раствора образца, каждый оценивают при использовании оценочной шкалы в пределах от 0 (самая низкая оценка) до 3 (наивысшая оценка) с шагом 1 и рассчитывают среднюю оценку, данную комиссией из квалифицированных дегустаторов. В случае, когда рассчитанная средняя оценка A составляет более 2, но 3 или менее (то есть 2<A≤3), сенсорную оценку по результатам теста определяют, как «хорошую», в случае, когда рассчитанная средняя оценка A составляет более 1, но 2 или менее (то есть 1<A≤2), сенсорную оценку по результатам теста определяют, как «удовлетворительную», и в случае, когда рассчитанная средняя оценка A составляет 0 или более, но 1 или менее (то есть 0≤A≤1), сенсорную оценку по результатам теста определяют, как «плохую». В случае, когда сенсорную оценку по результатам теста определяют, как «хорошую», термостабильность образца, содержащего сывороточный белок, оценивают, как «хорошую», в случае, когда сенсорную оценку по результатам теста определяют, как «удовлетворительную», термостабильность образца, содержащего сывороточный белок, оценивают, как «удовлетворительную», и в случае, когда сенсорную оценку по результатам теста определяют, как «плохую», термостабильность образца, содержащего сывороточный белок, оценивают, как «плохую».
Средний размер частиц
В настоящем изобретении средний размер частиц сывороточного белка может быть измерен следующим образом. Сначала, как указано выше, образец, содержащий сывороточный белок, растворяют для получения раствора образца, содержащего образец, содержащий сывороточный белок с содержанием сухих веществ 12,5% по массе, раствор образца подвергают тепловой обработке при температуре 85°C в течение 10 минут. Затем прошедший тепловую обработку раствор образца анализируют, например, при использовании анализатора лазерной дифракции распределения размеров частиц для определения среднего размера частиц сывороточного белка.
Взаимосвязь между термостабильностью сывороточного белка, оцененной при проведении теста на сенсорную оценку, и физическими свойствами сывороточного белка приведена ниже, как Контрольный пример.
Контрольный пример
Образец, содержащий сывороточный белок, растворяют для получения раствора образца, содержащего образец, содержащий сывороточный белок с содержанием сухих веществ 12,5% по массе, раствор образца подвергают тепловой обработке при температуре 85°C в течение 10 минут и затем прошедший тепловую обработку раствор образца тестируют на сенсорную оценку. Дополнительно измеряют средний размер частиц сывороточного белка, содержащихся в прошедшем тепловую обработку растворе образца, как физическое свойство прошедшего тепловую обработку сывороточного белка для определения взаимосвязи между результатами теста на сенсорную оценку и средним размером частиц сывороточного белка.
Следует отметить, что в настоящем изобретении, средний размер частиц (то есть размер частиц при 50% распределения кумулятивной вероятности) сывороточного белка, содержащихся в прошедшем тепловую обработку растворе образца, измеряют при использовании анализатора лазерной дифракции распределения размеров частиц (от Horiba, Ltd. под торговой маркой «LA-500») в условиях, когда скорость циркуляционного течения установлена на 2 уровень и скорость смешивания установлена на 2 уровень.
Из таблицы 1 видно, что в случае, когда средний размер частиц прошедшего тепловую обработку сывороточного белка составляет менее 13,9 мкм, результат теста на сенсорную оценку «хороший» и, в частности, в случае, когда средний размер частиц прошедшего тепловую обработку сывороточного белка составляет в пределах от 0,3 до 13,8 мкм, сывороточный белок имеет хорошую текстуру и внешний вид.
Результаты означают, что в случае, когда средний размер частиц прошедшего тепловую обработку сывороточного белка составляет менее 13,9 мкм, в частности, в пределах от 0,3 до 13,8 мкм, термостабильность сывороточного белка может быть оценена, как «хорошая». Следовательно, в случае, когда средний размер частиц сывороточного белка, полученного способом по настоящему изобретению, составляет в пределах от 0,3 до 13,8 мкм, можно сделать вывод, что сывороточный белок представляет собой улучшенный денатурированный сывороточный белок. Дополнительно, такой улучшенный денатурированный сывороточный белок может быть определен, как сывороточный белок с очень тонким распределением размера частиц с хорошим воздействием на вкус и внешним видом.
| Таблица 1 | |
| Средний размер частиц сывороточного белка (мкм) | Сенсорная оценка |
| 0,6 | Хорошая |
| 1,1 | Хорошая |
| 13,4 | Удовлетворительная |
| 65,0 | Плохая |
| 112,7 | Плохая |
Здесь и далее указанный выше тест на сенсорную оценку и тест на измерение среднего размера частиц проводят для оценки термостабильности сывороточного белка по настоящему изобретению, что иногда будет указываться, просто как «тест на нагревание».
