Водная дисперсия, способ ее получения и пищевой заменитель жира, способ его получения

 

Использование: пищевая промышленность, диетотерапия. Сущность изобретения: водная дисперсия макроколлоидов на основе белка, служащая основой для пищевых продуктов - заменителей жира, способ ее получения, заключающийся в специальной обработке водного раствора неденатурированного растворимого белка при нагревании (при температуре денатурации белка) и рН ниже изоэлектрической точки белка и при усилии сдвига со скоростью 7500 с^-1 до получения белковых макроколлоидов с размером частиц 0,1 - 2,0 мкм, имеющих сфероидальную форму при 800-кратном увеличении, а также пищевой заменитель жира на основе указанной дисперсии, используемый для приготовления соусов, майонеза, приправ, и способ его получения. 4 с. и 19 з.п.ф-лы, 13 табл., 12 ил.

Изобретение относится к замене жира при приготовлении пищевых продуктов, при профилактическом и терапевтическом лечении для снижения веса и усиленной белковой терапии, а также к съедобным пищевым продуктам типа, в котором жиры, обычно имеющиеся в концентрациях, достаточных для получения органолептического ощущения, заменяются белковыми материалами, которые обладают мягкими органолептическими характеристиками масла в водных эмульсиях.

Насыщенные жирами продукты пользуются широким спросом и занимают значительную часть в питании многих людей. Нежелательное влияние при потреблении этих продуктов, с точки зрения питания, широко признано и делаются многочисленные попытки для решения этой проблемы.

Простым способом является простое уменьшение количества жиров, имеющихся в любом данном продукте. В патенте США 3892873, принятого в качестве наиболее близкого аналога, приводятся примеры водных дисперсий, в которых многофазные эмульсии (например, масло/вода/масло или вода/масло/вода) используются для снижения количества жиров, присутствующих в определенных жиросодержащих продуктах без, как указано, нежелательного снижения органолептических свойств продуктов. В этих продуктах изменяется соотношение между водой и маслом для максимального увеличения кинестетической доли масла и соответствующего снижения таким образом количества масла, необходимого в пище, с целью обеспечения нужного уровня органолептического ощущения, связанного с жирами. Хотя снижение количества жира безусловно желательно, однако эта методика имеет существенные ограничения по своему распространению. Если оптимизируются органолептические ощущения имеющегося жира, любой получаемый продукт все таки сохраняет значительную часть жира, необходимого для создания соответствующего вкусового ощущения, которое обычно связано с наличием жиров в таких продуктах. Поэтому, хотя простое снижение количества жира имеет свои преимущества, эта методика не может получить широкое распространение и не обладает такими же преимуществами как способ снижения жира путем его замены.

Имеется множество предложений по заменителям жира в пищевых продуктах, которые далее называются продуктами "со сниженной калорийностью". Например, в патенте США 3600186 указываются низкокалорийные продукты, содержащие жидкие сложные полиоловые полиэфиры. В патенте США 4461782 описываются печеные продукты, содержащие сложные полиоловые полиэфиры жирных кислот и микрокристаллическую целлюлозу в качестве заменителей муки или крахмала.

Особенно подчеркивается, что сложные полиэфиры сахарозы имеют физические свойства и внешний вид нормального жира, но в то же время они обладают стойкостью к ферментативному гидролизу в кишечнике, что делает их неперевариваемыми. В статье, опубликованной в "The Economist", апрель 4, 1986 г., с. 87-88, указывается, что сложные полиэфиры сахарозы разрешены только для использования в качестве защитного покрытия на фруктах. Более того, сложные полиэфиры сахарозы оказывают нежелательное слабительное действие, что требует дополнительного использования гидрогенизированного пальмового масла или аналогичного продукта при использовании сложных полиэфиров сахарозы в больших количествах. Это еще более усугубляется тем, что сложные полиэфиры сахарозы в значительной степени препятствуют поглощению в организме растворимых витаминов жиров, в частности, витаминов A и Е.

Пример более традиционного способа получения пищевых продуктов пониженной калорийности приведен в патенте США 4143163, где описываются составы гладких структурированных объемных пищевых добавок, приготовленных из волокнистой целлюлозы, покрытой растворимыми смолами и многоатомными спиртами, в виде частиц размером 20-40 мкм. Вместо замены жира в прямом смысле волокнистый целлюлозный материал увеличивает относительное количество неперевариваемого материала в пищевом продукте. Другие материалы используются для определенной компенсации плохих вкусовых ощущений, которые обычно дают продукты с высоким содержанием волокнистых материалов.

Другой вариант решения проблемы, связанной с плохими вкусовыми качествами добавок с высоким содержанием волокнистого материала, включает использование различных водных гелей в качестве заменителей жира. Патент США 4305964 относится к заменителю жира, в котором гелевые водяные шарики на основе водных дисперсий гидратированных гидроколлоидов, в свою очередь, диспергируются в масловодяной эмульсии. Несмотря на питательные преимущества, которые могут быть обусловлены относительно небольшими количествами гидроколлоидов в этих гелях, эти составы не имеют существенной прямой питательной ценности для питания потребителя. Патент США 4510166 относится к крахмаловодяным гелям, которые, как указывается, используются в качестве заменителей масла или жира. Помимо замены масла или жира единственная питательная ценность в этом способе приходится на 10-50% калорийности крахмала, содержащегося в этих гелях. В рационе, богатом карбогидратами, этот вклад имеет сомнительную ценность.

Известно, что с питательной точки зрения высокий уровень жиров в продуктах питания нежелателен независимо от их сбалансированного возможного органолептического значения. Разбавление жиров за счет использования волокнистых добавок имеет определенные преимущества, но не дает прямой питательной ценности для потребителя, хотя рацион с высоким содержанием волокнистых веществ оказывает благоприятное воздействие на устранение и предупреждение определенных форм кишечных заболеваний. Водогелевые заменители жиров не оказывают такое благоприятное воздействие. Замена жиров сложными полиэфирами сахарозы также не дает непосредственных питательных выгод для потребителя, даже если при этом действительно блокируется холестерол в кишечнике до его поглощения организмом.

Было бы более целесообразно, если бы, кроме прочего, заменитель жиров мог бы иметь прямую питательную ценность для потребителя.

В патенте США 4308294 эта цель в определенной степени достигается за счет использования 0,5-30% белка в заменителе жира, который содержит комплекс сбитого гидратированного белка/смолы, диспергированный в частично желатинизированной, окисленной крахмаловодяной фазе. Однако в колонке 2 строк 62-68 указывается, что нужные маслозаменяющие свойства определяются органолептическими качествами разбухших гранул крахмала.

При нормальных условиях азотное равновесие у здорового взрослого человека можно поддерживать при ежедневном потреблении белка в количестве 0,9 г/кг массы тела в сутки. Заменитель жира, который также является источником питательного белка, мог бы легко удовлетворить эти требования и обеспечить как профилактические, так и терапевтические преимущества по общей белковой недостаточности, а также по лечению ожирения, артериосклероза, включая ряд пищевых расстройств. Обычно белковое обогащение продуктов питания производится с использованием рыбы, сои, сыворотки, казеина, яичного белка или белка клейковины. Каждая из обогащающих добавок создает сопутствующие проблемы. Вместе с тем растворимый пищевой белок обычно клейкий, а после тепловой денатурации белки образуют либо сплошной гель, например вареный яичный белок, либо крупные зернистые частицы. Единственным исключением из этого общего случая является соевый белок, который может формоваться в волокна, имеющие органолептические свойства (в частности, строение), которые напоминают миофибрильные вещества, например, мясо. Однако это строение нельзя везде использовать, так как такие волокна не дают в любом отношении такие вкусовые отношения, которые можно было бы получить, например, от жира или масла.

Существует необходимость получения натуральных питательных материалов, имеющих по существу гладкий эмульсевидный органолептический характер, а также пищевых продуктов, содержащих эти материалы для по меньшей мере частичной замены жиров.

Изобретение относится к белковым, диспергируемым в воде макроколлоидным частицам, которые в гидратированном состоянии имеют по' существу гладкий, типа масловодяной эмульсии органолептический характер. Макроколлоидные частицы изобретения содержат однородные по размеру и форме по существу неагрегированные частицы денатурированного белка. Эти частицы отличаются по существу сфероидальной формой при 800-кратном увеличении в стандартном оптическом микроскопе. В сухом состоянии распределение частиц по среднему размеру диаметра составляет примерно 0,1-2,0 мкм. В предпочтительной форме менее примерно 2% общего количества макроколлоидных частиц превышает 3,0 мкм по диаметру. При диспергировании в водной среде новые денатурированные белковые продукты в виде частиц дают вкусовые ощущения, которые точнее всего можно определить как эмульсиподобные, приближающиеся к тем, которые называются масловодяными эмульсиями.

Соответствующими источниками белка являются животные, растительные и микробные белки, включающие, но не ограничивающие, яичные и молочные белки, растительные белки, в частности, включая белки масличных семян, получаемых из хлопчатника, пальмы, рапса, сафлора, какао, подсолнечника, кунжута, сои, арахиса и аналогичных культур, и микробные белки, например дрожжевые белки и так называемые одноклеточные белки. К предпочтительным белкам относятся белки молочной сыворотки, в частности, белок сладкой сыворотки, и белки немолочной сыворотки, например бычий сывороточный альбумин, альбумин яичного белка и белки растительной сыворотки, т.е. белки немолочной сыворотки, например соевые белки. Наиболее предпочтительными являются сырьевые материалы, дающие растворимые сферические, неволокнистые белки, которые не подвергались денатурации, например, при выделении.

Продукты настоящего изобретения также включают белковые, диспергирующиеся в воде макроколлоиды, содержащие по существу неагрегированные частицы денатурированного белка, при этом по существу вся объединенная масса частиц в сухом состоянии состоит из частиц объемом примерно 510^-4 - 5,5 мкм³ и основная часть этих частиц имеет по существу сфероидальную форму при 800-кратном увеличении в стандартном оптическом микроскопе.

Для получения необходимых кинестетических преимуществ настоящего изобретения, т. е. для получения гладкого, скользящего осязательного ощущения, основная часть частиц этого состава предпочтительно имеет нешершавую или по существу сфероидальную топологию. В данном случае термин "по существу сфероидальную" включает формы от сфер до сплющенных или вытянутых сфероидов. Наиболее предпочтительными являются составы, в которых сферы являются исключительными или предпочтительными видами. Может допускаться наличие других сфероидальных форм в составах изобретения, но составы, в которых преобладают или являются исключительными видами такие другие сфероидальные формы, являются менее предпочтительными. Наличие стержневидных или нитевидных частиц, хотя и допускается, но менее предпочтительно. Наличие игольчатых частиц нежелательно. Предпочтительно частицы имеют диаметр (по длинной оси с несферами), который при измерении в сухом состоянии находится в малом микронном или почти субмикронном диапазоне.

