В статье автор дает характеристику трех методов получения соевого белкового концентрата: кислотной промывки белого лепестка или муки, спиртовой экстракции белого лепестка 20–80-процентным раствором этилового спирта и термопластической экструзии. По результатам анализа каждого метода выявлены достоинства и недостатки способов.
Ключевые слова: соя, белый лепесток, экстракция, соевый белковый концентрат.
Соевый белковый концентрат — очищенный белковый продукт, содержащий не менее 65 и не более 90 % белка на сухое вещество [1]. Отличительной особенностью их химического состава является наличие олигосахаридов в количестве не более 8 % от массы шрота.
Технологии получения концентратов предусматривает три способа очистки белков от углеводов:
– кислотная промывка белого лепестка или муки при рН 4,5;
– экстракция белого лепестка 20–80 % водным раствором этилового спирта;
– денатурация белка посредством влаготепловой обработки водой и последующей экстракцией водой.
В результате использования экстрагентов, не растворяющих большинство белков, можно удалить нежелательные вещества, большую часть водорастворимых углеводов и минеральных веществ, не теряя при этом белок. Белковые концентраты традиционно получают из обезжиренного соевого лепестка, используя непрерывно–противоточный цепной или ленточный экстрактор. Сушку продукта проводят с помощью вакуумной сушилки и измельчения или системы газовой трубы. При применении в качестве сырья для производства белковых концентратов соевой муки, полученной из белого лепестка, ее суспендируют в растворителе, концентрируют на декантерах (отстойниках для отделения твердых веществ при сцеживании), при необходимости повторно экстрагируют и сушат распылением на сопловых форсуночных сушилках или сушилках с роторной распылительной головкой.
Рассмотрим каждый процесс подробнее.
Белый лепесток — самостоятельный коммерческий продукт. Его могут получать переработчики соевых семян на масло, снабжающие производителей соевого белка, но сами не производящие соевую муку, концентрат или изолят. Большинство соевых продуктов в мире производят из белого лепестка.
Типичный процесс кислой промывки характеризуется соотношением воды и лепестка (или муки) в пределах 10–20:1. Экстракцию осуществляют в течение 30–45 мин при температуре 40 0 С. Для отделения твердой фракции используют декантеры или центрифуги, при необходимости проводят повторную промывку и центрифугирование. После вымывания и удаления растворимых сахаров и минеральных элементов рН влажного кислого тестообразного осадка доводят до 6,8, используя гидроксид калия или кальция, и подвергают его сушке распылением при температуре на входе и выходе сушилки 157 и 86 0 С соответственно. Нейтрализованные концентраты, полученные таким образом, имеют более высокое содержание водорастворимых белков в сравнении с концентратами, полученными методами спиртовой экстракции или термоденатурации. В концентратах, полученных с помощью кислотной или горячей промывки, содержится меньшее количество минеральных веществ [3].
Для извлечения белка из соевого белого лепестка (БЛ) возможно применение двух методов экстракции — кислотной и щелочной. Причем каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки. К недостатку щелочной экстракции относится образование токсичных D-форм аминокислот, а также высокое содержание в экстракте окрашенных соединений, образующихся в ходе реакции Майара за счет реакций конденсации белков с углеводами. Преимуществом щелочной экстракции является низкая, по сравнению с кислотной, степень загрязнения экстракта минеральными примесями. К достоинствам же кислотной экстракции следует отнести меньшую степень деструкции аминокислот и образования токсичных энантриомеров, а также возможность получения менее окрашенных гидролизатов. Таким образом, можно сделать вывод о том, что и кислотная и щелочная экстракция, в принципе, могут быть использованы для извлечения белка из сои, однако, следует обратить внимание на качество получаемых продуктов
Рассматривая спиртовую экстракцию белого лепестка 20–80 % — ным водным раствором этилового спирта, отметим, что в настоящее время 90 % мирового производства соевых концентратов получают данным методом — спиртовой экстракцией.
Обезжиренный лепесток, муку или крупу промывают 20–80 %-ным водным раствором спирта. Белки и полисахариды не растворяются в спирте, в то время как сахара и другие компоненты растворяются и удаляются. Полученный концентрат белка затем нейтрализуют и высушивают. Использование дистилляции позволяет регенерировать спирт и повторно применять его в технологическом процессе. Впервые процесс спиртовой экстракции был описан в 1962 и запатентован в 1965 году (США). В последующие годы процесс модифицировался и совершенствовался [2].