Пищевые продукты и тому подобное, содержащие улучшенный денатурированный сывороточный белок
Улучшенный денатурированный сывороточный белок, полученный способом по настоящему изобретению, может быть использован в качестве сырьевого материала в пищевых продуктах, для которых важно ощущение на языке или ощущение в горле при проглатывании. В частности, улучшенный денатурированный сывороточный белок, полученный способом по настоящему изобретению, подходит для применения в качестве сырьевого материала для таких групп пищевых продуктов, как желе, пудинги, мороженое, питьевые йогурты, молочные напитки, переработанное молоко, кофейные напитки, спортивные напитки, супы, хлебобулочные изделия, сухое молоко, модифицированное для детского питания, и жидкие диеты.
Следует отметить, что улучшенный денатурированный сывороточный белок, полученный способом по настоящему изобретению, подходит для применения не только в указанных выше группах пищевых продуктов, а также в шампунях, кондиционерах для волос и косметике, такой как кремы и эмульсии.
Частицы улучшенного денатурированного сывороточного белка по предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения имеют микровыступы на поверхности. Микровыступы можно наблюдать под сканирующим зондовым микроскопом. Количество микровыступов, присутствующих на поверхности частицы с размером в пределах от 5 мкм × 5 мкм, составляет предпочтительно в пределах от 100 до 100000. Дополнительно, диаметр микровыступов предпочтительно составляет в пределах от 10 до 200 нм. Дополнительно, высота (наивысшая точка) микровыступов предпочтительно составляет в пределах от 10 до 500 нм. Можно предположить, что наличие таких микровыступов вносит свой вклад в свойства улучшенного денатурированного сывороточного белка, полученного способом по настоящему изобретению, такие как агрегация, желирование или осаждение, не возникающие при повторном нагревании до температуры выше температуры денатурации сывороточного белка, имитирующей тепловую стерилизацию при получении пищевых продуктов, и их текстура остается хорошей (то есть свободна от зернистости, мутности и неприемлемой вязкости) даже после повторного нагревания.
ПРИМЕРЫ
Далее настоящее изобретение описано более детально со ссылкой на следующие не ограничивающие примеры.
ПРИМЕР 1
Способ получения
КСБ (WPC) 35 (от Milei GmbH Германия под торговой маркой «Milei 35») и КСБ (WPC) 60 (от Milei GmbH Германия под торговой маркой «Milei 60») смешивают в соотношении 1:1 с получением сывороточного белка (здесь и далее также указанный, как «эквивалент КСБ (WPC) 50») и растворяют сывороточный белок в воде при комнатной температуре для получения раствора сывороточного белка с содержанием сухих веществ 12,5% по массе (содержание сывороточного белка: 10% по массе). Затем раствор сывороточного белка помещают в устройство для приложения сдвигового усилия «Filmics FM-80-50». Скорость сдвига в устройстве для приложения сдвигового усилия составляет 25000 с-1, и начинают приложение сдвигового усилия. Предварительное нагревание проводят до достижения раствором сывороточного белка температуры 85°C (стадия нагревания). После достижения раствором сывороточного белка температуры 85°C, устройство работает при температуре 85°C в течение 1 минуты, и затем приложение сдвигового усилия прекращают. По окончанию приложения сдвигового усилия емкость для смешивания охлаждают циркуляцией холодной воды в водяной рубашке, расположенной снаружи емкости для смешивания, и затем раствор сывороточного белка выгружают из устройства для приложения сдвигового усилия и собирают. Следует отметить, что на стадии приложения сдвигового усилия время выдержки при температуре 85°C составляет 0,1 секунды (стадия выдержки нагревания).
Затем прошедший обработку приложением сдвигового усилия сывороточный белок подвергают тепловой обработке при температуре 85°C в течение 10 минут и затем проводят тест на нагревание, включающий измерение среднего размера частиц и сенсорную оценку прошедшего тепловую обработку сывороточного белка. По результатам средний размер частиц сывороточного белка составляет 1,21 мкм, и раствор сывороточного белка свободен от зернистости и имеет хорошую текстуру. Результаты подтверждают, что сывороточный белок имеет улучшенную термостабильность.
Следует отметить, что средний размер частиц сывороточного белка, содержащегося в растворе сывороточного белка, измеренный после обработки приложением сдвигового усилия, составляет 0,89 мкм.
ПРИМЕР 2
Сывороточный белок денатурируют по Примеру 1 с получением улучшенного денатурированного сывороточного белка и затем получают кукурузный суп, содержащий улучшенный денатурированный сывороточный белок, смешиванием сырьевого материала в соотношениях, приведенных в таблице 2. Следует отметить, что улучшенный денатурированный сывороточный белок представляет собой высушенный распылительной сушкой улучшенный денатурированный КСБ (WPC) 80 (содержание сухих веществ: 97%), полученный денатурацией КСБ (WPC) 80 (от Milei GmbH Германия под торговой маркой «Milei 80») способом денатурации по настоящему изобретению и затем улучшенный денатурированный КСБ (WPC) 80 сушат распылительной сушкой.