Белковая денатурация производится с помощью процессов, которые в общем являются необратимыми и которые приводят к изменению природного, т.е. неденатурированного состояния белков таким образом, что предопределяется наращивание белковых молекул в виде указанных частиц. Примерами таких процессов являются описанные здесь процессы, в которых тепловая денатурация белков, поддающихся такой обработке, используется для получения такого наращивания.

Согласно настоящему изобретению водная дисперсия белка может дополнительно содержать сахар в количестве до 100% на единицу массы белка. В качестве сахара может быть использована лактоза.

Для предотвращения агрегатирования белковых частиц целесообразно в водную дисперсию вводить анионную добавку, в качестве которой могут быть использованы ксантан, лецитин, каррагинан, альгинат, стероиллактилат кальция, сложные эфиры или мальтодекстрин.

Данное изобретение касается способа получения водной дисперсии белковых макроколлоидных частиц, а также способа получения пищевого заменителя жира путем образования водного раствора неденатурированного растворимого белка с последующей обработкой белкового раствора путем нагревания при температуре денатурации белка и при pH ниже изоэлектрической точки белка и денатурированный белок подвергают усилиям сдвига со скоростью 7500 с^-1 до получения белковых макроколлоидов с размером частиц 0,1-2,0 мкм, имеющих сфероидальную форму при 800-кратном увеличении.

В соответствии с одной из характеристик способ изобретения содержит нагревание неденатурированных по существу растворимых и коагулирующихся под действием тепла белков при температурах тепловой денатурации в водном растворе с pH менее изоэлектрической точки указанных белков при сдвиговых условиях, выбираемых и осуществляемых в течение времени, достаточного для предупреждения образования любого значительного количества сплавленных белковых агрегатов в виде частиц диаметром более примерно 2 мкм при одновременном образовании денатурированных белковых макроколлоидных частиц с диаметром более примерно 0,1 мкм.

Нагревание белкового раствора предпочтительно осуществлять при 80-120^oC.

Денатурированный белок целесообразно подвергать усилиям сдвига в течение 10-120 с.

Согласно настоящему изобретению создан такой способ, в котором предупреждается образование любого значительного количества сплавленных белковых агрегатов в виде частиц объемом более 5,5 мкм³ при одновременном образовании денатурированных белковых макроколлоидных частиц объемом более 510^-4 мкм³.

Эти способы настоящего изобретения успешно используются с водными растворами коагулирующегося при нагревании белка, которые имеют концентрацию белка примерно 10-20 мас.%. В общем источники сырого белкового материала для осуществления изобретения должны включать более примерно 80% растворимых белков и предпочтительно более примерно 90% растворимого белка. Источники белка, дающие менее примерно 80% растворимого белка, могут включать увеличенные частицы и/или агрегаты частиц, которые в значительной степени лишены необходимых органолептических характеристик продуктов изобретения. pH белковых растворов устанавливается ниже средней точки изоэлектрической кривой белков в растворе, т.е. средней точки составной кривой различных изоэлектрических точек отдельных белковых компонентов, но не настолько низко, чтобы допустить значительный кислотный гидролиз белка. В общем регулирование pH на уровне или близко к средней точке изоэлектрической кривой стимулирует образование более крупных частиц, а pH значительно ниже средней точки изоэлектрической кривой стимулирует образование частиц со значительно меньшим средним диаметром. Предпочтительно значение pH составляет на 1 единицу pH меньше средней точки изоэлектрической кривой материала белкового источника. При необходимости pH можно легко регулировать с помощью органических или неорганических кислот или оснований.

При необходимости белковые растворы, используемые при осуществлении изобретения, могут подвергаться предварительной химической или физической обработке для удаления нежелательных небелковых или даже белковых компонентов, включая пептиды и аминокислоты. Например, концентраты белков сухой сладкой молочной сыворотки (обработанные с помощью ультрафильтрации для удаления, например, значительного количества небелковых азотистых соединений и лактозы), могут подвергаться экстракции для удаления жиров и холестерола, а также других компонентов, которые могут вносить "посторонний" привкус при использовании продуктов изобретения в качестве заменителей жиров в пищевых продуктах. Кроме ультрафильтрации молочная сыворотка может подвергаться хроматографической очистке для удаления лактозы, солей и большинства других небелковых соединений, при этом остаются лактальбумины и лактоглобулины в качестве основных составляющих белка.

Гидратированные макроколлоидные продукты изобретения легко получаются из белковых растворов путем использования регулируемого нагрева и больших усилий сдвига, которые облегчают регулируемую денатурацию белков физически и химически, позволяя получить неагрегированные белковые частицы нужного размера и формы. При денатурации обычно образуются частицы сферической формы со средним диаметром более примерно 0,1 мкм. Образование частиц диаметром более примерно 2 мкм и/или образование мелких частиц с диаметром агрегата более 2 мкм по существу исключается. С другой стороны предупреждается образование частиц или агрегатов частиц объемом выше 5,5 мкм³, но при этом образуется существенное количество частиц объемом 510^-4 мкм³ или более. Используемые температуры денатурирования белков и длительность тепловой обработки могут изменяться в зависимости от конкретного белкового исходного материала. Аналогичным образом конкретные большие сдвиговые усилия, включая длительность приложения сдвиговых усилий к белковым растворам, могут также изменяться. Например, белковые растворы сладкой молочной сыворотки с pH 3,5-5,0 могут обрабатываться по этому изобретению при температурах 80-130^oC от 3 с до 15 мин при усилиях сдвига со скоростью 7500-10000 с^-1.

Эти условия являются конкретными условиями обработки, которые были определены при изготовлении многих продуктов изобретения. Однако конкретные скорости усилия сдвига, подходящие для любого выбранного белкового субстрата, могут быть определены с помощью обычных практических опытов с использованием любого технологического устройства.

Во время денатурации неденатурированные белки в растворе взаимодействуют с образованием нерастворимых коагулятов и регулируемый нагрев и приложение больших сдвиговых усилий используются для получения неагрегированных частиц нужного размера. В зависимости от конкретных свойств растворенного промышленного белкового материала и свойств небелковых компонентов в растворе этих материалов использование только нагрева и больших сдвиговых усилий не позволяет полностью предотвратить образование агрегатов укрупненных частиц. В этих условиях в соответствии с объемом изобретения добавляется один или несколько материалов, например, лецитин, ксантановая смола, мальтодекстрины, карагенаны, датемовые сложные эфиры, альгинаты и аналогичные вещества (вещества, блокирующие образование агрегатов) в белковые растворы, лучше всего до тепловой денатурации. В зависимости от выбранных добавок (добавки), блокирующих образование агрегатов, эти материалы могут добавляться в концентрации 0,1 - 10 мас.%. Установлено, что предварительная гидратация этих добавок облегчает их добавление в белковые растворы. При правильном выборе и обработке эти добавки, блокирующие образование агрегатов, вместе с некоагулированными белками могут еще больше усилить маслянистость системы и таким образом кремообразование.

Предпочтительные белковые растворы могут также содержать один или несколько полигидроксильных соединений, предпочтительно моно-, ди- или три-сахариды, например, глюкозу, фруктозу, лактозу и аналогичные соединения. Они могут присутствовать в качестве компонента в источнике материалов, используемых для получения растворимых белков, [например, лактоза (или продукты ее ферментативного гидролиза, глюкоза или галактоза, если по выбору используется обработка лактозы), присутствовать в сухих белковых концентратах сыворотки] или могут содержать добавки к белковым растворам. Относительная концентрация полигидроксильных соединений в различных белковых растворах может широко изменяться. Определенные белковые исходные материалы (например, белок молочной сыворотки, очищенный на колонке хроматографии), которые по существу не содержат сахара или другие полигидроксильные соединения могут перерабатываться довольно легко для получения макроколлоидов по изобретению, но несколько улучшенные продукты получаются при добавлении лактозы, в частности, при введении добавок, блокирующих образование агрегатов, в белковый раствор. Другие растворы белковых исходных материалов, например, яичный белок и альбумин бычьей сыворотки, значительно выигрывают от добавления, например, лактозы для обеспечения оптимальной эффективности при производстве продуктов изобретения. Таким образом, полигидроксильное соединение (предпочтительно сахара и более предпочтительно восстанавливающие сахара, например, лактоза) в количестве 0-100 мас. % по белку может добавляться в белковые растворы, обрабатываемые по этому изобретению.

Белковые сырьевые материалы, используемые в настоящем способе, включают животные, растительные и микробные белки, выбранные из группы, состоящей из альбуминов, глобулинов, глютелинов, коагулирующихся при нагреве и выделяемых из раствора белков и их смесей.

Способы регулируемой денатурации в основном включают "удаление" белковых молекул из раствора путем связывания множества этих белковых молекул с каждой другой для образования белкового коагулянта, который становится нерастворимым при нагреве. Другие параметры регулирования состава и процесса включают предотвращение увеличения размера таких коагулянтов за пределы нужного диапазона. Так как соли могут оказывать значительное влияние на растворимость и коагуляцию белков в водном растворе, настоящим изобретением предусматривается возможность постоянного регулирования концентрации солей в растворах, которые подвергаются нагреву и воздействию больших сдвиговых усилий.

Компоненты белковых растворов, которые по выбору могут быть использованы при осуществлении изобретения, включают красители, вкусовые добавки, стабилизаторы, консерванты и аналогичные соединения в количествах, достаточных для получения необходимых характеристик продуктов.

Кроме этого, по настоящему изобретению также созданы съедобные составы или пищевые продукты, в которых имеющиеся жиры заменены гидратированными белковыми материалами изобретения. Такие пищевые продукты включают низкокалорийные продукты, например, приправы для салата, приправы майонезного типа, пасты и замороженные десерты типа мороженого. Дальнейшие снижения калорийности также могут быть обеспечены материалами настоящего изобретения вместе с сильными подслащивающими добавками типа аспартама, алитама, ацесульфама К и сукралозы. В составы настоящего изобретения также могут добавляться витамины и/или минералы.

