專利名稱：用電滲析對大豆衍生材料進(jìn)行去雜味的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明主要涉及用于各種食品中的大豆衍生材料的處理。更具體的說，本發(fā)明涉及用膜電滲析處理結(jié)合超濾對大豆材料進(jìn)行去雜味的方法，以提供可被接受用于多種食品中的去雜味大豆蛋白質(zhì)材料。近年來，大豆蛋白質(zhì)已廣泛應(yīng)用于食品中，因?yàn)槭褂么蠖沟鞍踪|(zhì)對健康有好處。在一些應(yīng)用中，大豆材料的味道并不令人反感。但是，在一些應(yīng)用如仿奶制品、飲料等中，大豆材料中存在的風(fēng)味可能會(huì)妨礙大豆材料為消費(fèi)者所愿意接受。因此，為擴(kuò)大大豆材料的用途，本發(fā)明人想要找到減少大豆材料的風(fēng)味成分的方法。但是，不清楚之前用來從其它有機(jī)材料中除去風(fēng)味成分的方法是否在大豆材料的處理上也能成功。有機(jī)材料因?yàn)榻M成復(fù)雜，必須進(jìn)行試驗(yàn)以確定任何特定處理方法是否能符合要求。有許多文章和專利涉及到大豆材料的處理，以回收蛋白質(zhì)成分，同時(shí)減少風(fēng)味化合物成分，以使所得蛋白質(zhì)更可接受地用于食品中。但是，這些已有的公開資料并沒有具體涉及到去除風(fēng)味化合物和回收盡可能多的蛋白質(zhì)。一個(gè)實(shí)例是美國專利第4,420,425號，在該專利中，大豆的蛋白質(zhì)成分在pH7-11、優(yōu)選約8下增溶，并在超濾通過截留分子量為70,000以上的膜后，通過對保留下來的大豆蛋白質(zhì)進(jìn)行噴霧干燥而得到回收。在各個(gè)實(shí)施方案中，只有一部分蛋白質(zhì)在較低pH值下得到增溶，用截留分子量優(yōu)選為100,000以上的膜進(jìn)行超濾后，發(fā)現(xiàn)所得產(chǎn)品顏色和風(fēng)味都有改進(jìn)。預(yù)計(jì)較高的截留分子量會(huì)導(dǎo)致有價(jià)值蛋白質(zhì)的損失。在另一個(gè)專利美國專利第5,658,714號中，先將大豆?jié){液的pH調(diào)到7-10的范圍內(nèi)以使蛋白質(zhì)增溶，然后使蛋白質(zhì)通過超濾膜而使植酸鹽和鋁留下來(大概是作為固體)。雖然沒有給出膜的截留分子量，但可設(shè)想孔徑大小會(huì)比較大，以便能夠使可溶性蛋白質(zhì)通過。這兩個(gè)專利都詳細(xì)討論了其它人在大豆材料的處理上所作的努力；都要求使用堿和/或酸來調(diào)節(jié)pH；它們都沒有教導(dǎo)或建議在超濾過程中對pH進(jìn)行控制。Mead Johnson Company在一批相關(guān)專利中，公開了通過提高大豆材料水溶液的pH使大豆蛋白質(zhì)增溶并回收據(jù)說具有柔和味道的蛋白質(zhì)的方法。這些方法主要涉及將蛋白質(zhì)濃縮而不是將風(fēng)味成分去除。在美國專利第3,995,071號中，將pH提高到10.1-14(優(yōu)選11-12)以使大豆蛋白質(zhì)增溶，然后將pH降低到約6-10，用截留分子量為10,000-50,000道爾頓的膜進(jìn)行超濾，將蛋白質(zhì)保留下來，同時(shí)將碳水化合物和礦物質(zhì)棄去。在美國專利第4,072,670號中，重點(diǎn)放在去除植酸鹽和植酸，做法是在pH10.6-14和溫度10-50℃下使蛋白質(zhì)增溶，而使植酸鹽和植酸不可溶，然后將它們分離，最后將溶液酸化至pH約4-5，以沉淀大豆蛋白質(zhì)。在美國專利第4,091,120號中，使大豆蛋白質(zhì)在pH低于10、優(yōu)選7-9下增溶，并用超濾將蛋白質(zhì)作為截留液而分離出來，同時(shí)使碳水化合物作為透過液通過超濾膜。這些專利都要求使用堿和/或酸來調(diào)節(jié)pH，并沒有教導(dǎo)或建議在超濾過程中對pH進(jìn)行控制。電滲析設(shè)備在美國專利第6,537,436號、第6,482,305號和第6,402,917號中有描述。這些專利都沒有描述電滲析處理在大豆材料的處理中的用途。
概述本發(fā)明涉及除去大豆材料中促成顏色和風(fēng)味并妨礙大豆在某些食品(如飲料、仿奶制品等)中應(yīng)用的化合物的方法。大豆衍生材料可用本發(fā)明的方法進(jìn)行處理，以回收基本上所有的蛋白質(zhì)，同時(shí)棄去會(huì)引起不合需要的顏色和風(fēng)味的化合物。本發(fā)明方法采用膜電滲析來使pH升降，不需要添加酸堿來調(diào)節(jié)pH。因此，不用將酸堿加入到大豆材料中，不會(huì)形成不適宜的沉淀物和鹽類，不需要從所得產(chǎn)品中除去沉淀物或鹽類。此外，通過在超濾過程中將pH控制在約9至約12的范圍內(nèi)，可獲得功能特性得以改進(jìn)的去雜味大豆材料。因此，所得產(chǎn)品適合用于多種食品中。寬泛地說，本發(fā)明是制備大豆?jié)舛燃s1％至約20％的含水大豆組合物的方法，其中所述組合物用膜電滲析來調(diào)節(jié)pH，以使蛋白質(zhì)成分增溶和釋放出風(fēng)味化合物。