Способ получения
Сначала в воду (в качестве растворителя) добавляют сливочное масло и нагревают до температуры 50°C. Затем в нее добавляют высушенный распылительной сушкой улучшенный денатурированный КСБ (WPC) 80 и другие сырьевые материалы (то есть сухое обезжиренное молоко, кукурузное пюре, куриный экстракт, растительный экстракт, соль и глицериновый эфир жирной кислоты). Эти сырьевые материалы диспергируют и растворяют в воде, содержащей сливочное масло, смешиванием и затем с использованием гомогенизатора (от Primix Corporation) при скорости 8000 оборотов в минуту в течение 3 минут. Затем полученную смесь стерилизуют нагреванием до температуры 110°C в течение 2 секунд. Затем смесь гомогенизируют с использованием гомогенизатора (от Sanmaru Machinery Co., Ltd.) при давлении 12 мПа и охлаждают до температуры 10°C с получением кукурузного супа.
Полученный таким образом кукурузный суп свободен от агрегации или желирования сывороточного белка и, следовательно, имеет хороший внешний вид и вкус.
| Таблица 2 | ||
| Сырьевой материал | Производители | Соотношение смеси (%) |
| Высушенный распылительной сушкой улучшенный денатурированный КСБ (WPC) 80 | - | 4 |
| Сухое обезжиренное молоко | Mariraga Milk Industry Co., Ltd. | 2 |
| Кукурузное пюре | Shin-Shin Foods Co., Ltd. | 20 |
| Не соленое сливочное масло | Morinaga Milk Industry Co., Ltd. | 4 |
| Куриный экстракт | Tokai Bussan Co., Ltd. | 1,2 |
| Растительный экстракт | Tokai Bussan Co., Ltd. | 0,5 |
| Соль | The salt Industry Ctenter of Japan | 0,3 |
| Глицериновый эфир жирной кислоты | San-Ei Gen F.F.I., Inc. | 0,1 |
| Вода (в качестве растворителя) | - | 67,9 |
| Итого | 100 |
ПРИМЕР 3
Сывороточный белок денатурируют по Примеру 1 с получением улучшенного денатурированного сывороточного белка и затем получают мороженое, содержащее улучшенный денатурированный сывороточный белок, смешиванием сырьевого материала в соотношениях, приведенных в таблице 3. Следует отметить, что улучшенный денатурированный сывороточный белок представляет собой высушенный распылительной сушкой улучшенный денатурированный КСБ (WPC) 35 (содержание сухих веществ: 97%), полученный денатурацией КСБ (WPC) 35 (от Milei GmbH Германия под торговой маркой «Milei 80») способом денатурации по настоящему изобретению, и затем улучшенный денатурированный КСБ (WPC) 80 сушат распылительной сушкой.
Способ получения
Высушенный распылительной сушкой улучшенный денатурированный КСБ (WPC) 35 (содержание сухих веществ: 97%) и другие сырьевые материалы (то есть сгущенное обезжиренное молоко с сахаром, не соленое сливочное масло, гранулированный сахар, сухие вещества кукурузного сиропа, глицериновый эфир жирной кислоты, гуаровую камедь и каррагенан) добавляют в воду (в качестве растворителя), нагревают до температуры 50°C и затем диспергируют и растворяют в воде смешиванием, затем гомогенизируют (от Primix Corporation) при скорости 8000 оборотов в минуту в течение 2 минут с получением смеси.
Затем смесь гомогенизируют с использованием гомогенизатора (от Sanmaru Machinery Co., Ltd.) при давлении 12 мПа и стерилизуют нагреванием до температуры 85°C в течение 10 секунд, и охлаждают до температуры 10°C с получением смеси мороженого.
Смесь мороженого закаляют с использованием фризера для мороженого (от CARPIGIANI под торговой маркой «L 12/C») с достижением взбитости 30%. Таким образом, получают мороженое.
Мороженое, полученное по Примеру 3, свободно от зернистости и имеет гладкую текстуру и хороший вкус.
| Таблица 3 | ||
| Сырьевой материал | Производители | Соотношение смеси (%) |
| Высушенный распылительной сушкой улучшенный денатурированный КСБ (WPC) 35 | - | 6 |
| Сгущенное обезжиренное молоко с сахаром | Moriraga Milk Industry Co., Ltd. | 4 |
| Не соленое сливочное масло | Morinaga Milk Industry Co., Ltd. | 10 |
| Гранулированный сахар | Dai-Nippon Meiji Sugar Co., Ltd. | 10 |
| Сухие вещества кукурузного сиропа | Showa Sangyo Cb., Ltd. | 8 |
| Глицериновый эфир жирной кислоты | San-Ei Gen F.F.I., Inc. | 0,4 |
| Гуаровая камедь | San-Ei Gen F.F.I., Inc | 0,04 |
| Каррагенан | San-Ei Gen F.F.I., Inc | 0,01 |
| Вода (в качестве растворителя) | - | 61,55 |
| Итого | 100 |
Далее настоящее изобретение описано более детально со ссылкой на следующие тестовые примеры.