На фиг.1 - показан продольный разрез устройства обработки жидкости, которое предназначено для получения равномерного высокого сдвигового усилия и высокой степени теплопередачи при осуществлении настоящего изобретения; на фиг. 2 - схематичное изображение устройства фиг.1, соединенного с различными другими устройствами, используемыми для осуществления предпочтительного способа изобретения; фиг.3 - схематичное изображение, аналогичное изображению фиг.2, но без скребкового теплообменника 10В, показанного на фиг.2; фиг. 4 - сравнительные полулогарифмические гистограммы, показывающие распределение частиц по размеру по образцу одинакового объема белка сыворотки ALATAL810 и макроколлоидов молочной сыворотки настоящего изобретения; на фиг.5 - a, b это сравнительные полулогарифмические гистограммы, показывающие распределение частиц по размеру на примере образцов одинакового диаметра белка сыворотки ALATAL810 и макроколлоидов молочной сыворотки настоящего изобретения соответственно; на фиг.6 - a, b это гистограммы с линейными, в отличие от логарифмических базовых линий, показывающие распределение частиц по размеру (одинаковый диаметр и одинаковый объем) макроколлоидного образца молочной сыворотки настоящего изобретения; на фиг.7 - разрез варианта осуществления технологического аппарата периодического действия для осуществления настоящего изобретения; на фиг.8 - вид сверху лопасти технологического аппарата фиг. 1a; на фиг.9 - вид, аналогичный виду фиг.1, но показывающий аппарат непрерывного действия; на фиг.10 - разрез по линии 13-13 фиг.2; на фиг. 11 - разрез по линии 14-14 фиг.8; на фиг.12 - вид, показывающий работу технологического аппарата; Установлено, что белковые диспергируемые в воде макроколлоиды, которые в гидратированном состоянии имеют по существу гладкий, эмульсевидный органолептический характер, могут быть получены из множества белковых материалов. Белковые диспергируемые в воде макроколлоиды состоят из по существу неагрегированных частиц денатурированного белка, которые отличаются тем, что в сухом состоянии имеют среднее распределение частиц по размеру диаметра примерно 0,1-2,0 мкм, при этом диаметр примерно 2% от общего числа частиц превышает 3,0 мкм. Далее частицы отличаются тем, что имеют по существу сфероидальную форму при 800-кратном увеличении в стандартном оптическом микроскопе.

Макроколлоидные материалы можно получать с помощью регулируемой денатурации множества белковых исходных материалов, которые до обработки по существу растворимы в воде и по существу неденатурированы. Водные дисперсии макроколлоидов настоящего изобретения отличаются по существу гладким, эмульсевидным органолептическим характером и могут использоваться в качестве низкокалорийных заменителей жиров с высоким содержанием белка. Также созданы продукты питания, которые включают в качестве ингредиентов или основаны на макроколлоидах.

Использованные здесь термины "вкусовые ощущения" и "органолептический характер" следует понимать как термины, относящиеся в общем к группе осязательных, вкусовых ощущений, которые, хотя и являются общими для организма, в целом, особенно остро ощущаются язычной, ротовой и пищеводной слизистыми оболочками. Точнее использованные здесь термины "вкусовые ощущения" и "органолептический характер" относятся к одной из указанных групп ощущений и, в частности, к ощущениям, связанным с осязательным восприятием тонкости, крупности и жирности. Это осязательное ощущение обычно ощущается во рту, где наиболее легко воспринимаются незначительные различия между различными продуктами питания.

Следовательно новые белковые продукты настоящего изобретения после диспергирования в водной среде дают вкусовое ощущение и имеют органолептический характер, который точнее всего можно определить как эмульсевидный. Очевидно, что степень гидратации белка оказывает влияние на реологические свойства и следовательно на способ восприятия материалов. Вкусовое ощущение этих продуктов должно, по возможности, приближаться к тому, которое вызывают жироводяные эмульсии.

Псевдоэмульсионный характер новых белковых продуктов настоящего изобретения проявляется в гравитационно-стабильной макроколлоидной дисперсии денатурированных нагревом коагулированных белковых частиц диаметром примерно 0,1-2,0 мкм. Такие дисперсии создают визуальное и органолептическое ощущение, которое приближается к масловодяным эмульсиям (путем снижения концентрации новых материалов в соответствующих продуктах, получаемых при осуществлении настоящего изобретения), например, белые добавки для кофе, жидкие приправы для салата, густые приправы для салата, пасты и охлаждающие добавки.

Следует учитывать, что термин "раствор" часто используется в области обработки белков как синоним того, что в действительности является истинной коллоидной дисперсией неденатурированных белков. Такие неденатурированные белковые частицы имеют размер примерно 0,001- 0,01 мкм, так что стабильность коллоидных дисперсий этих частиц зависит от чистых электрических зарядов белковых молекул и, в частности, при значениях pH близких к их изоэлектрической точке, от родства этих белков с молекулами воды. Следовательно, такие неденатурированные белки попадают в пределы меньших диапазонов частиц, исследуемых в коллоидной химии, как указано в Condensed Chemical Dictionary 9-ое издание, с.222. В отличие от этого денатурированные белковые частицы настоящего изобретения имеют размеры в диапазоне примерно 0,1-2,0 мкм и следовательно включают частицы, размеры которых близки или выше верхнего предела диапазона размеров, указанного в этом определении. Несмотря на тепловую денатурацию белков настоящего изобретения их общий коллоидный характер (т.е. стабильность дисперсии таких частиц в водной среде) не теряется. Следовательно, новые белковые дисперсии препятствуют оседанию белка из нейтрализованных водных суспензий при усилиях до 10000 единиц силы тяжести (при pH примерно 6,5-7,0). Таким образом, термин "макроколлоидные дисперсии" в данном случае использован для отличия от "растворов" неденатурированных белков (т.е. "истинных коллоидных дисперсий"). Аналогичным образом денатурированные коагулированные белки далее называются макроколлоидами для отличия от истинных коллоидов, что в соответствии с вышеуказанным определением означает вещество с размером частиц более 1 мкм. Это различие обусловлено относительно большим размером, который является типичным для денатурированных коагулированных белковых продуктов настоящего изобретения.

Наиболее желательные органолептические свойства макроколлоидных материалов зависят от размера и формы макроколлоидных частиц.

В частности, установлено, что дисперсии более крупных денатурированных белковых коагулятов (т. е. с диаметром более примерно 3 мкм после сушки) сообщают нежелательное меловое вкусовое ощущение продуктам с такой добавкой. Такое меловое ощущение можно определить как менее грубый вариант зернистого вкусового ощущения известных денатурированных нагревом белков (примерно 15-175 мкм). Следовательно, резко определенный чувствительный порог достигается с увеличением числа частиц белкового коагулята диаметром более примерно 2-3 мкм как наиболее крупного размера.

Волокнистые частицы длиной более примерно 5 мкм и диаметром менее примерно 1 мкм образуют пасты, которые являются гладкими, но вязкими (так как большее усилие прилагается между языком и небом, усиливается ощущение твердого вещества). По мере укорачивания волокон и приближения к сферической форме это ощущение уменьшается.

Форма частиц также имеет значение, так как частицы, имеющие в общем сфероидальную форму, вызывают гладкое, более эмульсеподобное органолептическое ощущение. Если большая часть макроколлоидных частиц имеет более равномерную сфероидальную форму, может наблюдаться, что несколько большая часть частиц может иметь диаметр более примерно 2 мкм без ухудшения органолептических свойств макроколлоидной смеси. Однако, как уже указывалось выше, стержневидные частицы диаметром более примерно 1 мкм могут вызвать меловое-порошковое вкусовое ощущение.

Частицы размером близким к 0,1 мкм усиливают жировое вкусовое ощущение, которое может оказаться нежелательным, если воспринимается как преобладающее осязательное ощущение продукта, который должен моделировать масловодяную эмульсию. Если требуется получение продукта, в котором ощущение жирности является привлекательным, например, маслоподобную пасту, можно использовать такой размер частиц. Так как ощущаемый переход между вкусовым ощущением эмульсии и вкусовым ощущением жирности оказывается значительно более постепенным по сравнению с переходом между вкусовым ощущением эмульсии и меловым вкусовым ощущением, большая доля частиц диаметром порядка 0,1 мкм приемлема для макроколлоидов настоящего изобретения. Следовательно, если средний размер частиц составляет менее 0,1 мкм, то преобладает ощущение эмульсии несмотря на то, что состав может включать значительную часть отдельных частиц диаметром менее 0,1 мкм.

Белки, используемые в настоящем способе, включают белки из разнообразных и различных источников, таких как растительная сыворотка из масличных семян, выделения молока у млекопитающих, сыворотка крови и птичьи яйца.

Предпочтительно настоящий способ относится к белкам, которые представляют собой глобулярные белки в естественном состоянии.

В соответствии с традиционной классификацией белков настоящий способ относится к белкам, которые растворяются в системах водяных растворителей и выбираются из простых, сложных и производных белков. Подходящие простые белки включают альбумины, глобулины и глютелины. Подходящие сложные белки включают нуклеопротеины, гликопротеины и мукопротеины (которые, в общем, также известны как глюкопротеины); фосфопротеины (иногда классифицируются как простые белки, хромопротеины, лецитопротеины и липопротеины). Могут быть использованы также коагулирующиеся при нагреве выделенные протеины.

К простым белкам, которые не используются в настоящем способе, относятся альбуминоиды (также известны как склеропротеины), например, эластины, кератины, коллагены и фиброины, которые не растворяются в естественном состоянии. Протамины (также известны как протамины) и гистоны не коагулируются при нагреве и, следовательно, не могут быть использованы в качестве сырьевого материала для настоящего способа тепловой денатурации.

Сложные белки, которые могут растворяться и коагулировать при нагреве, используются в настоящем способе.

Аналогичным образом производные белки (т.е. продукты различных протеокластических или денатурационных процессов), которые, несмотря на их происхождение, остаются растворимыми и коагулируют при нагреве, также могут быть использованы в качестве сырьевого материала, если безусловно они из-за своего происхождения не становятся несовместимыми с нужными органолептическими свойствами конечного продукта настоящего способа. В общем, однако, многие белки, метапротеины (так известны как инфрапротеины), коагулированные белки, протеазы, пептоны и пептиды (также известны как полипептиды) не имеют одну или обе предусмотренные характеристики.

По настоящему способу способность к коагуляции при нагреве предполагает природную способность определенного белка к образованию нерастворимой массы при нагреве/воздействии сдвиговых усилий. Чистота белкового образца и степень денатурации или начальной скрытой денатурации образца имеют прямое или косвенное отношение к стабильности белка при использовании в качестве сырьевого материала в настоящем способе.

Белок является "растворимым", если он растворяется на примерно 80% и более в соответствии с условиями, определенными ниже. Растворимость более 90% является предпочтительной.

При неденатурированных условиях растворимость измеряется с помощью системы растворителя, которая будет использоваться при обработке. Специалист не будет испытывать трудности при выборе соответствующей системы растворителей с учетом растворимости соответствующего обрабатываемого белка, соответствующей величины pH и температуры, необходимых для способа. В общем на растворимость оказывают влияние ряд внутренних и внешних факторов. Первостепенное значение при выборе растворителя имеют pH, концентрация соли, температура и диэлектрическая постоянная растворителя. Например, альбумины растворяются в воде, глобулины не растворяются в воде, но растворяются в солевых растворах. В меньшей степени чистота белка как по белковым, так и по небелковым компонентам также оказывает влияние на растворимость. Следовательно, хотя нечистый образец может не дать ожидаемую растворимость, более чистый образец дает такую растворимость. Вместе с тем следует отметить, что чем чище любой данный образец одного вида белка, тем более важным становится точное соблюдение выбранных параметров обработки.