然后在保持pH控制下，用能夠保留基本上所有的大豆蛋白質(zhì)成分、同時(shí)將風(fēng)味成分作為透過液去除的膜對所述組合物進(jìn)行超濾。所得的去雜味大豆蛋白質(zhì)材料的pH可用膜電滲析來調(diào)節(jié)?；蛘?，通過電滲析來調(diào)節(jié)含水大豆組合物的初始pH，然后對組合物進(jìn)行超濾，同時(shí)讓其pH被動(dòng)地受滲濾水調(diào)節(jié)。按本發(fā)明方法制備得到的去雜味大豆材料能合乎理想地適用于乳飲料和非乳飲料、冰沙(smoothie)、保健飲料、糖果點(diǎn)心類產(chǎn)品、營養(yǎng)棒(nutritional bar)、干酪、模擬干酪(cheese analog)、酸奶酪(dairy yogurt)和非酸奶酪、肉制品和仿肉制品、谷類、焙烤制品、快餐等等當(dāng)中。在一個(gè)方面，本發(fā)明是使大豆衍生材料如豆?jié){、大豆粉、大豆?jié)饪s物和大豆分離蛋白去雜味的方法，所述方法包括制備含有風(fēng)味化合物的大豆材料的含水組合物，用膜電滲析將pH調(diào)至約8至約12、優(yōu)選約9至約12、更優(yōu)選約9至約11的范圍內(nèi)，以使大豆材料的蛋白質(zhì)成分增溶和釋放出風(fēng)味成分，然后使pH經(jīng)過調(diào)節(jié)的組合物通過過濾膜，所述過濾膜的膜孔提供最大至50,000道爾頓的截留分子量?？蓪H維持在約8至約12的范圍內(nèi)，或者可讓其被動(dòng)地向下調(diào)節(jié)至滲濾水的pH，從而保留下基本上所有的蛋白質(zhì)成分，而使風(fēng)味產(chǎn)生化合物通過膜孔。在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及用膜電滲析將pH調(diào)節(jié)到約8至約12的范圍內(nèi)，以使蛋白質(zhì)成分增溶和釋放出風(fēng)味風(fēng)味化合物，從而有可能通過超濾來去除這種化合物。膜電滲析是這樣進(jìn)行的使大豆材料的含水組合物與雙極性選擇性膜和陽離子單極性膜接觸，同時(shí)施加電場跨越所述雙極性膜和單極性膜，所施加電場的量能有效地給大豆材料的含水組合物提供約8至約12范圍的pH值。重要的是，pH在隨后的超濾過程中也控制在約8至約12的范圍內(nèi)，或者讓pH被動(dòng)地受所加入的滲濾水調(diào)節(jié)。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是在連續(xù)工藝中對大豆材料進(jìn)行去雜味的方法，在該工藝中，使已用膜電滲析進(jìn)行過pH調(diào)節(jié)的大豆材料含水混合物通過超濾膜，以將風(fēng)味成分分離開來。在超濾過程中，通過使用膜電滲析或者通過加入適量的合適pH調(diào)節(jié)物質(zhì)(通常是堿)，使pH維持在約8至約12。使含有風(fēng)味成分和水的透過液通過反滲透膜，以使透過液脫水，分離出的水進(jìn)行再循環(huán)而加入到再循環(huán)截留液和剛進(jìn)行pH調(diào)節(jié)的大豆材料中。連續(xù)移出一部分截留液，從而回收到去雜味的大豆材料。去雜味大豆材料的pH可如下降低至pH小于約8使去雜味大豆材料與雙極性膜和陰離子單極性膜接觸，同時(shí)將施加電場跨越所述雙極性膜和陰離子膜，所施加電場的量能有效地給去雜味大豆蛋白質(zhì)材料提供小于約8的pH值。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明是在分批或半連續(xù)工藝中對大豆材料進(jìn)行去雜味的方法，在該工藝中，使pH已進(jìn)行過調(diào)節(jié)的大豆材料含水混合物通過超濾膜，分離出透過液以回收風(fēng)味成分，截留液則進(jìn)行再循環(huán)而加入到新鮮pH調(diào)節(jié)的大豆材料中。定時(shí)或連續(xù)加入水，以彌補(bǔ)流失到透過液中的水，并將合并液流(combinedstream)中的大豆材料濃度調(diào)節(jié)至預(yù)定水平。如有必要，可用膜電滲析來調(diào)節(jié)pH，或者可將pH調(diào)節(jié)物質(zhì)(例如堿)添加到再循環(huán)截留液或所加入的水中，以在超濾過程中將pH控制在所需的范圍內(nèi)。繼續(xù)進(jìn)行該過程，直到所有的或者大部分的風(fēng)味化合物已被去除。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供制備去雜味大豆蛋白質(zhì)材料的方法，所述方法包括
(a)制備含有大豆蛋白質(zhì)、風(fēng)味化合物和不溶性材料的大豆材料含水組合物；
(b)用膜電滲析將(a)的含水組合物的pH調(diào)到約9至約12的范圍內(nèi)，以使大豆蛋白質(zhì)增溶和釋放出風(fēng)味化合物；
(c)從(b)的pH經(jīng)過調(diào)節(jié)的含水組合物除去不溶性材料，獲得處理過的含水組合物；