ТЕСТОВЫЙ ПРИМЕР 1
Тестовый пример 1 проводят для сравнения результатов теста на измерение среднего размера частиц и теста на сенсорную оценку, проводящихся после теста на нагревание сывороточного белка, денатурированного способом по настоящему изобретению, и сывороточного белка, прошедшего обработку приложением сдвигового усилия традиционным способом.
(1) Получение образцов
В тестовом образце 1 используют улучшенный денатурированный сывороточный белок (эквивалент улучшенного денатурированного КСБ (WPC) 50), полученный по Примеру 1.
В качестве контрольного образца 1 используют «Simplesse 100» (от CP Kelco, содержание сывороточного белка: около 50%) - сывороточный белок, прошедший обработку приложением сдвигового усилия, описанную в указанном выше Патентном документе 3 (Японский патент № 3798249).
Дополнительно, в качестве контрольного образца 2 используют сывороточный белок, обработанный способом, описанным в Японской патентной заявке 2003-535609, опубликованной для ознакомления. Контрольный образец 2 получают следующим способом. Сывороточный белок «Simplesse 100» (контрольный образец 1) растворяют в воде при комнатной температуре с получением 20% (по массе) раствора. Раствор подвергают нагреванию при температуре 77°C в течение 30 минут с приложением при этом сдвигового усилия с использованием гомогенизатора Т.К. Homomixer Mark II (от Primix Corporation) при скорости сдвига 10000 с-1. По окончании тепловой обработки раствор охлаждают до комнатной температуры и затем гомогенизируют с использованием гомогенизатора (от APV) при давлении 50 мПа (одноступенчатый) три раза с получением контрольного образца 2.
Дополнительно, сывороточный белок (эквивалент КСБ (WPC) 50, используемый в Примере 1), не подвергают денатурации вообще и используют в качестве негативного образца 1.
Следует отметить, что содержание сывороточного белка в «Simplesse 100», используемого для получения контрольных образцов 1 и 2, такое же, как и в эквиваленте КСБ (WPC) 50, и композиция «Simplesse 100» по существу такая же, как и в тестовом образце 1.
(2) Способ тестирования
Каждый образец тестируют на нагревание (то есть тесту на сенсорную оценку и тесту на измерение среднего размера частиц).
В частности, тест на сенсорную оценку проводят следующим образом при участии комиссии квалифицированных дегустаторов в составе от 5 до 10 экспертов. Сначала каждый образец растворяют с получением раствора образца, с содержанием сухих веществ 12,5% по массе, затем раствор образца подвергают тепловой обработке при температуре 85°C в течение 10 минут. Затем оценивают текстуру (например, зернистость, пыльность, густота) и внешний вид (например, желирование, агрегация) раствора образца, каждый оценивают при использовании оценочной шкалы в пределах от 0 (самая низкая оценка) до 3 (наивысшая оценка) с шагом 1 и рассчитывают среднюю оценку, данную комиссией из квалифицированных дегустаторов. В случае, когда рассчитанная средняя оценка A составляет более 2, но 3 или менее (то есть 2<A≤3), сенсорную оценку по результатам теста определяют, как «хорошую», в случае, когда рассчитанная средняя оценка A составляет более 1, но 2 или менее (то есть 1<A≤2), сенсорную оценку по результатам теста определяют, как «удовлетворительную», и в случае, когда рассчитанная средняя оценка A составляет 0 или более, но 1 или менее (то есть 0≤A≤1), сенсорную оценку по результатам теста определяют, как «плохую».
Дополнительно, тест на измерение среднего размера частиц проводят измерением среднего размера частиц (то есть размер частиц при 50% распределения кумулятивной вероятности) сывороточного белка, содержащихся в прошедшем тепловую обработку растворе образца, измеряют при использовании анализатора лазерной дифракции распределения размеров частиц (от Horiba, Ltd. под торговой маркой «LA-500») в условиях, когда скорость циркуляционного течения установлена на 2 уровень, и скорость смешивания установлена на 2 уровень.
(3) Результаты теста
Результаты Тестового Примера 1, представляющие собой результаты теста на измерение среднего размера частиц и сенсорную оценку каждого из образцов после теста на нагревание, приведены в таблице 4.
Из таблицы 4 видно, что текстура и внешний вид тестового образца 1, представляющего собой сывороточный белок, денатурированный способом по настоящему изобретению, имеет «хороший» результат теста на сенсорную оценку после теста на нагревание (тепловая обработка при температуре 85°С в течение 10 минут). Дополнительно, средний размер частиц тестового образца 1 составляет 1,21 мкм. Из результатов теста видно, что тестовый образец 1 имеет очень тонким распределением размера частиц с хорошим воздействием на вкус и внешним видом даже после нагревания. По результатам термостабильность тестового образца 1 оценивается, как хорошая.
Однако средний размер частиц каждого из контрольных образцов 1 и 2, как измерено после теста на нагревание, больше, чем таковой у текстового образца 1 (контрольный образец 1:94,02 мкм, контрольный образец 2:15,03 мкм). Дополнительно, контрольный образец 1 и контрольный образец 2 оцениваются, как плохие в тесте на сенсорную оценку, поскольку наблюдается агрегация частиц сывороточного белка, и они имеют избыточную густоту. Как результат, термостабильность обоих образцов, как контрольного образца 1, так и контрольного образца 2 оценена полностью как плохая (x).