Растворимость белка измеряется путем диспергирования 10 г белка в 190 г выбранной системы растворителей в смесителе Waring в течение 1 или 2 мин. Полученная дисперсия разделяется на две части. Одна часть центрифугируется в течение 25 мин в центрифуге Bechman L8-70 с использованием ротора SW-55 (Beckman, Palo Alto, CAO при 11000 об/мин (17000 г) и 22^oC. Затем собирается верхний продукт отцентрифугированной части. Содержание белка в нецентрифугированной части (раствор 1) и верхнем слое отцентрифугированной части (раствор 2) определяется по анализу азота с использованием азотного анализатора Carlo Erba Nitrogen (модель 1500, Милан, Италия) и рассчитывается процент растворимости по формуле Хотя растворы могут центрифугироваться при высоких скоростях (до 50000 об/мин и 330000 г) с выделением большего количества материала, установлено, что белковые материалы с растворимостью более 85% в соответствии с указанной методикой испытаний при 17000 г обычно достаточно стабильны в дисперсии или "растворимы".

Предпочтительный белок для конкретного случая его использования определяется его наличием, стоимостью и вкусом, создаваемым белком, а также характером примесей и других компонентов источника белка. Предпочтительные белки настоящего изобретения включают глобулиновые белки, например, альбумин бычьей сыворотки, альбумин яичного белка и соевый белок, при этом белок молочной сыворотки является особенно предпочтительным. Источники белка, которые могут подвергаться обработке по настоящему изобретению, часто включают различные примеси. Поэтому в случае, если белки, используемые в этом изобретении, содержат нерастворимые примеси, то эти компоненты были бы меньше 3,0 мкм или могли удаляться до обработки или уменьшаться ниже этой величины во время обработки.

В настоящее время белки сыворотки молока являются особенно предпочтительным источником белка. Молочные белки можно разделить на два общих класса: белки сыворотки и коагулированные или казеиновые продукты. Казеин обычно классифицируется как фосфопротеин, но в действительности является гетерогенным комплексом нескольких явных и опознаваемых белков (альфа, бета, каппа и других белков), фосфорных и кальциевых, при этом комплекс принимает вид коллоидного агрегата кальциевой соли в молочном кальциевом казеинате. При производстве сыра казеин осаждается из молока с помощью одного из двух методов. Первый включает обработку молока кислотой для снижения pH до примерно 4,7, после чего казеиновые белки осаждаются из молока с образованием сгустка, который в конечном итоге перерабатывается в сыр. В другом способе осаждение казеина производится скорее с использованием сычужного фермента, а не кислоты. Казеин, получаемый с помощью первого способа, обычно содержит больше жиров и меньше золы по сравнению с соответствующим продуктом, получаемым с помощью второго способа. Предполагается, что различное содержание золы обусловлено отделением фосфата кальция от молекул казеина под действием кислоты, а остаточная зола представляет собой главным образом органически связанные фосфорные соединения. "Кислотный казеин" используется в производстве мягких сыров, например, домашнего сыра, а "сычужный казеин" или "пара-казеин" - при изготовлении сыров типа чеддер или моззарелла.

Сыворотка представляет собой продукт, оставшийся после удаления из молока твердых частиц (жиров и казеина). Сыворотка содержит белки лактальбумина и лактоглобулина. Лактальбумин составляет 2-5% белков снятого молока и, как предполагается, играет в молоке роль белкового поверхностно-активного стабилизатора частиц жира. Лактоглобулин составляет еще 7-12% содержания белка в снятом молоке и тесно связан с казеиновым белком в цельном молоке. Сыворотка, полученная по указанному способу кислотного осаждения, называется кислотной или кислой сывороткой и обычно имеет pH примерно 4,3-4,6. Сыворотка, полученная с помощью способа ферментного осаждения, также указанного выше, называется сладкой сывороткой и обычно имеет pH примерно 5,9-6,5. В общем промышленная сухая сыворотка содержит примерно 10-13% денатурированного белка, 71% лактозы, примерно 2% молочной кислоты, примерно 3-5% воды, примерно 8-11% золы и включает низкую концентрацию фосфорного ангидрида. Полученная из процесса приготовления сыра сыворотка обычно представляет собой водную среду, содержащую 90% и более воды. Соответствующие характеристики сладкий и кислой сывороток приведены в табл.1 Объем получаемой сыворотки прямо пропорционален объему производства сыра. Одна из оценок, сделанных только для США, показывает, что производство сыворотки составляет порядка 43,6 млрд.фунтов/год.

Хотя, как сама сыворотка, так и ее компоненты, например, белки сыворотки лактальбумин и лактоглобулин и сахарная лактоза, используются известным образом, встречаются серьезные трудности при переработке сыворотки в промышленные полезные формы. В этой связи следует отметить, что по данным Института сывороточных продуктов, как указывалось в "FDA Comsumer", ноябрь 1983 года, в настоящее время в полезные продукты перерабатывается только 53% годового производства США. Основная трудность заключается в том, что сыворотка, получаемая при производстве сыра, содержит, как уже указывалось, примерно 90% воды и ни один из компонентов не используется в этом виде. Удаление избыточного количества воды очень дорого и скорее всего останется таким, учитывая настоящую и будущую стоимость энергии. Более того, полезные белки, которые содержатся в сыворотке, составляют только незначительную часть, примерно 9-11 мас. % от общего количества твердых частиц сыворотки. Основная часть остатка твердых частиц сыворотки, т.е. более 70% по весу, приходится на лактозу. Однако промышленная ценность лактозы была и остается низкой. Изготовители сыров обычно считали сыворотку малоценным продуктом, т.е. продуктом, который надо удалить с наименьшими расходами. Довольно часто сыворотка просто выбрасывалась путем сброса в канализацию. Однако в последние годы возросшее беспокойство относительно возможного загрязнения окружающей среды привело к введению строгих ограничений на такие способы удаления до такой степени, что сыворотка стала уже помехой при производстве сыра. Хотя некоторые местные власти допускают обработку сыворотки и ее сопутствующих продуктов в канализационных системах, плата за это очень высокая. Один из известных способов, который впоследствии оказался приемлемым для снижения расходов, связанных с утилизацией сыворотки, заключался в нагреве побочного продукта для тепловой денатурации и коагулировании белка, главным образом лактальбумина, который затем мог отделяться в грубом, нефункциональном виде от остаточного лактозного сиропа. Затем полученные продукты продавались для снижения стоимости обработки ниже стоимости утилизации.

Известные способы, которые приводят к получению нерастворимых денатурированных белковых продуктов, включают в большинстве случаев тепловую денатурацию сыворотки при примерно или выше изоэлектрической точки сыворотки. По данным Modler et al, Journal of Dairy Science, т.60, N 2, такие способы экономичны и широко применяются для получения белка сыворотки, но получаемые продукты обычно нерастворимы и имеют зернистый вид, что соответственно ограничивает их промышленное применение. О повышении растворимости сообщалось Amantea et al, в Journal of Canadian Institute of Food Science and Technology, 7:199, 1974 относительно белков сыворотки, которые обогащались железом и затем обрабатывались при щелочных условиях, но такое улучшение достигается только за счет экстенсивного удаления серосодержащих аминокислот. По сообщениям Modler et al известные процессы, которые ведутся ниже изоэлектрической точки рассматриваемого белка сыворотки, обычно повышают растворимость и функциональность. Такой известный способ описан в патенте США 3930039, где указано, что только очень небольшая доля общего количества белка сыворотки денатурируется в условиях высокой кислотности/повышенной температуры, при которых остается остаток белка в его естественных функциональных и, следовательно, растворимых условиях.

Очевидно растворимые природные белки сыворотки не являются причиной зернистой структуры продуктов, обогащенных ими и не сообщают им эмульсевидную структуру. Более того, встречаются трудности при использовании такого растворимого белка сыворотки при обогащении пасты, как указано в Food Processing, 36 (10) 52, 54 (1975). По данным этой статьи ученые Министерства сельского хозяйства США из Восточного регионального исследовательского центра, Филадельфия, установили, что обычные природные (растворимые) белковые продукты сыворотки оказались непригодными для обогащения паст без значительных и коренных изменений оборудования, используемого при производстве необогащенных паст. Денатурированные нагреванием белковые продукты сыворотки не требуют таких изменений в существующем оборудовании для производства пасты. Оценка продуктов из такой пасты, обогащенной денатурированными белками сыворотки, показала, что паста, обогащенная денатурированными белками сыворотки, имеет ухудшенную структуру по сравнению с необогащенной пастой по мнению опытных экспертов. Эти данные не вызывают удивление, если учесть ожидаемый зернистый характер денатурированных нагревом белков сыворотки. Хотя установило, что различия в структуре не сделают обогащенные продукты неприемлемыми для промышленного выпуска, так как томатный и сырный соусы скроют эти различия, на этом фоне видно, что обогащенный продукт будет более приемлемым для промышленности, если структура будет улучшена, а не просто скрыта. Однако, как указывали Modler et al, частицы большего размера белковых агломератов, полученных с помощью указанных выше известных способов денатурации белков сыворотки, приводят к получению продуктов, дающих зернистое вкусовое ощущение. В связи с этим промышленное применение известных денатурированных продуктов сыворотки ограничивается даже при их использовании лишь в качестве белковой добавки.

Аналогичная ситуация возникает с белками сыворотки, как указывается в статье, опубликованной в New Zealand Journal of Dairy Science and Technology, 15, 167-176, J.L.Short. Данные, приведенные в табл.3, показывают, что основная часть традиционных методов, используемых для получения осаждаемого нагревом (денатурированного) белка сыворотки, дает белковые частицы размером примерно 100-200 мкм даже после измельчения или другой механической обработки для уменьшения размеров частиц. Даже относительно небольшие частицы денатурированного белка сыворотки (примерно 28 мкм), описанные Short, сообщают грубую, зернистую структуру продуктам питания, к которым они добавляются.

Одной из характеристик настоящего изобретения является превращение молочной сыворотки и точнее ее белковых компонентов в полезные продукты. Следует отметить, что нижеследующие замечания относительно выбора и переработки белков молочной сыворотки также в общем относятся к более широким характеристикам изобретения. Получение молочной сыворотки и различия между сладкой и кислой сыворотками уже были описаны. Остается только отметить, что, во-первых, молочные сыворотки не должны подвергаться значительному микробиологическому или другому заражению и, во-вторых, использование сладкой молочной сыворотки позволяет получить продукт, который значительно превосходит продукты, получаемые при использовании кислой молочной сыворотки.

