Данные для авторизации

Современные технологии получения пищевых белков из соевого шрота

М. Л. Доморощенкова

Всероссийский научно-исследовательский институт жиров (печатается с разрешения автора и редакции журнала "Пищевая промышленность")

Создание промышленных технологий производства концентрированных белковых продуктов из растительного сырья, в частности сои, - одно из основных направлений увеличения ресурсов продовольствия и кормов, совершенствования структуры питания населения.

В большинстве промышленно развитых стран (США, Японии, Бельгии, Дании и др.) уже накоплен практический опыт по переработке сои с получением соевых белков и разнообразного ассортимента высококачественных пищевых продуктов на их основе. Как правило, эти производства работают по экологически чистой безотходной технологии, выпуская помимо пищевых высококонцентрированных белков также высококачественные корма и биологически активные препараты.

Особое внимание к белкам сои обусловлено следующими факторами:

  1. Доступность сырья (посевы сои в мире занимают более 70 млн га, общий объем производства семян сои составляет около 160 млн т, с 1 га можно получить до 731 кг белка).
  2. Уникальный химический состав семян сои (содержание белка 40%, липидов 20%), обеспечивающий ренельность промышленной переработки.
  3. Высокая биологическая и пищевая ценность и хорошие функциональные свойства соевых белковых продуктов.
  4. Большой исторический опыт использования продуктов переработки сои в питании.

Современные технологии получения белковых продуктов из растительного сырья строятся на двух основных технологических подходах:

  1. Глубокое фракционирование макронутриентов сырья с максимизацией выхода белков, их очистка, концентрированно и при необходимости модификация функциональных и медико-биологических характеристик.
  2. Оптимальное фракционирование макро- и микронутриентов сырья с получением белково-липидных и белково-углеводных композитов заданного состава с максимальным сохранением фитохимического потенциала сопутствующих микронутриентов.

Хотя употребление сои в пищу известно уже несколько тысячелетий, в основном оно приходилось на продукты из полножирной сои - соевое молоко, тофу, темпе и т. д. Только в XX в. стали развиваться технологии производства концентрированных соевых белков. В начале века появилась соевая мука, которую получали из целых семян, прессовых жмыхов, а позднее из обезжиренных соевых шротов. Сильный бобовый привкус ограничивал рост рынка соевой муки, поэтому значительные усилия были предприняты для разработки технологий "удаления плохого вкуса".

Для российской пищевой промышленности наибольший интерес представляют белковые продукты из соевого шрота (изоляты, концентраты, обезжиренная мука, текстурированные белки). Технологии их производства можно отнести к первому подходу, так как при их получении ставилась задача достижения максимального выхода белкового компонента после исчерпывающего извлечения липидов.

Обезжиренные соевые продукты можно разделить на три основные группы, которые различаются по содержанию протеина.

Обезжиренная мука и крупа - 52-59%, Концентраты белка - 65-72%, Изоляты белка - 90-92% (сырой протеин в пересчете на сухое вещество).

Изоляты и концентраты - более очищенные формы соевых белков. Они используются в питании без каких-либо ограничений и в совокупности с другими пищевыми компонентами могут служить основным источником белка в рационе человека.

Качество семян сои

Кислотное число масла семян (ядро), мг КОН

1,5 – 2,0

Влажность, %, не более

10,0 – 13,0

Содержание посторонних примесей, %, не более

1,0 – 3,0

Масличность на СВ, %

18,0 – 20,0

Содержание протеина на СВ, %, не менее

36,0 – 41,0

Содержание клетчатки на СВ, %, не более

5,0

Содержание золы на СВ, %, не более

5,0

Индекс растворимости азота, NSI, не менее

90,0

Плесени не допускается допускаются

 

Основное сырье для производства соевых белков - семена сои, или точнее, соевый шрот, получаемый после экстракции масла из семян. При выработке всех видов соевых белков необходимо использовать только тщательно очищенные, здоровые, зрелые, желтые семена, калиброванные по размеру. Качество получаемых соевых белков зависит в первую очередь от качества исходных семян сои. Их качество должно быть не ниже, чем у сорта US N2, по американским стандартам и спецификациям на соевые бобы.