Следует отметить, что в случае негативного образца 1, тестом на нагревание вызвано желирование сывороточного белка, и, следовательно, не может быть проведено измерение среднего размера частиц. Дополнительно, результат теста на сенсорную оценку также плохой.
| Таблица 4 | ||
| Образцы | Средний размер частиц (мкм) | Сенсорная оценка |
| Тестовый образец 1 | 1,21 | Хорошая |
| Контрольный образец 1 | 94,02 | Плохая |
| Контрольный образец 1 | 15,03 | Плохая |
| Негативный образец 1 | Желированный | Плохая |
(4) Заключение
Раствор улучшенного денатурированного сывороточного белка, используемый в качестве тестового образца 1, высушен распылительной сушкой при использовании сушилки Niro (от NIRO) с получением высушенного распылительной сушкой продукта. Затем получают раствор, содержащий высушенный распылительной сушкой продукт с содержанием сухих веществ 12,5% по массе, и проводят тест раствора на нагревание. По результатам средний размер частиц сывороточного белка, содержащихся в растворе, практически не изменился, и результат теста на сенсорную оценку также хороший. По результатам можно заключить, что концентрирование под вакуумом или распылительная сушка не оказывает негативного воздействия на (или изменений в) термостабильность сывороточного белка по Тестовому примеру 1.
ТЕСТОВЫЙ ПРИМЕР 2
Тестовый пример 2 проводят для исследования термостабильности сырьевых материалов сывороточного белка с различной концентрацией сывороточного белка, прошедшего обработку приложением сдвигового усилия и тепловую обработку по Примеру 1.
(1) Получение образцов
В тестовом образце 1 используют улучшенный денатурированный сывороточный белок (эквивалент улучшенного денатурированного КСБ (WPC) 50), полученный по Примеру 1.
В тестовом образце 2 используют улучшенный денатурированный сывороточный белок по Примеру 1, за исключением того, что в качестве сырьевого материала сывороточного белка используют КСБ (WPC) 80 (содержание сывороточного белка: 80% по массе). В тестовом образце 3 используют улучшенный денатурированный сывороточный белок по Примеру 1, за исключением того, что в качестве сырьевого материала сывороточного белка используют КСБ (WPC) 35 (содержание сывороточного белка: 35% по массе).
(2) Способ тестирования
Каждый образец тестируют на нагревание по Тестовому примеру 1.
(3) Результаты теста
Результаты Тестового Примера 2, представляющие собой результаты теста на измерение среднего размера частиц и сенсорную оценку каждого из образцов после теста на нагревание, приведены в таблице 5.
Из таблицы 5 видно, что во всех тестируемых образцах 1-3 с использованием сырьевых материалов сывороточного белка (порошок) с содержанием сывороточного белка 35, 50 и 80% по массе, улучшенный денатурированный сывороточный белок, полученный способом по настоящему изобретению, имеет очень тонкое распределения размеров частиц с хорошим воздействием на вкус и внешний вид, и результаты теста на сенсорную оценку также хорошие. Результаты показывают, что все тестовые образцы 1-3 имеют улучшенную (хорошую) термостабильность.
| Таблица 5 | ||
| Образцы | Средний размер частиц (мкм) | Сенсорная оценка |
| Тестовый образец 1 | 1,21 | Хорошая |
| Тестовый образец 2 | 1,07 | Хорошая |
| Тестовый образец 3 | 2,03 | Хорошая |
ТЕСТОВЫЙ ПРИМЕР 3
Тестовый пример 3 проводят для исследования концентрации белка раствора сывороточного белка, прошедшего обработку приложением сдвигового усилия и тепловую обработку, на термостабильность сывороточного белка.
(1) Получение образцов
В образце используют КСБ (WPC) 80 (от Milei GmbH Германия) с высоким содержанием сывороточного белка.
(2) Способ тестирования
Образцы растворов сывороточного белка с содержанием белка в пределах от 5 до 20% подвергают обработке приложением сдвигового усилия и тепловой обработке. Улучшенный денатурированный сывороточный белок получают при использовании этих растворов сывороточного белка по Примеру 1, за исключением того, что скорость сдвига составляет 25000 с-1, температура нагревания на конечной стадии нагревания составляет 85°C, и время выдержки нагревания на конечной выдержке составляет 30 секунд, и затем проводят тест на нагревание по Тестируемому примеру 1.
(3) Результаты теста
Результаты Тестового Примера 3, представляющие собой результаты теста на измерение среднего размера частиц и сенсорную оценку каждого из образцов после теста на нагревание, приведены в таблице 6.