Следует отметить, что необычно высокая кислотность (т.е. необычайно низкая величина pH), высокое содержание золы или наличие крупных нерастворимых агрегатированных частиц в молочной сыворотке или концентрате белка молочной сыворотки в большей или меньшей степени свидетельствует о следующем: (1) плохом обращении и хранении сыворотки; (2) микробиологическом заражении; (3) попытках восстановить pH с помощью буферов или основных солей, чтобы скрыть влияние (1) и (2), и для того, чтобы придать продукту вид, соответствующий первоначальным требованиям; (4) избыточной тепловой обработке во время пастеризации, если проводилась вторичная пастеризация.

Для настоящих целей не пригодна ни одна из перечисленных характеристик (т. е. белки сыворотки должны быть по существу в неденатурированном виде) и предпочтительный исходный материал молочной сыворотки не должен иметь ни одну из этих характеристик. Очевидно, что любые отклонения в исходной сыворотке проявятся при обработке и окажут неблагоприятное воздействие на конечный продукт.

Предпочтительные белковые концентраты сладкой сыворотки отвечают следующим характеристикам: pH - 6-7 зола (по сухому веществу, %) - менее 5 общее количество липидов (по сухому веществу, %) - 2-4 общее количество азота (по сухому веществу, %) - 8-8,5 небелковые азотные молекулы (по сухому веществу, %) - менее 0,75
истинный белок (по сухому веществу, %) - 481
нерастворимый белок (по сухому веществу, %) - 5 или менее
денатурированный белок (по сухому веществу, %) - 3 или менее
где содержание истинного белка рассчитывается как произведение разницы между общим процентным содержанием азота и процентным содержанием небелкового азота (то и другое по сухому веществу) умноженной на 6,38;
содержание нерастворимого белка определяется как процентное содержание по массе общего количества белка и рассчитывается по белку, выделенному из 1% нейтрализованной дисперсии белкового концентрата сыворотки после 20-минутного центрифугирования при 17000 единицах силы тяжести;
(3) денатурированный белок дается в процентах по массе общего количества белка и рассчитывается с помощью ДСК-анализа (дифференциальная сканирующая калориметрия, также известна как дифференциальный термический анализ, ДТА).

Несмотря на то, что указанный выше белковый концентрат сыворотки (БКС) может просушиваться распылением до влажности, например, примерно 3%, следует понимать, что БКС, который не просушивался, является предпочтительным по сравнению с просушенными белковыми концентратами сыворотки. Следовательно, предпочтительным БКС является тот, который получен из свежей, непросушенной, жидкой молочной сыворотки и который не просушивается до использования в настоящем изобретении. Такой предпочтительный БКС называется в данном случае как "естественный белковый концентрат сыворотки".

Пастеризация белка молочной сыворотки (или других продуктов) является необязательной, так как получение макроколлоидного продукта настоящего изобретения необязательно связано с пастеризацией. Однако в качестве практической меры пастеризация может быть полезной и предпочтительной в большинстве промышленных примеров для устранения нежелательного микробного заражения.

Условия, которые можно использовать в данном случае для обработки молочной сыворотки, являются типовыми для сроков и температур пастеризации, которые используются при обработке других материалов, например молока. Так для периодического процесса может потребоваться температура примерно 60^oC в течение 30 мин. Аналогичным образом широко известные непрерывные способы пастеризации при высокой температуре с коротким временем пребывания (примерно 71^oC в течение 15 с) также можно использовать для целей настоящего изобретения. Однако способ пастеризации при высокой температуре с коротким временем пребывания является предпочтительным, так как условия, преобладающие в этом процессе, оказывают меньшее влияние на вкус конечного продукта и процесс является непрерывным.

Единственное ограничение условий пастеризации заключается в том, что следует предупреждать значительную денатурацию белка для устранения сопутствующего образования любого значительного количества агрегатов денатурированного белка размером более 3 мкм.

Ультрафильтрация является предпочтительным средством концентрации белков сыворотки до примерно 35-55% по массе общего количества твердых частиц, содержащихся в остатке. Для специалиста будут очевидны другие подходящие средства. В любом случае при обработке предлагаемым способом белковые концентраты сыворотки, содержащие 35% и менее белка (вследствие довольно высокой концентрации имеющихся молочных сахаров), претерпевают реакции Маилларда, что приводит к нежелательным изменениям вкуса, структуры, запахов и питательной ценности белков сыворотки, а растворы белкового концентрата сыворотки, содержащие более 55% белка, дают постепенно снижающийся выход продукта по экономической эффективности с повышением концентрации белка. Относительное повышение содержания белка по сухому веществу достигается главным образом за счет снижения количества лактозы (по сухому веществу) в оставшихся после ультрафильтрации твердых частицах. Поэтому, несомненно, что молекулярный вес в выбранном ультрафильтре должен быть между соответствующими молекулярными весами неденатурированных белков сыворотки и дисахаридной лактозы. Это требование можно удовлетворить за счет использования, например, ультрафильтров с очень мелкими порами, в которых молекулярный вес снижается на 1000 дальтонов. Такие жесткие ультрафильтры захватывают пептиды с низким молекулярным весом (ПНМВ) и небелковые азотные молекулы (НАМ) в остатке. Задержание ПНМВ и НАМ в отфильтрованном остатке объяснялось ранее тем, что эти материалы стимулируют то, что называется "полезными сшивающими свойствами". Этот фактор можно принимать во внимание при выборе ультрафильтра при осуществлении настоящего изобретения.

Эти же молекулы ПНМВ и НАМ в настоящее время связывают с "типичным привкусом сыворотки" и считают нежелательными с той точки зрения, что при использовании макроколлоидов белка сыворотки в определенном смесевом пищевом продукте, в котором неприятный привкус нельзя скрыть, их присутствие может снизить качество и таким образом возможность продажи продукта на рынке. В общем можно считать, что молекулы ПНМВ и НАМ имеют молекулярный вес в диапазоне 10000-18000 дальтонов. Следовательно, если ультрафильтр выбирается в диапазоне 20000-30000 дальтонов, не только молекулы ПНМВ и НАМ будут проникать в растворенное вещество, но и скорость потока будет значительно выше по сравнению с той, которая получается при той же площади поверхности более жесткого ультрафильтра. Ультрафильтры с уменьшением молекулярного веса более 30000 дальтонов нежелательны, так как крупные поры ультрафильтров быстро забиваются нужными белками сыворотки.

Устранение ПНМВ и НАМ из остатка при осуществлении одного варианта осуществления изобретения тем не менее является особенно предпочтительным в тех случаях, когда предусматривается сушка этих макроколлоидов. В сухом состоянии этого продукта эти молекулы склеивают макроколлоидные частицы вместе, что делает очень трудной повторную гидратацию макроколлоидов для получения равномерно диспергированной суспензии.

Другой проблемой получения кремового или эмульсевидного характера этого продукта является устранение мелкой зернистости, которая иногда встречается и обусловлена образованием избыточного количества заостренных кристаллов лактозы в конечном продукте. Присутствие лактозы в остатке после ультрафильтрации может быть еще больше снижено за счет использования промышленного препарата грибковой лактозы вместе с обработкой в ультрафильтре. Использование грибковой лактозы для гидролиза лактозы в молочных продуктах описано, например, в патентах США 2826502 и 4179335.

Количество воды в первоначальной молочной сыворотке уменьшается в остатке с помощью ультрафильтрационной обработки. Такое уменьшение означает, что меньшее количество воды будет подаваться через стадии обработки, что безусловно сделает их более экономичными. Более того, во многих предусмотренных здесь продуктах используются высокие концентрации макроколлоидных твердых частиц для обеспечения наилучшей консистенции продукта. Хотя в этих случаях высокая концентрация твердых частиц может достигаться на любой следующей стадии процесса или даже после его завершения, преимущества, связанные с уменьшением количества воды, ясно показывают, что это должно делаться перед денатурацией. Однако, как уже указывалось, использование ультрафильтрации неэкономично для повышения общего содержания твердых частиц в остатке выше 16% (примерно 50-55% белка по массе общего количества твердых частиц). Более того, ультрафильтрация одновременно увеличивает процентное содержание белка относительно общего содержания твердых частиц по мере повышения концентрации твердых частиц, что, как указывалось выше, приводит к постепенному ухудшению выхода продукта по экономической эффективности, когда процентная концентрация белка относительно общего содержания твердых частиц повышается выше 55%. Следовательно, общее содержание твердых частиц в остатке может быть повышено в конечном белковом концентрате сыворотки путем вакуумной перегонки остатка для удаления нужного количества воды. С другой стороны, остаток может высушиваться сублимацией, например, и затем повторно гидратироваться для получения нужной концентрации твердых частиц в получаемом белковом концентрате сыворотки. Концентрация твердых частиц в примерно 40-50% является предпочтительной для большинства случаев, так как разбавление такого концентрата другими ингредиентами, требуемыми для получения конечных потребительских продуктов, может быть использовано для доведения концентрации макроколлоидов до уровня, необходимого в этом случае. Нужная концентрация макроколлоидов будет зависеть от характера самого продукта.

Побочным продуктом ультрафильтрационной обработки является проникающее растворенное вещество, которое в основном содержит воду, лактозу, фосфат кальция, молочную кислоту и другие материалы, если ультрафильтр выбран правильно, ПНМВ и НАМ. Возможно, это вещество может быть использовано в качестве исходного материала для способа, описанного в патентах США 4143174 и 4209503. С другой стороны лактоза и азотистые материалы могут быть проданы отдельно или с другими продуктами. Фракции ПНМВ/НАМ и фосфата кальция могут получаться с использованием низкотемпературной кристаллизации лактозы, например, с последующей тепловой обработкой. Концентрат ПНМВ/НАМ фактически является концентрированным пенообразующим агентом при условии, что он получается в неденатурированном виде. Лактоза может быть легко использована в любом из продаваемых в настоящее время форм этого продукта или в качестве источника ферментирующихся карбогидратов при производстве этанола или другого такого продукта.

Равномерность денатурации и, следовательно, оптимизация выхода и качества продукта при осуществлении настоящего изобретения могут быть улучшены за счет нагрева продукта во время денатурации белков молочной сыворотки. Так как воздушные пузырьки препятствуют равномерному нагреву белкового концентрата молочной сыворотки во время денатурации белков молочной сыворотки, они могут отрицательно повлиять на качество продукта. Следовательно, и это чаще всего используется при высокотемпературной денатурации с коротким временем пребывания, описанной ниже, воздушные пузырьки предпочтительно вытесняются из белкового концентрата молочной сыворотки до такой обработки. Если воздух остается в белковом концентрате сыворотки во время обработки, то эффективность теплопередачи значительно снижается, что приводит к пониженной эффективности преобразования; и/или получению менее равномерного продукта вследствие ухудшенной теплопроводности на отдельных участках и, следовательно, менее равномерного нагрева.

Деаэрация легко производится с помощью, например, выпускаемого промышленностью устройства Versator^TM, фирмы Cornell Machine Company.