(d)使(c)的處理過的含水組合物通過截留分子量最大至約50,000道爾頓的超濾膜，同時(shí)保持pH在約9至約12的范圍內(nèi)，或者讓pH被動(dòng)地受滲濾水調(diào)節(jié)到pH9以下，所述超濾在風(fēng)味化合物得以通過所述超濾膜的合適超濾條件下進(jìn)行，從而使大豆材料去雜味，并保留基本上所有的可溶性大豆蛋白質(zhì)；
(e)回收超濾膜所保留的可溶性大豆蛋白質(zhì)，獲得去雜味大豆蛋白質(zhì)材料；
(f)用電滲析將(e)的去雜味大豆蛋白質(zhì)材料的pH調(diào)到pH約9以下(如果pH沒有按(d)中所述進(jìn)行被動(dòng)調(diào)節(jié)的話)。本發(fā)明方法中所用的超濾膜具有最大為50,000道爾頓的截留分子量，優(yōu)選1,000-50,000，最優(yōu)選約10,000，且優(yōu)選是聚醚砜膜或陶瓷膜。
附圖簡述


圖1是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的框圖。圖2是用以提高pH的膜電滲析系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。圖3是用以提高pH的膜電滲析系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)例。圖4是應(yīng)用本發(fā)明的一種方法的框圖。圖5是用以降低pH的膜電滲析系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。圖6是用以降低pH的膜電滲析系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)例。圖7是表示尚未去雜味的大豆分離蛋白(Supro 710)材料的風(fēng)味品質(zhì)強(qiáng)度的圖。圖8是表示使用雙極性膜電滲析結(jié)合超濾的去雜味大豆蛋白質(zhì)(Supro 675)材料與對照大豆蛋白質(zhì)材料相比的風(fēng)味品質(zhì)強(qiáng)度的圖。圖9是比較使用串聯(lián)雙極性膜電滲析堿化-超濾-雙極性膜電滲析酸化的去雜味大豆蛋白質(zhì)(PRO-FAM 825)材料與對照大豆蛋白質(zhì)材料的風(fēng)味品質(zhì)強(qiáng)度的圖。
發(fā)明詳述
圖1所概述的本發(fā)明方法包括以下步驟
(1)制備大豆衍生材料的含水混合物；(含水混合物在進(jìn)行步驟(2)前可進(jìn)行過濾，以除去任何顆粒物)
(2)用膜電滲析將含水混合物的pH提高到約9至約12，以使大豆蛋白質(zhì)增溶和釋放出風(fēng)味化合物；
(3)使pH經(jīng)過調(diào)節(jié)的混合物在維持pH在約9至約12的范圍內(nèi)(或者讓pH由滲濾水的質(zhì)量作用被動(dòng)地中和)的同時(shí)，通過截留分子量最大至約50,000道爾頓的超濾膜，以將風(fēng)味化合物作為透過液而去除，并將留下的大豆蛋白質(zhì)和其它大豆材料作為截留液而移出；
(4)用膜電滲析中和截留液，回收大豆蛋白質(zhì)。大豆衍生材料。所有類型的大豆材料都可認(rèn)為是用于食品中的大豆的潛在來源。因此，將含有蛋白質(zhì)的大豆材料化合為含水組合物，通常是大豆固形物的漿液。該蛋白質(zhì)成分為食品所需，但據(jù)認(rèn)為含有風(fēng)味化合物，必須將它們釋放出來以便分離。風(fēng)味化合物的分離在蛋白質(zhì)和風(fēng)味化合物都溶于其中的含水混合物中進(jìn)行。大豆材料在含水混合物中的濃度會(huì)在約1％至約20％的范圍內(nèi)。一般地，pH調(diào)節(jié)后大豆材料的濃度在隨后的超濾步驟中會(huì)發(fā)生變化，因?yàn)樗S透過液而被除去。水將定期或連續(xù)進(jìn)行彌補(bǔ)。例如，在分批或半連續(xù)工藝中，逐步加入水以稀釋保留的蛋白質(zhì)。用以調(diào)節(jié)pH的膜電滲析。第二個(gè)步驟對于風(fēng)味化合物的去除是重要的。通過調(diào)節(jié)含水混合物的pH，使pH達(dá)到約8至約12，而使大豆蛋白質(zhì)增溶。一般發(fā)現(xiàn)，使所有的蛋白質(zhì)增溶需要pH為約9，而pH超過約12很可能會(huì)造成蛋白質(zhì)發(fā)生不合需要的降解。據(jù)認(rèn)為，使蛋白質(zhì)增溶可改變它們的形狀并以某種方式導(dǎo)致風(fēng)味化合物釋放，而風(fēng)味化合物在中性或酸性溶液中時(shí)會(huì)被大豆蛋白質(zhì)結(jié)合或包封。風(fēng)味化合物與大豆蛋白質(zhì)相比分子量相對較低，能夠通過超濾膜的膜孔，而基本上所有的可溶性大豆蛋白質(zhì)都因太大而被保留下來。重要的是，在超濾/滲濾過程中應(yīng)使pH保持在以上所述的范圍(即約8至約12，更優(yōu)選約9至約12)內(nèi)達(dá)足夠長的時(shí)間，以讓盡可能多的風(fēng)味化合物去除。(不過，在超濾過程中讓pH因所加入的滲濾水的pH稀釋作用而被動(dòng)地中和，也可充分去除風(fēng)味化合物)。膜電滲析用來調(diào)節(jié)含水大豆材料的pH。