Анализ технических предложений инофирм показал, что к семенам сои как к сырью для производства пищевого белка зарубежные фирмы дополнительно предъявляют следующие требования:

Для масличных растений одним из основных биохимических критериев, связанных с качеством белкового комплекса семян, служит изменение кислотного числа масла семян (ядра). При возрастании его выше 1,5-2,0 мг КОН уменьшается общее содержание сырого протеина в семенах, усиливаются процессы гидролитического расщепления белков, что приводит к уменьшению содержания переваримого и усваиваемого протеина.

Показатель влажности семян установлен на уровне 10-13%. Этот показатель в определенной степени гарантирует сохранность качества белковой части семян при хранении, а также сравнительно низкий уровень развития микрофлоры, которая может быть причиной микробиологической порчи ценных компонентов семян и источником заражения пищевых белковых продуктов токсинами. При низком содержании посторонних (сорных) примесей (1,0-2,0%) и битых семян (3,0-10%) также снижается возможность заражения семян микрофлорой и устраняется благоприятная среда для их развития. Кроме того, в этом случае есть возможность получить пищевые продукты с хорошими органо-лептическими характеристиками вследствие снижения в сырье количества окисленных липидов и продуктов их взаимодействия с белками, уменьшения содержания некоторых вредных метаболитов.

Характеристика семян сои US N2

Минимальный натурный вес бушеля, фунты

54,0

Поврежденное зерно, %, не более:

 

Всего:

3,0

Поврежденное теплом:

 

Посторонние примеси, %, не более

2,0

Деформированные зерна, %, не более

20,0

Бобы другого цвета, %, не более

2,0

В настоящее время при поставках семян сои в России действует ГОСТ 17109-88 "Соя. Требования при заготовках и поставках". Учитывая, что в него не включен ряд важнейших показателей, которые могут существенно влиять на качество и эффективность производства концентрированных соевых белков, ВНИИЖ разработал специальные требования к соевым семенам как к сырью для производства концентратов и изолятов.

Технологии получения соевых белков

В промышленных технологиях получения соевых белков существуют свои "ноу-хау. Количество комбинаций способов выработки различных продуктов безгранично. Даже при производстве одного вида продукта технологии и оборудование у разных производителей отличаются, что обусловливает небольшие отличия продуктов. Обычно пищевые соевые белки производят на отдельных технологических линиях, а не на тех же линиях, которые используются для производства масла и кормовых шротов, когда из колотых и недостаточно качественных соевых семян в процессе экстракции получают кормовой шрот. Некоторые производители промывают сою для удаления грязи и маленьких камешков.

До настоящего времени большинство соевых белковых продуктов в мире производят из белого лепестка (БЛ -обезжиренный гексаном лепесток, полученный из пищевых сортов очищенных от оболочки соевых семян).

Для производства лепестка с высоким значением PDI/NSI обычно используют систему отгонки растворителя в газовой трубе (флеш) или в перегретых парах растворителя, которую иногда называют "системой получения белого лепестка". Ни на одном из отечественных предприятий таких систем отгонки растворителя из шрота нет.

В России соевый шрот на заводах получают в основном по схеме форпрес-сование-экстракция, когда на прессах производят предварительный съем масла перед экстракцией. Отгонку растворителя из шрота ведут на тостерах-испарителях чанного типа. Продукты экстракции имеют NSI 50 и ниже вследствие денатурации соевого белка под действием влаги и высоких температур. По этим схемам на имеющемся оборудовании в России можно получить только тестированный соевый шрот и из него только тестированную соевую муку.