Из таблицы 6 видно, что во всех случаях, когда концентрация белка в растворе сывороточного белка составляет в пределах от 5 до 18% по массе, средний размер частиц улучшенного денатурированного сывороточного белка изменился не сильно даже после теста на нагревание, и улучшенный денатурированный сывороточный белок имеет очень тонкое распределение размеров частиц с хорошим воздействием на вкус и внешним видом, и вкус улучшенного денатурированного сывороточного белка при проведении теста на сенсорную оценку оценивается, как хороший.
С другой стороны, когда концентрация белка в растворе сывороточного белка составляет 20% по массе, желирование сывороточного белка происходит только после окончания процесса денатурации и, следовательно, не может быть проведено измерение среднего размера частиц после теста на нагревание. Дополнительно, результаты теста на сенсорную оценку также плохие.
| Таблица 6 | ||
| Концентрация белка (% по массе) | Средний размер частиц (мкм) | Сенсорная оценка |
| 5 | 9,28 | Хорошая |
| 10 | 1,23 | Хорошая |
| 12 | 1,10 | Хорошая |
| 14 | 1,26 | Хорошая |
| 16 | 1,91 | Хорошая |
| 18 | 4,02 | Хорошая |
| 20 | - (Желированный) | Плохая |
ТЕСТОВЫЙ ПРИМЕР 4
Тестовый пример 4 проводят для исследования воздействия скорости сдвига на стадии нагревания и приложения сдвигового усилия к сывороточному белку на термостабильность сывороточного белка.
(1) Получение образцов
В качестве сырьевого материала сывороточного белка в образце используют КСБ (WPC) 80 (от Milei GmbH Германия) с высоким содержанием сывороточного белка.
(2) Способ тестирования
Улучшенный денатурированный сывороточный белок получают по Примеру 1, за исключением того, что скорость сдвига изменяют на показатель в пределах от 3000 до 25000 с-1 и затем проводят тест на нагревание по Тестовому примеру 1.
(3) Результаты теста
Результаты Тестового Примера 4, представляющие собой результаты теста на измерение среднего размера частиц и сенсорную оценку каждого из образцов после теста на нагревание, приведены в таблице 7.
Из таблицы 7 видно, что во всех случаях, когда скорость сдвига составляет в пределах от 5000 до 25000 с-1, средний размер частиц улучшенного денатурированного сывороточного белка изменился не сильно даже после теста на нагревание, и улучшенный денатурированный сывороточный белок имеет очень тонкое распределение размеров частиц с хорошим воздействием на вкус и внешним видом, и вкус улучшенного денатурированного сывороточного белка при проведении теста на сенсорную оценку оценивается, как хороший. С другой стороны, в случае, когда скорость сдвига составляет 3000 с-1, желирование сывороточного белка происходит только после окончания процесса денатурации, и, следовательно, после теста на нагревание не может быть проведено измерение среднего размера частиц. Дополнительно, результаты теста на сенсорную оценку также плохие.
По результатам видно, что предпочтительно скорость сдвига должна составлять в пределах от 5000 до 25000 с-1, еще более предпочтительно в пределах от 10000 до 25000 с-1, поскольку нагревание может быть достигнуто только за счет тепла сдвигового усилия.
| Таблица 7 | ||
| Скорость сдвигового усилия (с-1) | Средний размер частиц (мкм) | Сенсорная оценка |
| 25000 | 0,80 | Хорошая |
| 15000 | 0,79 | Хорошая |
| 10000 | 0,82 | Хорошая |
| 7500 | 0,88 | Хорошая |
| 5000 | 1,04 | Хорошая |
| 3000 | - (Желированный) | Плохая |
ТЕСТОВЫЙ ПРИМЕР 5
Тестовый пример 5 проводят для исследования воздействия температуры нагревания и времени выдержки нагревания на стадии нагревания и приложения сдвигового усилия к сывороточному белку на термостабильность сывороточного белка.
(1) Получение образцов
В качестве сырьевого материала сывороточного белка в образце используют КСБ (WPC) 80 (от Milei GmbH Германия) с высоким содержанием сывороточного белка.
(2) Способ тестирования
Улучшенный денатурированный сывороточный белок получают по Примеру 1, за исключением того, что скорость сдвига изменяют на 15000 с-1, температуру нагревания на конечной стадии нагревания изменяют на составляющую в пределах от 74 до 120°C и время выдержки нагревания изменяют на составляющее в пределах от 0,1 до 3600 секунд (60 минут) и затем проводят тест на нагревание по Тестовому примеру 1.
(3) Результаты теста
Результаты Тестового Примера 5, представляющие собой результаты теста на измерение среднего размера частиц и сенсорную оценку каждого из образцов после теста на нагревание, приведены в таблице 8.
Во всех случаях, когда температура нагревания установлена на 85°C и время выдержки нагревания установлено на 0,1 секунду, средний размер частиц улучшенного денатурированного сывороточного белка изменяется не сильно даже после теста на нагревание, и вкус улучшенного денатурированного сывороточного белка при проведении теста на сенсорную оценку оценивается, как хороший.