膜電滲析的使用提供了不用加入酸或堿就可調(diào)節(jié)pH的方法。這樣，不會(huì)形成隨酸堿的加入可能會(huì)形成的鹽類和沉淀物，因此也就不需要將它們?nèi)コ?。如圖2和3所示，可用雙極性膜和陽離子膜來進(jìn)行膜電滲析。各膜排列在陰極和陽極之間，并置于電場下。各膜形成單獨(dú)的隔室，流過這些隔室的物料可單獨(dú)進(jìn)行收集。包括離子選擇性膜的電滲析設(shè)備的一個(gè)實(shí)例是EUR6(獲自Eurodia Industrie，Wissous，F(xiàn)rance)。合適的膜可獲自Tokuyama公司(日本)。雙極性膜包括連接在一起的陽離子膜和陰離子膜。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，使大豆衍生材料的含水混合物與離子選擇性膜接觸?？砂捶峙绞?、半連續(xù)方式或連續(xù)方式使水溶液流過離子選擇性膜來處理含水材料。當(dāng)采用分批方式、半連續(xù)方式或連續(xù)方式進(jìn)行處理時(shí)，在陽極和陰極之間施加電勢，施加的時(shí)間能有效地給組合物提供所需的pH和離子濃度。分批方式的處理時(shí)間和半連續(xù)方式或連續(xù)方式的流速，是所用的離子選擇性膜數(shù)量和所施加的電勢量以及大豆含水組合物的濃度和體積的函數(shù)。因此，可對所得的組合物進(jìn)行監(jiān)測并作進(jìn)一步的處理，直到達(dá)到所需的pH和離子濃度。圖2和3中提供交替的膜排列。膜排列的某些變化預(yù)期也能實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果。如圖2和3所示，可通過使大豆衍生材料的水溶液與至少一張、優(yōu)選多張雙極性膜接觸，將大豆衍生材料的pH調(diào)節(jié)到約8至約14的pH范圍，所述雙極性膜在兩面分別包括陰離子膜和陽離子膜。將雙極性膜右邊的隔室中的物料收集備用。從雙極性膜左邊的隔室收集得到的物料可再循環(huán)通過膜或者循環(huán)到另一膜電滲析，進(jìn)行需要的次數(shù)，以提供pH約8至約14，優(yōu)選約9至約12的水溶液。雙極性膜右邊的隔室中的物料可再循環(huán)通過膜。靠陽極和陰極的隔室中的物料可再循環(huán)通過膜?？蓪H經(jīng)過調(diào)節(jié)的水溶液進(jìn)行處理，以除去不溶性材料?？墒褂萌魏纬Ｒ?guī)技術(shù)(例如過濾、傾析、離心等)?；蛘撸芤嚎稍谶M(jìn)行電滲析pH調(diào)節(jié)前進(jìn)行處理，以除去不溶性材料。優(yōu)選不溶性材料通過離心去除。市售的連續(xù)離心裝置以半批式或連續(xù)操作可合乎理想地適用于此分離。在尤其優(yōu)選的實(shí)施方案中，pH經(jīng)過調(diào)節(jié)的水溶液在用膜電滲析進(jìn)行pH調(diào)節(jié)之前和之后經(jīng)歷去除技術(shù)(例如離心)的處理至少兩次，以促使或更完全地除去不溶性材料。超濾。在本發(fā)明中，用超濾來將風(fēng)味化合物從大豆衍生材料中去除。重要的是，在超濾過程中大豆衍生材料的pH應(yīng)維持在約9至約12的范圍內(nèi)。超濾旨在去除大小在1-1,000埃(0.001-0.1μm)之間的顆粒，通常對應(yīng)于分子量在10,000至1,000,000之間的顆粒，并且超濾也受到這種高分子量顆粒的形狀的影響。大豆蛋白質(zhì)的分子量范圍在約3,000至600,000之間?？蛇x擇能夠使所有的大豆蛋白質(zhì)或者只有選定部分的大豆蛋白質(zhì)通過的膜。在本發(fā)明中，大豆蛋白質(zhì)在選定的操作條件下被超濾膜保留，而更低分子量的風(fēng)味化合物則通過膜而被分離，從而改進(jìn)所保留的大豆蛋白質(zhì)及伴隨固形物的顏色和風(fēng)味。聚合物超濾膜可定義為各向異性(非均勻)層。一個(gè)表面是具有膜孔的外皮(skin)，所述膜孔決定了能通過膜的分子的大小。支持著表面外皮的是延伸到相對面的海綿狀結(jié)構(gòu)。這種膜通常是使聚合物在水浴中發(fā)生凝結(jié)而制得的?？梢允褂玫牡湫途酆衔锇ň垌俊⒗w維素酯、聚偏氟乙烯、聚二甲基苯醚、聚丙烯腈，它們可澆鑄成膜。通常，將膜形成中空管并組合成束，待過濾溶液可通過其中?；蛘?，可采用平膜片和螺旋構(gòu)造。在商業(yè)實(shí)踐中，要施加壓力以促使較低分子量的化合物移動(dòng)通過膜。膜必須能夠承受所用的壓力，使得重要的是海綿狀支承結(jié)構(gòu)應(yīng)均勻，以避免表面外皮破裂而使膜被繞過。除了剛描述的聚合物膜外，也已使用其它材料制造超濾膜，如陶瓷、燒結(jié)金屬和其它無機(jī)材料。本發(fā)明并不限于任何具體類型的膜或大小選定的過濾法，可包括但不限于超濾、納濾、微濾、反滲透和透析。一般來說，膜必須能夠使風(fēng)味化合物通過，這些風(fēng)味化合物的分子量據(jù)認(rèn)為在1,000道爾頓以下。更重要的是，膜必須能夠保留住基本上所有的可溶性大豆蛋白質(zhì)。因此，本發(fā)明的膜具有最大為約50,000道爾頓的截留分子量，優(yōu)選約1,000-50,000道爾頓，最優(yōu)選10,000-30,000道爾頓。