В способах получения макроколлоидов настоящего изобретения используется водный белковый раствор, отличающийся тем, что концентрация белка составляет примерно 10-20 мас.%, при этом предпочтительной является концентрация 15-18 мас.%. При концентрации белка менее примерно 10 мас.% образуются вязкие массы, которые имеют нежелательные органолептические свойства. Растворы с концентрацией белка значительно выше примерно 20 мас.% становятся очень вязкими и не позволяют использовать требуемые скорости сдвига для белковых растворов.

Далее водные белковые растворы могут содержать 100 мас.% и более полигидроксильного соединения, предпочтительно моно- или дисахарида. Эти соединения могут "естественным образом" присутствовать в белковом исходном материале (например, лактоза, присутствующая в белковых концентратах сладкой молочной сыворотки) или добавляться в растворы перед денатурацией. Предпочтительные полигидроксильные соединения включают восстанавливающие сахара, например, лактозу, глюкозу, фруктозу или мальтозу, при этом лактоза является предпочтительной. Подходящие невосстанавливающие сахара включают сукрозу и лактитол.

Предполагается, что высокий уровень сдвига, используемый при обработке в настоящем изобретении, предотвращает образование крупных денатурированных белковых агрегатов во время денатурации. При необходимости добавки, блокирующие образование агрегатов, могут добавляться в водные растворы для облегчения получения нужных продуктов. Добавка, блокирующая образование агрегатов, должна регулироваться по концентрации таким образом, чтобы она не нарушала pH смеси и не выводила эту величину за пределы оптимальных требований обработки. Соответствующие добавки, блокирующие образование агрегатов, включают гидратированные анионные материалы, например, ксантановую смолу (обычно включается при 0,1 мас. % белкового концентрата), датемные сложные эфиры (0,5-2,0 мас. % белкового концентрата, несмотря на то, что датемные сложные эфиры могут сообщать посторонний привкус конечному продукту) и лецитин (1-10 мас. % белковой концентрации). Другие подходящие добавки, блокирующие образование агрегатов, включают каррагинан, альгинат и кальций-стиролилактилат.

Мальтодекстрины, получаемые путем ферментного или кислотного гидролиза крахмала, дают другую химическую добавку, блокирующую образование агрегатов, которая используется при осуществлении этого изобретения. Предпочтительная концентрация составляет 10-50 мас.% белкового концентрата. Предполагается, что эти материалы оказывают защитное действие на белок как концентрированный сироп фруктозы, хотя последний не так эффективен как первый. Следует понимать, что эти блокирующие добавки являются карбогидратами и, следовательно, источником калорий, что может сделать нецелесообразным их использование, например, в низкокалорийных продуктах.

Гидратированный лецитин и гидратированная ксантановая смола могут продемонстрировать различное действие различных блокирующих добавок. Обе добавки сообщают конечному продукту вкусовое ощущение маслянистости. Однако лецитин, который является менее эффективной блокирующей добавкой, образует макроколлоидные частицы несколько большего среднего размера. Эти макроколлоидные частицы, полученные с использованием ксантановой блокирующей добавки, представляют собой более мелкие и гладкие частицы. Оба соединения оказывают отбеливающее действие на конечный продукт, так как они, по-видимому, стимулируют образование более равномерной диспергированной системы, увеличивая таким образом эффект рассеивания света, который воспринимается в виде белизны.

Установлено, что комбинации добавок, блокирующих образование агрегатов, дают полезный эффект. Например, комбинация лецитина и мальтрина особенно полезна для получения макроколлоидов, используемых в салатных приправах низкой вязкости, например, французской, и при более низком содержании твердых частиц для белой добавки в кофе. Комбинация ксантановых и лецитиновых добавок, блокирующих образование агрегатов, предпочтительно используется для салатных приправ высокой вязкости (например, Blue Cheese или Creamy Italian), фруктовых пудингов и кондитерских гелей.

Другие возможные добавки, например, соли и компоненты конечного продукта, включающие соответствующие вкусовые вещества, красители и стабилизаторы могут присутствовать или добавляться в раствор без получения нежелательного эффекта. Во многих случаях, т.е., если это допускается характером добавки и ее влиянием на белковый раствор, можно включать эти компоненты конечного продукта в белковый раствор для устранения необходимости последующей дополнительной пастеризации после обработки.

При необходимости белковые исходные материалы могут обрабатываться для удаления холестерина, жира и других примесей, которые могут придать посторонний привкус макроколлоидному продукту. Один из таких методов включает стадию экстракции, на которой белковый материал контактирует с растворителем пищевого типа, которым предпочтительно является этанол, в присутствии подходящей кислоты пищевого типа. Затем белковый материал подвергается нескольким стадиям промывки и фильтрации для получения экстрагированного белкового продукта.

Подходящие растворители включают низшие алканолы, гексан или аналогичные соединения, при этом наиболее предпочтительным является этанол. Подходящие кислоты пищевого типа включают минеральные кислоты, например, фосфорную кислоту, и органические кислоты пищевого типа, например, уксусную, лимонную и яблочную кислоту, при этом лимонная кислота является более предпочтительной.

Экстрагирование особенно целесообразно для удаления холестерина и жира из белковых источников, например, из белкового концентрата сыворотки. В предпочтительных методах экстрагирования, обеспечивающих оптимальное удаление жира и холестерина, белковый концентрат сыворотки экстрагируется при 52^oC в течение 6 ч смесью 90-97% спирта (предпочтительно примерно 90% этанола), 3-10% воды (предпочтительно примерно 9%) и примерно 0,01-0,20% кислоты (предпочтительно примерно 0,084% лимонной кислоты). В других способах, дающих нужный привкус и обеспечивающих характеристики обработки, белковый концентрат сыворотки экстрагируется при 40^oC в течение 4 ч смесью этанола, воды и лимонной кислоты с концентрацией 94,95, 5,0 и 0,05% соответственно. При использовании этих способов белковый концентрат сыворотки, содержащий до 4,0% жира и 0,15% холестерина перед экстракцией, имел затем менее 2% жира и менее 0,02% холестерина после такого экстрагирования.

После выбора и предварительной обработки определенного белкового источника белковый раствор обрабатывается в течение относительно короткого времени при определенной температуре, сдвиговых усилиях и pH. В зависимости от белка присутствие определенных количеств полигидроксильных соединений (например, сахаров), добавок, блокирующих образование агрегатов, и других ингредиентов по выбору стимулируют оптимизацию выхода нужного продукта. Макроколлоиды получаются с помощью способа регулируемой тепловой денатурации, в котором используются большие сдвиговые усилия для предотвращения образования значительных количеств белковых агрегатов из частиц большого размера. Процесс денатурации ведется при pH меньше средней точки изоэлектрической кривой выбранного белка и предпочтительно при pH, который на 1 единицу pH ниже средней точки изоэлектрической кривой. Процесс может вестись при более низких значениях pH при условии, что pH обработки должен быть настолько низким, чтобы обеспечить кислотное разложение белка и pH не должно быть в общем меньше примерно 3.

Точная температура и условия сдвига, используемые при получении макроколлоидов, обычно выбираются и продолжаются в течение времени, достаточного для получения денатурированных белковых макроколлоидных частиц, диаметр которых больше примерно 1 мкм, при этом предупреждается образование любого значительного количества слипшихся белковых агрегатов частиц размером более примерно 2 мкм. Предпочтительные сдвиговые условия для обработки данного белкового раствора наилучшим образом определяются путем проверки "крупных частиц".

Проверка размера частицы является средством определения органолептического качества продуктов настоящего изобретения.

Один из наиболее простых и быстрых способов, используемых в этой области, включает приготовление оптического препарата с помощью способа, который аналогичен приготовлению клинических мазков крови. По этому способу соответствующий разбавленный раствор диспергированных макроколлоидов вначале приготавливается и доводится до pH предпочтительно 6,5-7. Высокоскоростное магнитное перемешивание, ультразвуковая обработка или гомогенизация используются для полного разрушения слабых связей, которые и могут быть между отдельными макроколлоидными частицами. Затем небольшое количество (например, 8 мкл) разбавленной, нейтрализованной дисперсии помещается на стеклянный микроскопический препарат, который обычно используется при биологических исследованиях, дисперсии дают высохнуть. Образец исследуется при увеличении с использованием "градуированных" окуляров по известному способу. Затем диспергированные макроколлоидные частицы образца визуально сравниваются с сеткой окуляра для определения статического числа крупных или агрегатированных частиц в целом.

Другие средства анализа распределения частиц по размерам включают использование компьютеров для анализа изображения, например, QUANTIME-T^TM 20, поставляемый Кембриджским Институтом, U.K.

Другие средства включают использование анализатора размера частиц MICROTRAC^TM. Общие характеристики этого способа описаны в статье "Анализ размера частиц и определение их характеристик с использованием рассеяния лазерного света", J.W. Stitley et al., Fool Product Development, 1976.

Как будет очевидно методы осаждения также можно использовать для определения размеров частиц. Однако следует понимать, что при использовании гравиметрических методов следует учитывать защитные коллоидные эффекты, например, тип добавок, которые могли быть использованы при тепловой денатурации. Один пример гравиметрического определения процентного содержания крупных белковых агрегатов приводится ниже:
1. 5 мас.% дисперсии макроколлоидов настоящего изобретения приготавливали и нейтрализовали до pH 6,5-7.

2. Концентрированный кукурузный сироп фруктозы с удельным весом 1,351, pH 3,3, общим содержанием азота 0,006% и концентрацией твердых частиц примерно 71% добавлялся в соотношении 1:4 по весу в нейтрализованную 5% макроколлоидную дисперсию.

3. Затем смесь гомогенизировалась для разрушения слабых связей между макроколлоидными частицами.

4. После этого смесь центрифугировалась при 478 единицах силы тяжести в течение 20 мин при примерно 15^oC. Крупные белковые агрегаты, т.е. частицы диаметром более 2 мкм, могут выражаться в массовых процентах белка, содержащегося в центрифугированном слое, деленных на массу белка, содержащегося в макроколлоидной дисперсии до центрифугирования.

Эти испытания можно использовать как для макроколлоидных дисперсий, так и для сырьевых материалов, используемых для получения этих макроколлоидов. Как очевидно, оборудование для анализа размера частиц по емкости, например, известные анализаторы Коултер-Каунтер, непригодны для этого случая, если учитывать заряженный характер макроколлоидных частиц при определенных pH.

Однако в соответствии с предпочтительными условиями обработки водный белковый раствор подвергается воздействию высоких температур в течение очень короткого времени при скоростях сдвига 7500-10000 возвратных секунд и выше. Для привода одногаллонного смесителя Варинг, оснащенного миниатюрным (например, 1 л) смесителем "Henschel" скорость обработки в 5000 об/мин, как установлено, обеспечивает достаточно сдвиговое усилие.