По результатам термостабильность улучшенного денатурированного сывороточного белка полностью оценена, как хорошая. Также в случае, когда температура нагревания составляет любую из 95, 110 и 120°C, и время выдержки нагревания составляет 0,1 секунду, результаты теста на нагревание хорошие.
По результатам можно заключить, что даже когда время выдержки нагревания составляет 0,1 секунду, настоящее изобретение может быть применено для улучшенной денатурации сывороточного белка при условии, что температура нагревания составляет 85°C или выше.
Дополнительно, также в случае, когда температура нагревания составляет 80°C, и время выдержки составляет 60 секунд, средний размер частиц и вкус улучшенного денатурированного сывороточного белка оцениваются, как хорошие после теста на нагревание. Однако в случае, когда время выдержки нагревания сокращено до 0,1 секунды, а температура нагревания составляет 80°C при проведении теста на сенсорную оценку после теста на нагревание наблюдается агрегация сывороточного белка. По результатам можно заключить, что в случае, когда температура нагревания составляет 80°C, настоящее изобретение может быть применено для улучшенной денатурации сывороточного белка при условии, что время выдержки нагревания составляет, по меньшей мере, 60 секунд.
В случае, когда температура нагревания составляет 76°C, и время выдержки нагревания составляет 480 секунд, средний размер частиц и вкус улучшенного денатурированного сывороточного белка оцениваются после теста на нагревание, как хорошие. Однако в случае, когда время выдержки нагревания сокращено до 420 секунд, средний размер частиц улучшенного денатурированного сывороточного белка увеличивается после теста на нагревание, и результаты теста на сенсорную оценку также плохие.
В случае, когда температура нагревания составляет 74°C, и время выдержки нагревания составляет 3600 секунд (60 минут), тест на нагревание вызывает желирование сывороточного белка, и результаты теста на сенсорную оценку также плохие.
По результатам можно заключить, что на конечной стадии нагревания для денатурации способом по настоящему изобретению раствор сывороточного белка предпочтительно нагревают до любой температуры в пределах от 76 до 120°C и затем выдерживают температуру в течение от 8 минут до 0,1 секунды. Для эффективной обработки раствора сывороточного белка за более короткий период времени раствор сывороточного белка предпочтительно нагревают до температуры в пределах от 85 до 120°C и затем выдерживают температуру в течение 0,1 секунды.
| Таблица 8 | |||
| Условия тепловой обработки | Результаты теста на нагревание | ||
| Температура (°С) | Время (секунды) | Средний размер частиц (мкм) | Сенсорная оценка |
| 74 | 3600 | Желированный | Плохая |
| 76 | 420 | 68,78 | Плохая |
| 76 | 480 | 4,14 | Хорошая |
| 80 | 0,1 | Агрегированный | Плохая |
| 80 | 60 | 0,97 | Хорошая |
| 85 | 0,1 | 1,07 | Хорошая |
| 95 | 0,1 | 0,94 | Хорошая |
| 110 | 0,1 | 0,79 | Хорошая |
| 120 | 0,1 | 1,41 | Хорошая |
ТЕСТОВЫЙ ПРИМЕР 6
Тестовый пример 6 проводят для сравнения профиля поверхности частиц сухого продукта улучшенного денатурированного сывороточного белка, полученного способом по настоящему изобретению, и сухого продукта традиционного сывороточного белка.
(1) Получение образцов
В тестовом образце 1 используют раствор сухого продукта улучшенного денатурированного сывороточного белка (эквивалент КСБ (WPC) 50) по Примеру 1.
В качестве контрольного образца 1 используют порошок Simplesse 100 (от CP Kelco, содержание сывороточного белка: около 50%).
Раствор, содержащий смесь порошка сывороточного белка (содержание сывороточного белка: около 50%) по Примеру 1 с содержанием сухих веществ 6% по массе подвергают тепловой обработке при температуре 85°C в течение 360 секунд и затем гомогенизируют с использованием гомогенизатора высокого давления (от APV) при 100 мПа с получением гомогената. В качестве контрольного образца 2 используют высушенный распылительной сушкой гомогенат.
(2) Способ тестирования
Каждый из образцов исследуют под сканирующим зондовым микроскопом при следующих условиях.
Устройство: SFT-3500 (от Shimadzu Corporation)
Режим работы: динамический
Кантиливер: OMCL-AC24 0TS
Пределы сканирования: 5 мкм × 5 мкм.
(3) Результаты теста
В Тестовом Примере 6 измеряемая площадь составляет 5 мкм × 5 мкм. Изображение тестируемого образца 1 приведено на Фигуре 2, и изображения контрольных образцов 1 и 2 приведено на Фигуре 3.
Как видно из изображения, приведенного на Фигуре 2, на поверхности частицы Тестируемого образца 1 наблюдается около 150 микровыступов с диаметром 200 нм или менее и высотой 500 нм или менее. С другой стороны, как видно из изображения на Фигуре 3, микровыступы, наблюдаемые в Тестируемом образце 1, не наблюдаются в Контрольных образцах 1 и 2. По результатам можно утверждать, что профиль поверхности частиц Контрольных образцов 1 и 2 отличаются от улучшенного денатурированного сывороточного белка по настоящему изобретению.