超濾可按類似于以下實(shí)施例所介紹的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的分批方式來進(jìn)行，在所述實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中風(fēng)味化合物和水通過膜并被流動(dòng)的水帶走。但是，在本發(fā)明方法的商業(yè)應(yīng)用中，pH經(jīng)過調(diào)節(jié)的含水混合物會(huì)被連續(xù)循環(huán)通過超濾膜。由于水、堿性氫氧根離子和風(fēng)味化合物作為透過液而通過膜并被棄去，故要加入另外的滲濾水來維持所需的大豆材料濃度，這會(huì)趨向于使含水混合物的pH降低。將透過液脫水并將回收到的水再循環(huán)到原料流(feed stream)可補(bǔ)充水?？捎媚る姖B析來調(diào)節(jié)含水材料的pH，使含水材料的pH維持在9-12的pH范圍?；蛘撸鶕?jù)需要直接向超濾溶液、向任何再循環(huán)含水材料或向補(bǔ)償水加入pH調(diào)節(jié)物質(zhì)(例如堿)，將pH控制在所需的范圍內(nèi)(即約9至約12)。通過超濾使大豆材料去雜味的方法可按各種方式來操作。在超濾/滲濾過程中pH維持在約8至約12的范圍內(nèi)，優(yōu)選維持在約9.5至約10.5的范圍內(nèi)?，F(xiàn)將描述兩種方法連續(xù)處理和分批(包括半連續(xù)操作)處理。預(yù)期商業(yè)工藝會(huì)采用分批或半連續(xù)操作，這種方法應(yīng)該更好地適合于食品級大豆產(chǎn)品的生產(chǎn)。圖4大致顯示了連續(xù)工藝。在連續(xù)或分批工藝中，大豆材料的含水混合物經(jīng)pH調(diào)節(jié)，使大豆蛋白質(zhì)增溶和風(fēng)味化合物釋放出來，然后通過超濾膜，超濾膜讓較低分子量的風(fēng)味材料隨同水一起通過其膜孔(透過液)，留下較高分子量的大豆材料(截留液)進(jìn)行再循環(huán)。一部分截留液將被抽出作為去雜味產(chǎn)品，從中可按需回收大豆材料用于最終用途。要加水來彌補(bǔ)損失到透過液中的水，使供應(yīng)到超濾膜的原料流中的大豆材料濃度保持恒定。圖4的工藝中包括了額外的處理，即用反滲透膜從透過液回收一部分水，以供再循環(huán)回加到截留液和新鮮大豆材料中，不過這個(gè)這個(gè)額外步驟對該方法并不是必需的。這個(gè)步驟的好處在于減少必須加入到工藝過程中的新鮮水和濃縮透過液時(shí)必須除去的水的量。當(dāng)然，大豆衍生材料的pH可如下保持在所需的范圍內(nèi)連續(xù)電滲析，或者向加入到工藝過程中的再循環(huán)或新鮮的水中適當(dāng)添加堿，或者按需直接添加堿。在分批工藝?yán)缫韵聦?shí)施例描述的分批工藝中，將一批大豆材料放入容器中，進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，然后輸送到超濾膜。將透過液分離，截留液返回容器。隨著工藝過程的進(jìn)行，大豆材料減少了較低分子量的風(fēng)味化合物和水，所需要的大豆蛋白質(zhì)越發(fā)得到濃縮。定時(shí)向截留液中加入滲濾水，以將截留液稀釋，并作為風(fēng)味化合物通過膜的載體。在半連續(xù)工藝中，滲濾水是連續(xù)加入的，加入的速度等于它被排除到透過液中的速度。繼續(xù)該過程，直到所有的風(fēng)味化合物已被去除，截留液得到充分去雜味而變成產(chǎn)品，該產(chǎn)品可按需作進(jìn)一步的處理供最終用途使用。分批或半連續(xù)工藝還可包括透過液的濃縮，分離出的水按圖4所示的類似方式進(jìn)行再循環(huán)。在超濾/滲濾過程中pH維持在約8至約12的范圍內(nèi)，優(yōu)選維持在約9.5至約10.5的范圍內(nèi)。超濾膜是在壓差下操作的，該壓差有助于能夠通過膜孔的風(fēng)味化合物、水和其它材料的移動(dòng)，而又不超過膜的物理強(qiáng)度。用于這種膜的典型平均壓力是約50psi(345kPa)。過膜壓力(膜內(nèi)與膜外相比)可能達(dá)約15psi(103kPa)。當(dāng)然，這些壓力可根據(jù)膜的規(guī)格和其它操作考慮因素加以改變。原料流的流速須給大量透過液排除提供充足的停留時(shí)間，但流速同時(shí)也須足夠高以造成紊亂，使得原料流向膜膜孔的接近不會(huì)受到膜壁上固體沉積物的阻礙。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)知道，合適的操作參數(shù)可根據(jù)所用膜的廠商說明書和根據(jù)對所分離材料的經(jīng)驗(yàn)來確定。中和。超濾后，如圖5和6所示，可通過使大豆材料與至少一張、優(yōu)選多張雙極性膜接觸，將大豆蛋白質(zhì)材料的pH調(diào)節(jié)到小于約9的pH范圍，優(yōu)選約6至約8，所述雙極性膜在兩面分別包括陰離子膜或陽離子膜。將雙極性膜左邊的隔室中的物料收集備用。