Рис. 1. Схема производства соевого концентрата методом спиртовой экстракции
Преимущества технологии спиртовой экстракции:
– извлечение растворимых углеводов;
– высокая переваримость белка;
– качественно хороший аминокислотный профиль;
– снижение содержания антипитательных факторов;
– низкое содержание антигенов;
– готовый продукт имеет улучшенные санитарно-гигиенические характеристики;
– увеличение срока годности.
Недостатком способа является применение спирта для экстракции биологически активных веществ, что ограничивает сферу применения соевого белкового концентрата. Для получения соевого белкового концентрата данным методом пригодны сорта сои с содержанием белка не ниже 41 % и масличностью менее 20 %.
Характеристика следующего способа связана с тем, что соевый белок производится из полуобезжиренной соевой муки методом термопластической экструзии. Полуобезжиренная соевая мука получается механическим способом без использования органических растворителей [5].
Метод экструзии включал комбинированное воздействие давления, температуры и интенсивной механической обработки на белковое сырье с последующим формованием путем принудительного пропускания через фильеры. Необходимые условия экструзионной обработки: увлажнение и пластификация сырья, получение расплава биополимеров, денатурация белков и клейстеризация крахмалов, структурирование расплава под действием сил сдвига и растяжения, его охлаждение и формование. Предварительно увлажненное и перемешанное сырье попадало в зону питания, где оно нагревалось до температуры 60...80ºС. При такой температуре и содержании воды до 30 % биополимеры пластифицировались и переходили из стеклообразного состояния в высокоэластичное. В зоне плавления, в которой температура поддерживалась 150...190ºС, материал переходил в вязкотекучее состояние, образуя расплав биополимеров. Интенсивное структурообразование расплавов биополимеров протекало под действием сил сдвига и растяжения в головке экструдера и фильере. При получении экструдатов пористой макроструктуры использовали короткие неохлаждаемые фильеры. При выходе расплавов биополимеров через такие фильеры происходил резкий сброс давления, что приводило к «взрывному» испарению воды и образованию пористой макроструктуры. Полученный продукт нарезали на небольшие куски и подвергали дополнительной сушке.
Преимуществом и уникальностью данной технологии заключается в том, что она позволяет производить продукт — текстурированный соевый белок — из цельных соевых бобов за один производственный цикл при малых производственных мощностях.
Единственным недостатком являются дополнительные расходы на размалывающую машину или вальцовую мельницу. Однако, они компенсируются экономией на износе деталей. Дополнительное энергопотребление компенсируется снижением энергопотребления экструдера и повышением производительности. К этому следует добавить экономию на износе деталей и повышение качества продукта.
Литература:
- Бычкова Е. А., Борисова А. В. Белковые концентраты сои: технологии производства и перспективы применения // Ползуновский вестник. 2021. № 2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/belkovye-kontsentraty-soi-tehnologii-proizvodstva-i-perspektivy-primeneniya (дата обращения: 14.03.2024).
- Жданова П. А., Демина Л. Н., Меньшикова В. К. Технология водно-спиртового экстрагирования растительного сырья // ТППП АПК. 2020. № 2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehnologiya-vodno-spirtovogo-ekstragirovaniya-rastitelnogo-syrya (дата обращения: 14.03.2024).
- Мандреа А. Г. Технология и оборудование для получения соевых белков из белого лепестка // Пищевая промышленность. 2005. № 9. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehnologiya-i-oborudovanie-dlya-polucheniya-soevyh-belkov-iz-belogo-lepestka (дата обращения: 14.03.2024).
- Соевый дисбаланс. Журнал «АгроИнвестор» 2016 — URL: https://www.agroinvestor.ru/technologies/article/ (дата обращения: 14.03.2024).
- Тюрина, Л. Е. Использование и переработка сои: учеб. пособие / Л. Е. Тюрина, Н. А. Табаков; Краснояр. гос. аграр. ун-т. — Красноярск, 2008. — 90 с.
