9.6. технологІя одержання бІлкових ІзолятІв

Змішування соєвого борошна із екстрагентом

Екстрагування білків.

Відділення нерозчинного залишку від екстракту шляхом центрифугування

Нерозчинний залишок шроту

Ізоелектричне осадження

білків

Відділення білкової пасти центрифугуванням

Сироваткова вода

Нейтралізація білкової пасти

Висушування

Пакування

Рис. 9.5. Принципова технологічна схема соєвого білкового ізоляту.

Білкові ізоляти - це найбільш концентровані білкові продукти. Сировиною для одержання білкових ізолятів з насіння олійних культур є знежирене борошно. Принципова технологічна схема білкових ізолятів передбачає екстрагування білків із шроту, наступне вилучення білків з екстракту та їх висушування. Принципова технологічна схема на прикладі соєвих білкових ізолятів наведена на Рис. 9.5.

Апаратурно-технологічна схема виробництва білкових ізолятів зображена на Рис 9.6.

1 - знежирена пелюстка; 2 - лужний розчин; З- екстрактор; 4, 9, 14 - центрифуги; 5- нерозчинний залишок шроту; 6- освітлений екстракт; 7- харчова кислота; 8- осаджувач; 10- сироватка; 11- кисла білкова паста; 12- вода; 13- ємкість для промивки; 15- промивна вода; 16 - розчин соди; 17- промита паста; 18- диспергатор; 19- дисперсія білка; 20- розпилювальна сушарка; 21-соєвий протеїнат натрію.

Кількісний вихід білкового ізоляту в значній мірі залежить від ефективності екстрагування білків у розчин. Для екстрагування білків використовують нейтральні або полярні розчинники. Нейтральними є вода, розчин хлориду натрію, полярними - лужні розчини. Ефективність екстрагування білків залежить від наступних факторів:

Типу і концентрації розчинника. Використання води дає можливість екстрагувати лише альбумінову фракцію білків. Як правило, максимальну кількість білків екстрагують за допомогою лужних розчинів. Для одержання соєвих ізолятів використовують розчин гідроксиду натрію концентрацією 0,1-0,5\%.

Значення рН розчинника більш суттєво впливає на кількість екстрагованих білків, ніж концентрація розчинника. Відомо, що мінімальна розчинність білків спостерігається при значенні рН середовища, що відповідає ізоелектричній точці білку. Поскільки ізоелектрична точка білків насіння олійних культур знаходиться в діапазоні рН 3,84,6, то для екстрагування білків вибирають, як правило, розчини із значення рН вище 7,0.

Гідромодулю, тобто співвідношення між кількістю розчинника і шроту. Із збільшенням гідромодулю швидкість екстрагування білків збільшується, проте це значно збільшує кількість сироваткової води. Тому на практиці екстракцію білків проводять при значеннях гідромодулю (8-10) : 1.

Якості підготовки шроту. На кількість екстрагованих білків суттєво впливає ступінь денатурації білків у шроті. Тому технологічні режими одержання харчового шроту повинні бути такими, щоб забезпечувати мінімальний ступінь денатурації білків. Високий ступінь денатурації супроводжується зменшенням розчинності білків. Для харчового шроту вміст розчинних білків повинен бути не меншим 80 \% від загального вмісту білків. Крім того, розміри частинок шроту повинні бути також оптимальними як для екстрагування білків, так і для відокремлення нерозчинного залишку шроту від білкового екстракту. Соєвий шрот подрібнюють перед екстрагуванням до розмірів часточок 0,25 мм.

Температури. Експериментально встановлено, що підвищення температури від 10 до 35°С призводить до збільшення кількості екстрагованих білків. На практиці білки екстрагують за температури 50-55°С, оскільки при температурі вищій за 60°С розпочинається процес денатурації білків, який супроводжується втратою ними розчинності.

Тривалості екстрагування. Під час змішування борошна із розчинником спочатку відбувається набрякання та гідратація білків, внаслідок чого маса білків збільшується в 1,5-2 рази. Молекули розчинника проникають між полі пептидами, ніби розсовуючи їх, зменшуються сили міжмолекулярної взаємодії білків і таким чином відбувається їх розчинення. На практиці тривалість екстрагування білків для промислового одержання білкових ізолятів становить 30-60 хв.

Типу екстрактора. Для екстрагування білків використовують екстрактори періодичної та безперервної дії. Періодичні екстрактори оснащені мішалками для змішування суспензії. На ефективність екстрагування в таких екстракторах впливає швидкість перемішування. Більш перспективними і продуктивними є безперервні екстрактори, в яких екстрагування білків відбувається методом багатоступеневого зрошування.