從雙極性膜右邊的隔室收集得到的物料可再循環(huán)通過膜或者循環(huán)到另一膜電滲析，進(jìn)行需要的次數(shù)。雙極性膜左邊的隔室中含水大豆材料也可再循環(huán)通過膜，以使大豆水溶液中和至pH約9以下，優(yōu)選6至約8?？筷枠O和陰極的隔室中的物料可再循環(huán)通過膜。去雜味大豆蛋白質(zhì)產(chǎn)品。按本發(fā)明方法制備得到的去雜味大豆材料能合乎理想地適用于乳飲料和非乳飲料、冰沙(smoothie)、保健飲料、干酪、模擬干酪(cheese analog)、酸奶酪和非酸奶酪、肉制品和仿肉制品、谷類、焙烤制品、快餐等等當(dāng)中。去雜味大豆蛋白溶液可直接使用，或者如有需要可轉(zhuǎn)變成固體形式?？墒褂萌魏纬Ｒ?guī)的除水技術(shù)。一般來說，優(yōu)選噴霧干燥或冷凍干燥技術(shù)。以下實(shí)施例說明實(shí)施本發(fā)明的方法，應(yīng)理解為旨在說明而不是限制所附權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明范圍。所有的百分比均為重量百分比，除非另外注明。實(shí)施例1。用自來水將大豆分離蛋白(Supro 710，得自DuPont Protein Technologies，St.Louis，MO；以干重計(jì)含93％蛋白質(zhì))水化，得到5％的濃度。用膜電滲析將pH調(diào)節(jié)到約10.2，膜排列按圖2所示的陰離子單極性膜-雙極性膜-陰離子單極性膜堆疊排列。陰離子膜(AHA)和雙極性膜(BP-2)得自Takuyama公司。酸液流(acidstream)由3升的0.1M NaCl組成，電極洗液(electrode rinse)由3升的0.5M硫酸鈉組成。大豆蛋白質(zhì)工藝液流(process stream)為5％大豆分離蛋白(Supro 710(DuPont Protein Technologies)，起始pH為約7.0。將工藝液流在約61伏下進(jìn)行電滲析-堿化約4小時(shí)，直到pH達(dá)約10.3。這導(dǎo)致約3400焦耳的凈能量轉(zhuǎn)移。將堿化的大豆溶液轉(zhuǎn)移到截留分子量為3500的透析管(Spectrum Inc.)中以進(jìn)行超濾。堿化的大豆溶液樣品在2℃下進(jìn)行透析，在4天時(shí)間里5次更換4.5加侖的水。在透析過程中，堿化大豆溶液的pH被動(dòng)地降低到約pH7.0。將保留在透析管中的組合物轉(zhuǎn)移到冷凍干燥瓶中，冷凍至-50℃，并在-50℃和約50微米汞柱的真空下冷凍干燥。對凍干粉的香氣和味道進(jìn)行評估。對照蛋白質(zhì)(Supro 710)溶液風(fēng)味概況的表征在圖7中顯示，結(jié)果在0-15強(qiáng)度量表上給出。對照蛋白質(zhì)溶液的特征是具有強(qiáng)烈的紙板風(fēng)味(cardboard flavor)品質(zhì)。對上述實(shí)施例中的處理組合物以及經(jīng)歷過類似于處理樣品所進(jìn)行的超濾的對照樣品(透析對照)進(jìn)行感官評定。訓(xùn)練有素的感官評定小組用描述性分析來評估樣品，樣品為5％(w/w)蛋白質(zhì)水溶液，按盲知和隨機(jī)化順序呈給各評定員。結(jié)果按相對于對照的差值在-5至+5差值量級尺度(magnitude ofdifference scale)上給出。作統(tǒng)計(jì)分析以比較對照、透析對照和處理樣品的品質(zhì)。統(tǒng)計(jì)差異以95％置信水平表示，除非另外注明。下表顯示對照(Supro 710)、透析對照和按實(shí)施例1所述處理的大豆蛋白質(zhì)樣品的感官試驗(yàn)比較結(jié)果。處理大豆溶液與對照相比在多種品質(zhì)上都較弱，紙板味品質(zhì)明顯地較不強(qiáng)烈，生鮮味和土腥味品質(zhì)趨向于較不強(qiáng)烈(85％置信水平)。但是，處理樣品在澀味和顆粒感品質(zhì)上更為強(qiáng)烈。從結(jié)果清楚知道，處理大豆蛋白質(zhì)溶液因去除了風(fēng)味成分，風(fēng)味已變得更為中性。對照大豆(透析對照)的超濾并沒有降低生鮮味或土腥味品質(zhì)的強(qiáng)度，降低紙板風(fēng)味的程度也不如按以上實(shí)施例1所述對大豆蛋白質(zhì)進(jìn)行的處理。這清楚表明，相比于單獨(dú)進(jìn)行超濾，電滲析處理通過去除風(fēng)味化合物使大豆溶液的風(fēng)味變得更為中性。表1.對照風(fēng)味品質(zhì)及超濾或電滲析加超濾對風(fēng)味品質(zhì)強(qiáng)度的影響
1對照值基于絕對0-15點(diǎn)尺度。
2數(shù)值是-5至+5差值量級尺度上相對于對照值的差值。