В настоящее время на территории РФ действует ГОСТ на шрот соевый пищевой, применяемый для производства пищевой соевой муки - ГОСТ 8056-96 "Шрот соевый пищевой. Технические условия". ВНИИЖ разработал специальные требования к соевому шроту для получения концентратов и изолятов соевых белков.

Изоляты соевых белков

Существует много технологических процессов получения изолятов соевых белков. Более предпочтительны технологии, которые основаны на дальнейшей переработке шрота, получаемого после экстракции масла из семян. При этом качество получаемых изолятов оптимально и соответствует ожиданиям потребителей.

Большинство изолятов, поступающих на рынок, производят экстракцией, осаждением и нейтрализацией, проводимыми при заданных значениях рН, и последующей распылительной сушкой полученного продукта. Затем они могут быть обогащены кальцием, если предназначены для использования в качестве заменителя молочных продуктов. Их можно гранулировать, чтобы увеличить плотность, либо лецитинировать для улучшения диспергируемости.

Традиционный процесс производства изолятов

В некоторых технологиях нерастворимый остаток шрота промывают дважды, чтобы увеличить выход протеина. Для производства изолятов следует использовать деионизированную технологическую воду вместо типовой "жесткой" или щелочной воды. Иногда целью является получение изолята, имеющего растворимость при определенных значениях рН, а не просто оптимизация суммарного выхода белка. В этих случаях один продукт выделяют при заданных значениях, а другой продукт – при pH изоэлектрической точки белков.

Другими способами получения, основанным на разнице в молекулярных массах, являются ультрафильтрация (УФ) и обратный осмос (00). УФ обычно используют для удержания на фильтре или, наоборот, пропускания через фильтр молекул в соответствии с размером выбранных пор, а 00 применяют для обезвоживания и концентрирования.

Нет публикаций о практике использования мембранных технологий для производства соевых белковых концентратов и изолятов в США, сообщается только об их применении в Японии и Европе.

Функциональные свойства соевых концентратов и изолятов могут быть модифицированы перед окончательной сушкой продукта путем подведения рН натриевой или кальциевой щелочью и применением механических нагрузок, химической модификацией боковых групп белка, а также с использованием гидролиза протеолитическими ферментами.

Под физическими способами подразумевается нагрев и/или мягкая щелочная обработка, в результате которой происходят структурные изменения во вторичной и в третичной структуре белка без разрыва ковалентных связей. Такие физические изменения могут быть охарактеризованы как денатурация белка. Денатурация в щелочной зоне рН приводит к диссоциации и раскручиванию спирали с образованием вязких растворов или гелей в зависимости от концентрации белка в растворе. Щелочные условия могут приводить также к разрыву дисульфидных связей.

Химические способы предполагают модификацию боковых групп белка путем ацилирования, фосфорилирования, диамидирования для улучшения функциональных характеристик. Более изучен способ модификации ацилированием с использованием ангидрида уксусной кислоты. Эти процессы пока используют только в фундаментальных научных исследованиях.

Промежуток процесса между стадией экстракции белка и его сушкой представляет прекрасные возможности для проведения ферментативной модификации.

Сейчас в промышленных масштабах производят большое количество протеолитических ферментов растительного, микробного и животного происхождения. Они различаются по субстратной специфичности, избирательности гидролиза пептидных связей в зависимости от вида аминокислот, образующих пептидную связь, а также оптимальными условиями, влияющими на скорость реакции (рН, температура, ингибиторы).

Пенообразующие ферментативно модифицированные соевые белки - пример белков для специальных областей использования [9]. Нехватка яичного альбумина стала причиной появления на рынке трех видов пенообразователей (аэрирующих агентов): соевых альбуминов, ферментативных гидролизатов, получаемых на основе сырого соевого изолята и ферментативных гидролизатов, вырабатываемых непосредственно из соевой муки.

Производство соевых белков. Потребности и рынок.