На кількісний вихід білкових ізолятів впливає також повнота їх вилучення із білкових екстрактів.

Найбільш поширеним і традиційним методом вилучення білків із розчинів їх осадження при значеннях pH екстракту, що відповідають значенню ізоелектричної точки. Для більшості олійних культур це значення лежить в діапазоні 3,8-4,5. Як правило, для осадження використовують розчин HCl. Білковий осад, що утворюється, називають білковою пастою, її відділяють від екстракту (сироваткової води) шляхом центрифугування. Одержана паста має вологість 80 \% і направляється на висушування.

Для осадження білків із екстракту можуть бути використані також органічні розчинники (спирт, ацетон тощо), хоча токсикологічні аспекти їх впливу на якість ізолятів не досліджені.

Найбільш сучасним і перспективним методом концентрування білкових розчинів та вилучення білків із розчинів є використання ультрамембранних технологій:

ультрафільтрації;

зворотнього осмосу;

електродіалізу.

На Рис. 9.7. зображена схема одержання білкового ізоляту із використанням ультрамембран.

Знежирене борошно

Екстракція білків лужним розчином

1

Осад

Фільтрат

і

Висушування

Зворотній осмос

Білковий ізолят

Висушування

Сухий корм

Рис. 9.7. Технологічна схема одержання білкових ізолятів із використанням мембранних технологій.

Використання мембранних технологій в техногії білкових ізолятів має ряд переваг:

мінімальні втрати білків та відсутність їх фракціонування;

відпадає необхідність використовувати розчини кислот для осадження білків та лугів для нейтралізації білкової пасти;

— відпадає необхідність очищення стічних вод.

Особливості одержання білкових ізолятів із соняшникового шроту зумовлені фракційним складом білків та вмістом фенольних сполук.

Технологічна схема одержання соняшникового ізоляту була розроблена науковцями УкрНДІОЖ. Як правило, для вилучення білків із соняшникового шроту використовують розчин хлориду натрію, або білки вилучають послідовно розчином хлориду натрію та лужним розчином. Концентрація розчину №01 -7-10\%. Гідромодуль екстракції 8:1. Тривалість екстракції ЗО хв, температура 50-60° С.

Після закінчення екстракції суспензія подається на центрифугу для відділення шроту. Концентрація білків в екстракті - 2,5-3\%.

Білки із екстракту осаджують розчином соляної кислоти. Осаджені білки промивають водою, а сироваткову воду направляють на очищення. Промита білкова суспензія направляється на центрифугу для повного відділення води. Після чого проводиться нейтралізація білкової пасти розчином К^ОН, а потім розпилювальне висушування білкової пасти при температурі 180-200° С протягом кількох секунд.

При послідовному екстрагуванні білків розчином хлориду натрію та розчином лугу сумарний вихід білків становить 20-22\% від маси шроту.

Одержання соняшникових ізолятів ускладнюється присутністю хлорогенової кислоти. Найбільша кількість цієї кислоти зв'язана із альбуміновою фракцією білків. Для вилучення хлорогенової кислоти із знежиреного борошна використовують воду, спиртові розчини, розчини солей, кислот, комбіновані розчинники. Проте використання цих розчинників має недоліки. Так, при трьохкратному промиванні борошна водою при температурі 100°С і рН 5,0 вміст хлорогенової кислоти зменшується до 0,15\%, проте одночасно втрачається і 15-20 \% білків. Промивання шроту етанолом та його розчинами в 10-16 разів зменшує вміст хлорогенової кислоти, проте супроводжується денатурацією білків. Найбільш оптимальними розчинниками для вилучення хлорогенової кислоти є розчини органічних кислот - оцтової, лимонної, молочної тощо.

Запропонована також технологія водного промивання цілих ядер соняшника. Цей метод дає можливість запобігти екстрагуванню білків у розчин.

Перспективним є також використання мембранних технологій для видалення хлорогенової кислоти.

Біологічна цінність одержаних білкових ізолятів визначається:

ступенем інактивації та відокремлення антихарчових речовин;

зміною фракційного і амінокислотного складу білків порівняно із сумарним білком знежиреного борошна, зумовлену втратою білків на стадії їх екстрагування;

зміною амінокислотного складу під час ізоелектричного осадження білків, в сироватковій воді після осадження білків залишається 10-12 \% альбумінів (від маси сухих речовин сироватки), вільні амінокислоти. Втрати альбумінів зумовлюють зменшення вмісту сірковмісних амінокислот в білковому ізоляті.