Можно предположить, что наличие таких микровыступов на поверхности частицы улучшенного денатурированного сывороточного белка по настоящему изобретению вносит свой вклад в свойства улучшенного денатурированного сывороточного белка, такие как агрегация, желирование или осаждение, не возникающие при повторном нагревании до температуры выше температуры денатурации сывороточного белка, имитирующей тепловую стерилизацию при получении пищевых продуктов, и их текстура остается хорошей (то есть свободна от зернистости, пыльности и неприемлемой густоты) даже после повторного нагревания.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ.
Улучшенный денатурированный сывороточный белок, полученный денатурацией способом по настоящему изобретению, имеет значительно улучшенную термостабильность по сравнению с традиционным сывороточным белком и, следовательно, не вызывает повышение вязкости, желирование или агрегацию даже при проведении высокотемпературной стерилизации или аналогичного ей. Такой улучшенный денатурированный сывороточный белок подходит для применения в качестве сырьевого материала в различных продуктах, таких как пищевые продукты, напитки и косметика, в процессе получения которых используют тепловую обработку. Улучшенный денатурированный сывороточный белок по настоящему изобретению может быть непосредственно использован в форме раствора, но если необходимо может быть сконцентрирован с получением концентрата. Дополнительно концентрат может быть высушен с получением порошка. Следовательно, улучшенный денатурированный сывороточный белок по настоящему изобретению может храниться в течение длительного периода времени и транспортироваться на большие расстояния.
1. Способ денатурации сывороточного белка для получения сывороточного белка, включающий стадии: получение раствора сывороточного белка из сывороточного белка, где раствор имеет pH от 5,5 до 7,0; непрерывное контактирование и смешивание раствора сывороточного белка с раствором сывороточного белка, протекающим в виде тонкого турбулентного потока между двумя концентрическими цилиндрами, при этом смешенный раствор сывороточного белка, протекающий в виде тонкого турбулентного потока между двумя концентрическими цилиндрами, подвергается воздействию усилия сдвига при скорости сдвига в пределах от 5000 с-1 до 25000 с-1 при температуре в пределах от 76°С до 120°C в течение от 8 мин до 0,1 с.
2. Способ по п.1, в котором воздействие сдвигом выполняют в устройстве, включающем: цилиндрическую статическую емкость для смешивания; вращающийся вал, расположенный концентрически с осью статической емкости для смешивания; и ротационный нож с диаметром несколько меньшим, чем таковой у статической емкости для смешивания, закрепленный на вращающемся валу с пористым цилиндром, расположенным по его внешней периферической стороне и имеющим множество пор в радиальном направлении, где контактирование и смешивание раствора сывороточного белка с раствором сывороточного белка, протекающим в виде тонкого турбулентного потока между двумя концентрическими цилиндрами, осуществляется при подаче раствора сывороточного белка внутрь пористого цилиндра, прохождении через поры пористого цилиндра и контактировании и смешивании с раствором сывороточного белка, протекающим в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между статической емкостью для смешивания и пористым цилиндром за счет вращения ротационного ножа на высокой скорости.
3. Способ по п.1, в котором воздействие сдвигом выполняют в устройстве, включающем: цилиндрическую статическую емкость для смешивания; вращающийся вал, расположенный концентрически с осью статической емкости для смешивания; и ротационный нож с диаметром несколько меньшим, чем таковой у емкости для смешивания, закрепленный на вращающемся валу с пористым цилиндром, расположенным по его внешней периферической стороне и имеющим множество пор в радиальном направлении, где приложение сдвигового усилия к раствору сывороточного белка осуществляют при протекании раствора сывороточного белка в виде тонкого турбулентного потока в цилиндрическом пространстве между статической емкостью для смешивания и пористым цилиндром за счет вращения ротационного ножа на высокой скорости.
4. Способ по п.1, где раствор сывороточного белка представляет собой раствор с содержанием сывороточного белка в пределах от 5 до 18 мас.%.
5. Денатурированный сывороточный белок, полученный способом по настоящему изобретению по любому из пп.1-4, где белок имеет средний размер частиц в пределах от 0,3 мкм до 13,8 мкм после тепловой обработки при температуре 85°C в течение 10 мин в тесте на нагревание.
6. Способ улучшения термостабильности сывороточного белка, включающий стадии: получение раствора сывороточного белка из сывороточного белка, где раствор имеет pH от 5,5 до 7,0; и непрерывное контактирование и смешивание раствора сывороточного белка с раствором сывороточного белка, протекающим в виде тонкого турбулентного потока между двумя концентрическими цилиндрами, при этом смешенный раствор сывороточного белка, протекающий в виде тонкого турбулентного потока между двумя концентрическими цилиндрами, подвергается воздействию усилия сдвига при скорости сдвига в пределах от 5000 с-1 до 25000 с-1 при температуре в пределах от 76°C до 120°C в течение от 8 мин до 0,1 с.