*95％置信水平下的顯著性。**85％置信水平下的顯著性。實(shí)施例2。將大豆分離蛋白Supro 675(DuPont ProteinTechnologies，St.Louis，MO)(以干重計(jì)含92.5％蛋白質(zhì))與水混合，制成8升的約16％大豆蛋白質(zhì)溶液(大豆溶液1)和8升的約19％大豆蛋白質(zhì)溶液(大豆溶液2)。使用按圖3所示的陽離子單極性膜-雙極性膜-陽離子單極性膜堆疊排列，對樣品進(jìn)行雙極性膜電滲析。陽離子膜(CMB)和雙極性膜(BP-I)得自Tokuyama公司。酸液流由8升的0.1MNaCl、0.1M NaH2PO4組成。電極洗液是6升的0.5M Na2SO、0.2MNa2HPO4。起始pH為約7.3的大豆溶液1在31-60伏下進(jìn)行電滲析-堿化約15分鐘，直到工藝液流的pH達(dá)約10.1。凈能量轉(zhuǎn)移為約5050焦耳。起始pH為約7.3的大豆溶液2在約45伏下進(jìn)行電滲析-堿化約45分鐘，直到工藝液流的pH達(dá)約10.2。凈能量轉(zhuǎn)移為約7200焦耳。將堿化的大豆溶液1和2冷卻至約4℃，合并，所得混合物pH約10.3。將堿化的大豆溶液混合物進(jìn)行超濾，所用膜(UFP-30-C-55膜，A/G Technologies)的名義截留分子量為30,000。使其中溶有雜味和顏色的含水透過液離開堿化的大豆溶液混合物截留液。大約每損失16磅透過液，就加入16磅的新鮮滲濾水，以將濃縮的截留液稀釋。這樣重復(fù)43次，讓pH被動(dòng)地從約pH10.3下降到約pH7.5。收集經(jīng)過超濾的蛋白質(zhì)溶液，冷凍干燥并進(jìn)行感官評定。對以上實(shí)施例的處理組合物進(jìn)行感官評定。訓(xùn)練有素的感官評定小組用描述性分析來評估樣品，樣品為5％(w/w)蛋白質(zhì)水溶液，按盲知和隨機(jī)化順序呈給各評定員。結(jié)果以品質(zhì)的平均強(qiáng)度等級(Mean Intensity Ratings of the Attributes)給出。作統(tǒng)計(jì)分析以比較對照和處理樣品的品質(zhì)。統(tǒng)計(jì)差異以95％置信水平表示，除非另外注明。圖8顯示對照(Supro 675)和按實(shí)施例2所述處理的大豆蛋白質(zhì)樣品的感官試驗(yàn)比較結(jié)果。處理大豆溶液與對照相比在多種品質(zhì)上都較弱，顆粒感、土腥味、成味和苦味品質(zhì)明顯地較不強(qiáng)烈，生鮮味趨向于較不強(qiáng)烈(85％置信水平)。但是，處理樣品在紙板品質(zhì)上更為強(qiáng)烈。從結(jié)果清楚知道，處理大豆蛋白質(zhì)溶液因去除了風(fēng)味成分，風(fēng)味已變得更為中性。實(shí)施例3。將大豆分離蛋白PRO-FAM 825(Archer DanielsMidland Company，Decatur，IL)(以干重計(jì)含90％蛋白質(zhì))與水混合，制成8升的約10％大豆蛋白質(zhì)溶液。將pH＝7.2的大豆溶液進(jìn)行雙極性膜電滲析，膜排列按圖3所示的陽離子單極性膜-雙極性膜-陽離子單極性膜堆疊排列。陽離子膜(CMB)和雙極性膜(BP-I)得自Tokuyama公司。酸液流由8升的0.1M NaCl、0.2M NaH2PO4組成。電極洗液是8升的0.5M Na2SO、0.2M Na2HPO4。使大豆溶液在50伏下進(jìn)行電滲析-堿化約40分鐘，直到工藝液流的pH為約10.3。凈能量轉(zhuǎn)移為約4711焦耳。將堿化的大豆溶液混合物與冷水1∶1稀釋并進(jìn)行超濾，所用膜(UFP-30-C-55膜，A/G Technologies)的名義截留分子量為30,000。使其中溶有雜味和顏色的含水透過液離開堿化的大豆溶液混合物截留液。每次將一半重量的大豆蛋白質(zhì)溶液作為透過液排走，同時(shí)加入等量的冷水來稀釋截留液。這在超濾過程中重復(fù)進(jìn)行六次。大豆溶液截留液的溫度維持在約16℃。在超濾過程中，pH從起始的pH＝10.1下降到最終的pH＝9.2。收集經(jīng)過超濾的大豆蛋白質(zhì)溶液截留液，進(jìn)行雙極性膜電滲析，膜排列按圖5所示的陽離子單極性膜-雙極性膜-陽離子單極性膜堆疊排列。堿液流(base stream)由前面的酸液流組成，即8升的0.1M NaCl、0.2M NaH2PO4。電極洗液是8升的0.5M Na2SO、0.2M Na2HPO4。大豆溶液在50伏下進(jìn)行電滲析-堿化約45分鐘，直到工藝液流的pH為約7.6。凈能量轉(zhuǎn)移為約1051焦耳。收集工藝液流，冷凍干燥并進(jìn)行感官評定。對實(shí)施例3的處理組合物進(jìn)行感官評定。訓(xùn)練有素的感官評定小組用描述性分析來評估樣品，樣品為5％(w/w)蛋白質(zhì)水溶液，按盲知和隨機(jī)化順序呈給各評定員。樣品用ANOVA軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，該軟件將對照和去雜味大豆樣品的每一個(gè)感官品質(zhì)進(jìn)行比較。統(tǒng)計(jì)差異以95％置信水平表示，除非另外注明。對照PRO-FAM 825大豆樣品具有較高的生鮮味、紙板味、顆粒感、堅(jiān)果味/土腥味、苦味和澀味風(fēng)味(圖9)。去雜味大豆樣品除堅(jiān)果味/土腥味感官品質(zhì)外其余所有感官品質(zhì)都較不強(qiáng)烈。堅(jiān)果味/土腥味風(fēng)味的增強(qiáng)可能是由于其它風(fēng)味品質(zhì)的缺乏所致。去雜味大豆樣品與對照大豆樣品相比在總體風(fēng)味上較不強(qiáng)烈。