В общем устройство обработки жидкого пищевого субстрата, применяемое при осуществлении настоящего изобретения, содержит:
трубу, включающую наружную поверхность и внутреннюю цилиндрическую поверхность с центральной продольной осью;
средства на наружной поверхности для подачи теплообменной среды;
удлиненный цилиндрический ротатор, вращающийся вокруг указанной оси, при этом ротатор расположен в указанной трубе и коаксиально сориентирован относительно внутренней поверхности, для образования таким образом зоны обработки, состоящей из по существу равномерного свободного кольцевого пространства размером не более 2 мм между ротатором и внутренней поверхностью;
средства для вращения ротатора с высокой скоростью;
средства, расположенные снаружи зоны обработки, приспособленные для заполнения зоны обработки обрабатываемой жидкостью и последующего поддержания этой зоны в наполненном состоянии при относительно повышенном давлении относительно окружающего атмосферного давления для предотвращения образования паровой фазы в этой зоне, которая в противном случае может образовываться вследствие дегазирования компонентов жидкой пищи при повышенной температуре обработки, при этом обеспечивается прохождение жидкого пищевого раствора во время обработки в зоне обработки.

Следует понимать, что настоящее устройство обеспечивает очень быструю обработку субстрата и стимулирует прохождение через него материала белкового концентрата сыворотки. Предпочтительно, чтобы внутреннюю поверхность трубы и/или наружную поверхность ротатора прокрывали или эти поверхности состояли из инертного полимерного материала, например, галогенизированного полиэтилена, например, политетрафторэтилена или хлортрифторэтиленового полимера.

Обычно для подачи материала в зону обработки используется насосная система.

Если предусматривается использование любого данного устройства настоящего изобретения для обработки жидких субстратов при температурных условиях, которые при окружающем давлении допускают образование паровой фазы внутри зоны обработки, предусматриваются средства для предотвращения такого дегазирования. Как правило, питательный насос располагается выше зоны обработки, а средства, например клапан, ниже зоны обработки, что позволяет регулировать давление в этой зоне. В предпочтительной компановке первый насос, расположенный выше зоны обработки, подает белки сыворотки в растворе из источника в эту зону, а второй насос, расположенный ниже зоны обработки и работающий с меньшей скоростью по сравнению с первым насосом, устанавливает обратное давление в зоне обработки. Независимо от использования насоса или каких-то других средств для создания обратного давления, обратное значение требуется для предотвращения дегазации в зоне обработки летучих субстратов из раствора. Образование паровой фазы в зоне обработки нарушает работу конструктивных средств, предназначенных для получения равномерных условий обработки в этой зоне из-за образования нестабильного, часто переходного и, как правило, только местного изолирующего барьера для эффективной равномерной передачи тепла белкам сыворотки, которые содержатся в растворе. Поэтому рекомендуется, чтобы растворы, обрабатываемые в устройстве обработки настоящего изобретения, подвергались предварительной деаэрации до обработки. Как уже указывалось, это легко делается с помощью выпускаемого промышленностью деаэратора, например деаэратора VERSATOR^TM фирмы Cornell Machine Company.

Указанная двухнасосная система обеспечивает сбалансированное регулирование подачи и обратного давления. Первый или верхний питательный насос 86 может регулироваться для установки скорости подачи продукта через зону обработки. Работа второго или нижнего насоса может регулироваться для контроля обратного давления, образующегося в устройстве (включая зону обработки) между двумя насосами.

Необходимость предупреждения образования паровой фазы в зоне обработки имеет очень важное значение, когда ведется обработка пищевого продукта по предлагаемому способу. Потеря летучих компонентов из пищевого продукта обычно сглаживает органолептические качества пищевого продукта, хотя регулируемая ректификация некоторых нежелательных летучих компонентов может улучшить определенные пищевые продукты. Можно регулировать и даже устранить потери летучих компонентов из белковых растворов сыворотки путем охлаждения субстрата после завершения его обработки до температуры ниже той, при которой происходит нежелательное испарение или отделение при окружающем атмосферном давлении, до уменьшения обратного давления до атмосферного. Вероятно, это легче всего сделать путем установки теплообменника между зоной обработки и вторым насосом. Другой фактор, имеющий отношение к температуре, при которой продукт удаляется из второго насоса (или других средств, пригодных для получения необходимого обратного давления), может включать, например, необходимость прямой асептической упаковки обработанного продукта или отправки продукта на хранение. В любом случае образование паровой фазы в зоне обработки следует предупреждать.

Безусловно величина обратного давления связана с характером обрабатываемого белкового раствора сыворотки (т.е. присутствием или отсутствием летучих вкусовых добавок) и условиями обработки, используемыми для этой цели. Необходимое давление, требуемое для предупреждения дегазации в зоне обработки, легко рассчитывается и определяется специалистом в этой области.

На фиг.1 устройство 10 для обработки, применяемое для осуществления настоящего изобретения, содержит удлиненную трубу 12, торцы которой закрыты крышками 14 и 16 для образования таким образом камеры 18, которая представляет собой зону обработки. Труба 12 расположена внутри и коаксиально с удлиненной трубой 20 большего размера. Кольцевое пространство между трубами 12 и 20 изменено с помощью формованного элемента 22, который направлен от внутренней поверхности трубы 20 к наружной поверхности трубы 12 в канал 24, который расположен спирально от впускного отверстия 26 теплообменной среды до выпускного отверстия 28 теплообменной среды. Устройство для обработки представляет собой экспериментальную модель с внутренним диаметром примерно 3 дюйма (примерно 7,6 см), который образует зону обработки (т.е. площадь внутренней стенки трубы 12, напротив основного корпуса ротатора 54 размером в номинальный кв.фут, т.е. примерно 930 см²), которая на практике уменьшается за счет присутствия уплотнителей, торцевых пластин и т.д. до рабочей площади в примерно 650 см². Устройство приспособлено для работы с паром, водой или рассолом в качестве теплообменной среды, что позволяет использовать широкий диапазон рабочих температур. Допустимое давление в устройстве зависит от используемых уплотнений, но даже при использовании обычных уплотнений, типа резиновых изделий, оно может быть довольно высоким, например 345-689 кПа.

Теплообменная среда циркулирует через спиральную камеру 24 противотоком относительно обрабатываемого материала. Например, обрабатываемый материал обычно поступает через радиально ориентированное впускное отверстие 50 и удаляется через аксиально ориентированное отверстие 48, а теплообменная среда подается в камеру 24 через отверстие 28 и удаляется через отверстие 26.

Наружная труба 20 заключена в теплоизолирующую рубашку 30, которая расположена по всей длине трубы 20 между торцевыми элементами 32 и 34. Торцевые элементы 32 и 34, снабженные впускными отверстиями 26 и 28 соответственно, закреплены на аксиальной внутренней части сварными швами 36 и 38 соответственно к наружной поверхности трубы 20 и для предотвращения утечки теплообменной среды снабжены О-образными кольцевыми уплотнительными устройствами 40 и 42 соответственно на их аксиальных наружных частях. Торцевая плита 14 закреплена на торцевом элементе 34 с помощью болтов 44, а плита 16 - с помощью болтов 46 на торцевом элементе 32. В торцевой плите 14 расположено отверстие выхода материала 48, а на торцевой плите 16 - отверстие для входа материала 50. Использованные здесь термины впускное и выпускное отверстия являются взаимозаменяемыми, так как при необходимости их назначение может изменяться. Торцевая плита 14 предназначена для установки обычного подшипникового узла 52.

В камере 18 аксиально расположен ротатор 54, изготовленный из нержавеющей стали, на которую нанесено покрытие из политетрафторэтилена. Диаметр основной части корпуса ротатора 54 только немного меньше внутреннего диаметра трубы 12, так что между ротатором 54 и внутренней поверхностью трубы 12 образуется кольцевая зона обработки шириной примерно 2 мм. Уменьшенная торцевая часть 56 ротатора 54 установлена с помощью подшипникового узла 52 (например, втулка в головке из нержавеющей стали), смонтированного на плите 14. Уменьшенная торцевая часть 58 ротатора 54 также установлена с возможностью вращения в обычном подшипниковом узле (не показан), например, типа цилиндрического патрона FAFNIR LC MECHANISEAL^TM.

Конец 60 уменьшенной торцевой части 58 снабжен втулкой 62 с плоским концом. Отверстие 64 камеры 18 уплотняется обычной крышкой.

На фиг.2 показано устройство 10 для обработки, применяемое при осуществлении настоящего изобретения, и насосная система, предназначенная для подачи белкового концентрата сыворотки, поддержания давления (примерно 551-621 кПА, предпочтительно) и удаления обработанного материала из устройства для обработки 10. Насосная система содержит первый насос 86, соединенный трубопроводом 92 с впускным отверстием 28 устройства для обработки 10.

Аксиально ориентированное выпускное отверстие 26 устройства для обработки 10 соединено трубопроводом 106 с аналогичным аксиально ориентированным отверстием обычного однолопастного скребкового теплообменника 10В. Такой способ соединения обеспечивает получение гладкого потока материала без изменения направления через устройство для обработки 10 и обычный теплообменник 10В. Таким образом достигается получение равномерного потока продукта из устройства для обработки 10 в теплообменник 10А, в котором продукт охлаждается, как уже указывалось, для предотвращения потерь нужных летучих компонентов. Кроме этого, за счет устранения вихревых потоков между устройством для обработки 10 и теплообменником 10В ни одна часть продукта не остается при повышенной температуре дольше чем нужно, что, в свою очередь, помогает поддерживать равномерный характер продукта.

Соединительный трубопровод 106 снабжен изолирующей рубашкой или предпочтительно для гибкости производства средствами для пропускания теплообменной среды вокруг него. Кроме этого, трубопровод снабжен отверстием 108, через которое устанавливаются датчики температуры и давления (не показаны) для тщательного контроля состояния материалов во время обработки. Выпускное отверстие теплообменника 10В соединено трубопроводом 98 со вторым насосом 100. Обработанный материал поступает из насоса 100 через трубопровод 104.

При работе обрабатываемая жидкая пищевая суспензия или раствор подается в насос 86 и далее в устройство для обработки 10 через трубопровод 92 по существу с постоянной скоростью.

В это время приводится ротатор 54 с постоянной скоростью обычно в диапазоне 850-1200 об/мин (как правило, примерно 1000 об/мин, т.е. примерно 500000 мин^-1). Выход продукта (в процентах относительно общего количества истинного белка, содержащегося в белке сыворотки, который превращается в макроколлоиды настоящего изобретения) увеличивается при повышении скорости ротатора по сравнению с более низкими скоростями ротатора. Предполагается, что здесь происходит определенная продувка. Обработанный материал удаляется через отверстие 48, подается через выпускное отверстие 26 и трубопровод 106 в теплообменник 10В. Соединительный трубопровод 106 снабжен изолирующей рубашкой или предпочтительно для гибкости производства средствами подачи теплообменной среды вокруг трубопровода. Трубопровод также снабжен отверстием 108, через которое устанавливаются датчики температуры и давления (не показаны) для тщательного контроля состояния материала во время обработки. После охлаждения материал подается через трубопровод 98 в насос 100 и, наконец, через трубопровод 104 в упаковочное оборудование (не показано), если продукт должен упаковываться сразу. Такое расположение и режим работы имеют большие преимущества, так как не нужно проводить повторный нагрев продукта для его стерилизации, например, и т.д. С другой стороны обработанный материал можно направлять на хранение. Следует отметить, что насосы 86 и 100 работают вместе при такой компановке, которая обеспечивает равномерную подачу материала через устройство для обработки, а также позволяет тонко регулировать давление в системе. Очевидно, что при пуске система должна приводиться в равновесие для точного получения давления, температуры и сдвиговых усилий, и производительности, т.е. параметров, которые находятся в тесной зависимости.