Производство высококонцентрированных соевых белков (изолятов и концентратов) сосредоточено на заводах нескольких фирм в США, Западной Европе, Японии и Израиле, ведущими из которых являются Central Soya и ADM (США), Central Soya Aarhus (Дания), ADM (Голландия), Protein Technology International - РП (США), РTI (Бельгия), Sogip (Франция), Solbar Hatzor (Израиль), Fuji-PTI (Япония), Sanbra (Бразилия).

Данные по объемам производства соевых белковых продуктов в мире отрывочны и практически не публикуются. Считаем, что наиболее достоверные данные по объемам производства изолятов и концентратов приводятся D. Chaiuss [13], который оценивает объем производства концентратов в мире на уровне 284 тыс. т в год, а объем изолятов 138 тыс. т в год.

Эти данные не учитывают объемов производства соевых белков в развивающихся странах. В последние годы собственное производство концентратов и изолятов соевых белков активно развивается в Индии, Китае. Однако конкретных данных об объемах производства и характеристиках белков, выпускаемых в этих странах, не имеется.

В настоящее время стремительное развитие получили функциональные концентраты, которые в основном производят из концентратов, полученных методом спиртовой экстракции с последующей физической модификацией. Более высокий выход концентратов (48%) из исходного сырья по сравнению с выходом изолятов (26%) при сравнимых функциональных характеристиках позволяет формировать уровень цен на функциональные концентраты ниже, чем на изоляты.

В России соевый белок в виде концентратов и изолятов не вырабатывают. Текстурированную соевую муку производят, используя в качестве исходного сырья импортную соевую муку. Для удовлетворения потребности промышленности и населения в концентратах, изолятах и в текстурированной муке и концентратах их ввозят из других стран: 48% соевых концентратов ввозят в Россию из Дании, 31% из США, 7% из Германии и 6% из Нидерландов. Наибольшие объемы изолятов импортируют из Бельгии - 44%, далее идут Нидерланды (24%) и США (14%).

Согласно экспертной оценке Института потребительского рынка и маркетинга годовая потребность в пищевых растительных белках в России оценивается в 400-450 тыс. т при выпуске продуктов с использованием растительных белков в объеме примерно 10 млн т. Реальная потребность пищевой промышленности России в соевых белках в настоящее время оценивается в 40 тыс. т в год. К 2010 г. эта потребность, по оценкам специалистов, резко возрастет и достигнет 85-100 тыс. т в год.

В настоящее время имеется свыше 300 наименований продукции с использованием соевых белков. Разработанные рецептуры пищевых продуктов прошли соответствующие испытания и рекомендованы к применению Министерством здравоохранения. Большую часть соевых белковых продуктов потребляет мясоперерабатывающая промышленность. Кроме того, соевые белки широко используют в молочной, масложировой, кондитерской, хлебопекарной промышленности, в общественном питании, а также в детском, лечебно-профилактическом, лечебном и диетическом питании.

Использование соевых белков в продуктах питания обеспечивает следующие основные эффекты.

Особое внимание к сое с начала 1990 г. обусловлено тем, что она была отнесена к "функциональным" продуктам питания, т. е. ее добавление в продукты питания рассматривается не просто, как "мясной заменитель или наполнитель", а как компонент, который имеет профилактическое или терапевтическое действие при ряде заболеваний. Все большее внимание в мире уделяется соевому белку как профилактическому средству для предупреждения таких болезней века, как сердечно-сосудистые заболевания, ожирение, диабет, болезни почек и др.

10 ноября 1998 г. Администрация по контролю за продуктами питания и лекарствами США (FDA) официально объявила о соевом белке, как о продукте группы "здоровье". Чтобы продукт относился к этой категории, необходимо, чтобы он содержал, по крайней мере, 6,25 г соевого белка на порцию. Эта цифра основана на том факте, что потребление 25 г соевого белка в день значительно снижает уровень холестерина в крови, а рекомендуется принимать пищу 4 раза в день.