權(quán)利要求
1.一種制備去雜味大豆蛋白質(zhì)材料的方法，所述方法包括(a)制備含有大豆蛋白質(zhì)、風(fēng)味化合物和不溶性材料的大豆材料含水組合物；(b)用電滲析將(a)的含水組合物的pH調(diào)到約9至約12的范圍內(nèi)，以使大豆蛋白質(zhì)增溶和釋放出風(fēng)味化合物；(c)從(b)的pH經(jīng)過調(diào)節(jié)的含水組合物中除去不溶性材料，獲得處理過的含水組合物；(d)使(c)的處理過的含水組合物通過截留分子量最大至約50,000道爾頓的超濾膜，同時(shí)保持pH在約9至約12的范圍內(nèi)，所述超濾在風(fēng)味化合物得以通過所述超濾膜的合適超濾條件下進(jìn)行，從而使大豆材料去雜味，并保留基本上所有的可溶性大豆蛋白質(zhì)；(e)回收超濾膜所保留的可溶性大豆蛋白質(zhì)，獲得去雜味大豆蛋白質(zhì)材料；(f)用電滲析將(e)的去雜味大豆蛋白質(zhì)材料的pH調(diào)到pH約9以下。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述大豆材料是至少以下之一豆?jié){、大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s物和大豆粉。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述大豆材料是大豆粉。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述大豆粉是脫脂大豆粉。
5.權(quán)利要求2的方法，其中所述不溶性材料用至少一個(gè)離心步驟從pH經(jīng)過調(diào)節(jié)的含水組合物中去除。
6.權(quán)利要求4的方法，其中所述不溶性材料用至少一個(gè)離心步驟從pH經(jīng)過調(diào)節(jié)的含水組合物中去除。
7.權(quán)利要求5的方法，其中所述(a)的含水組合物中大豆材料濃度在約1％至約20％的范圍內(nèi)。
8.權(quán)利要求6的方法，其中所述(a)的含水組合物中大豆材料濃度在約1％至約20％的范圍內(nèi)。
9.權(quán)利要求5的方法，其中所述超濾膜的截留分子量在約1,000至約50,000道爾頓的范圍內(nèi)。
10.權(quán)利要求6的方法，其中所述超濾膜的截留分子量在約1,000至約50,000道爾頓的范圍內(nèi)。
11.權(quán)利要求9的方法，其中所述超濾膜的截留分子量在約10,000至約30,000道爾頓的范圍內(nèi)。
12.權(quán)利要求10的方法，其中所述超濾膜的截留分子量在約10,000至約30,000道爾頓的范圍內(nèi)。
13.權(quán)利要求11的方法，其中所述超濾在約2℃至約60℃范圍內(nèi)的溫度下和合適的壓力下進(jìn)行。
14.權(quán)利要求12的方法，其中所述超濾在約2℃至約60℃范圍內(nèi)的溫度下和合適的壓力下進(jìn)行。
15.權(quán)利要求13的方法，其中所述超濾膜是聚合物膜、陶瓷膜或無機(jī)膜。
16.權(quán)利要求14的方法，其中所述超濾膜是聚合物膜、陶瓷膜或無機(jī)膜。
17.權(quán)利要求1的方法，其中所述去雜味大豆蛋白質(zhì)材料作進(jìn)一步的處理除水，以獲得固體去雜味大豆蛋白質(zhì)材料。
18.權(quán)利要求5的方法，其中所述去雜味大豆蛋白質(zhì)材料作進(jìn)一步的處理除水，以獲得固體形式的去雜味大豆蛋白質(zhì)材料。
19.權(quán)利要求6的方法，其中所述去雜味大豆蛋白質(zhì)材料作進(jìn)一步的處理除水，以獲得固體形式的去雜味大豆蛋白質(zhì)材料。
20.權(quán)利要求1的方法，其中噴霧干燥所述去雜味大豆蛋白質(zhì)材料以除去水，獲得固體形式的去雜味大豆蛋白質(zhì)材料。
21.權(quán)利要求5的方法，其中噴霧干燥所述去雜味大豆蛋白質(zhì)材料以除去水，獲得固體形式的去雜味大豆蛋白質(zhì)材料。
22.權(quán)利要求6的方法，其中噴霧干燥所述去雜味大豆蛋白質(zhì)材料以除去水，獲得固體形式的去雜味大豆蛋白質(zhì)材料。
全文摘要
大豆衍生材料如豆?jié){、大豆?jié)饪s物和大豆分離蛋白如下進(jìn)行去雜味用膜電滲析將這種大豆衍生材料的含水組合物的pH調(diào)節(jié)到約9至約12，以使大豆蛋白質(zhì)增溶和釋放出風(fēng)味化合物，然后使pH經(jīng)過調(diào)節(jié)的組合物通過截留分子量最大為約50,000道爾頓的超濾膜，超濾的條件是風(fēng)味化合物能通過該膜，從而保留具有改進(jìn)風(fēng)味的大豆材料。
文檔編號A23C11/10GK101052309SQ200580037973
公開日2007年10月10日 申請日期2005年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月15日
發(fā)明者P·H·布朗, C·P·克勞利, X·－Q·韓 申請人:卡夫食品集團(tuán)公司