Другое устройство показано на сопроводительных фиг.6-9.

На фиг. 7 и 8 предпочтительное устройство для обработки содержит корпус 110, который в этом примере установлен на опорной плите 111 и закреплен на ней с помощью множества болтов 113. В свою очередь опорная плита 111 установлена на стойке 114, имеющей кольцевую кромку 115, выполненную на ее верхнем конце. Кольцевая выемка 117 на нижней стороне опорной плиты 111 предназначена для размещения кромки 116. Стойка 114 и опорная плита 111 размещают кромку 116. Стойка 114 и опорная плита 111 содержат сцентрированные вертикально расположенные каналы 118 и 119, и вертикально расположенный приводной вал 120 проходит через канал 118 и направлен вверх в канал 119. Приводной вал 120 соединен таким образом, что может вращаться приводимым механизмом, например электродвигателем (не показан), во время работы устройства для обработки. На верхнем торце приводного вала 120 закреплен вал с лопастями 121 и два вала 120 и 121 соединены шпонками.

Корпус 110 устройства для обработки содержит нижний резервуар 126 и верхнюю крышку 127, при этом резервуар установлен на кольцевой несущей опоре 128. Кольцевая несущая опора 128 снабжена нарезными отверстиями, выполненными в ее нижней стороне, а ранее указанные болты 113 завинчены в эти отверстия для жесткого закрепления уплотнительной опоры 128 на опорной плите 111. Расположенное в центре вертикально направленное отверстие 129 выполнено в уплотнительной опоре 128. Верхняя торцевая часть канала 129 расширена и образует седло 133, выполненное на внутренней периферии канала 129 для правильной установки уплотнения 139 на опоре 128. Вал с лопастями 121 проходит через канал 129. Выше уплотнения 139, лопасть 136 (см. также фиг.8) расположена на верхнем торце вала с лопастями 121 и закреплена на нем с помощью колпачковой гайки 137. Обычное манжетное уплотнение 139 расположено между подшипником 131, валом с лопастями 121 и шайбой 138 для получения непроницаемого для жидкости соединения в этом месте.

В этом случае резервуар 126 выполнен с двойными стенками и включает наружную стенку 141 и внутреннюю стенку 142, при этом две стенки расположены на расстоянии для образования жидкостного канала 143 между ними. Две стенки 141 и 142 выполнены чашеобразными и в нижних центральных частях имеют сцентрированные отверстия 144, в которых размещается уплотняющая опора 128, при этом две стенки 141 и 142 закрепляются на уплотнительной опоре 128, например, с помощью сварки. На верхних концах две стенки 141 и 142 развальцованы радиально наружу от оси вала с лопастями 121 и плотно сжаты вместе для образования герметичного соединения в зоне, обозначенной позицией 146. Теплообменная среда подается через пространство 143 между двумя стенками, при этом выпускная труба 147 и выпускная труба 148 закреплены на наружной стенке 141 и соединены с пространством 143 для подачи теплообменной среды через пространство 143.

Крышка 127 расположена на верхней стороне двух стенок 141 и 142 и перекрывает верхние стенки развальцованных частей 146. Для плотной установки крышки 127 на резервуаре 126 кольцо 151 помещается на нижней стороне развальцованных частей 146 и периферия кольцевой крышки 127 располагается на верхней стороне развальцованной части 146. Кольцевой зажим 152 окружает наружную периферию кольца 151 и крышки 127, при этом зажим 152, кольцо 151 и крышка 127 снабжены совпадающими скошенными поверхностями 153 так, что зажим 152 плотно прижимает крышку 127 вниз в направлении элемента 152 после сборки этих деталей. Прокладка или кольцевое уплотнение 154 устанавливается между соседними поверхностями кольца 151 и крышки 127 для уплотнения этого соединения.

Внутри корпуса 126 выполнена тороидальная или имеющая форму пончика полость 161, которая расположена между внутренней стенкой 142 корпуса 126 и крышкой 127. Поверхность 163 внутренней стенки резервуара имеет форму круглой чаши и образует нижнюю половину тороидальной полости. Верхняя половина тороидальной полости образована кольцевой вогнутой выемкой 164, выполненной на нижней стороне крышки 127 над стенкой 163, при этом кольцевая выемка 164 расположена коаксиально с осью вращения лопасти 136 и с центром изогнутой поверхности 163 резервуара 126. На наружной периферии полости 161 внутренняя поверхность выемки 164 направлена вниз в зону, обозначенную позицией 166, и расположена в непосредственной близости от верхней краевой поверхности 167 концов лопасти 135. Кроме этого, крышка 127 утоплена вниз вдоль оси тороидальной полости 161 для образования центральной части 168, и центр лопасти 136 и колпачковая гайка 137 скошены в центре тороида непосредственно под частью 168.

Крышка 127 снабжена двумя отверстиями или каналами 171 и 172, выполненными в ней. Канал 171 расположен на оси полости 161 и направлен от верхней поверхности крышки 127 и через часть 168, и открывается на оси полости 161. Трубка 173 закреплена на верхнем конце канала 171 с помощью нарезного фиттинга 174 и устройство регулирования давления 176, которое в данном случае представляет собой груз, расположено на верхнем конце трубки 173. Глухое отверстие 177 выполнено в грузе 176 и верхний конец трубки 173 направлен в отверстие 177. Во время работы устройства для обработки внутреннее давление в полости 161 может сбрасываться из полости через трубку 173, если это давление выше величины, которая необходима для подъема груза 176 от верхнего конца трубки 173 и таким образом груз 176 поддерживает давление внутри полости. Канал 172 соединен с другой трубкой 178 с помощью фиттинга 179 и канал 172 направлен в верхнюю часть полости 161. Канал 172 и трубка 178 могут быть использованы, например, для удаления воздуха из полости 161 при ее заполнении обрабатываемой жидкостью и термопара (не показана) может быть установлена через трубку 178 и канал 172 в верхнюю поверхность жидкости во время обработки для контроля температуры жидкости.

Лопасть 136 включает центральную утолщенную часть 181, которая снабжена вертикально расположенным отверстием 182, выполненным в нем, для вала с лопастями 121. Колпачковая гайка 137 установлена на верхней поверхности части 181. Радиально наружу от части 181 расположены два рычага 183 и 184, которые загнуты радиально наружу и вверх и проходят в непосредственной близости (зазор примерно 0,5-1,0 мм является предпочтительным) от изогнутой внутрь поверхности 163 стенки 142 резервуара. Верхние концевые части рычагов 183 и 184 лопасти расположены по существу параллельно оси лопасти и таким образом рычаги расположены над нижней половиной тороидальной полости. Как показано на фиг. 8, стороны 186 и 187 двух рычагов 183 и 184 также скошены таким образом, что рычаги лопастей сужаются рядом с их наружными концами. Если предположить, что лопасть 136 и вал 121 вращаются против часовой стрелки, фиг. 8, то два рычага 183 и 184 будут иметь передние стороны 186 и задние стороны 187. На фиг. 11 две кромки 186 и 187 каждого рычага выполнены относительно тупыми, но предпочтительно скошенными вниз и в направлении друг друга.

Рассматривая работу устройства для обработки на фиг.7, предположим, что составной вал 120, 121 установлен с возможностью вращения соответствующим приводным двигателем и что крышка 127 вначале удалена с резервуара 126. Полость 161 заполняется порцией жидкости, которая по существу равна объему полости 161, когда крышка установлена на резервуаре. При наличии этой порции жидкости в резервуарной части полости крышка 127 устанавливается на резервуар, при этом кольцевая часть 166 крышки направлена вниз в полость резервуара. Затем зажим 152 устанавливается на примыкающих наружных периферийных частях резервуара и крышки для плотного закрепления крышки на резервуаре. По мере утапливания крышки 127 на резервуаре воздух в верхней части вогнутой выемки 164 может выходить через канал 172 наряду с избыточным количеством жидкости в полости 161. Удаление воздуха из полости можно ускорить путем медленного поворачивания составного приводного вала 120, 121 и лопасти 136 для устранения воздушных карманов в жидкости и удаления воздуха из полости. Таким образом, воздух удаляется из полости 161 перед обработкой.

Для обработки жидкости составной вал 120, 121 и лопасть 136 быстро вращаются и высокая скорость вращения рычагов 183 и 184 создает большие сдвиговые усилия в жидкости. Дозвуковые импульсы образуются на передних кромках 186 рычагов и на задних кромках 187 возникает кавитация. За счет быстрого вращения рычагов жидкость принимает форму естественного тороида 191 или форму пирожка, как показано на фиг.10. Под естественным тороидом имеется в виду то, что жидкость естественным образом принимает тороидальную форму при отсутствии крышки 127 на резервуаре. Другими словами, если бы крышка была удалена и лопасть вращалась с достаточной скоростью, жидкость приняла бы форму тороида 191. Кольцевая вогнутая выемка 164 на нижней стороне крышки 127 выполнена таким образом, что соответствует поверхности тороида 191, что устраняет возможность образования "мертвых зон", где поток жидкости менее интенсивен.

Предполагается, фиг.10, что поверхность жидкости тороида 191 перемещается вверх и радиально наружу от наружных концов рычагов лопасти и жидкость циркулирует по траектории перемещения, указанной стрелками 192. Кроме этого, жидкость перемещается по окружности и следует в направлении перемещения лопасти, образуя таким образом спиральную траекторию перемещения. Далее предполагается, что в жидкости образуется ряд концентричных слоев (слои обозначены концентричными стрелками 193) и слои перемещаются по аналогичным спиральным траекториям. Однако имеется еще перемещение жидкости между слоями, так что в жидкости очень быстро создается однородность. Перемещение лопастей в жидкости и перемещение слоев жидкости относительно друг друга настолько интенсивно, что достигается высокая степень преобразования механической энергии в тепло.

Если лопасти вращаются со скоростью примерно 5000 об/мин, то лопасть превращает жидкость в указанный быстрый тороидальный поток и образуются значительная кавитация и турбулентность, в частности, перед передними кромками 186. Поток жидкости создает условия для быстрой теплопередачи от стенки 142 и теплообменной среды. Перемешивание или большие сдвиговые усилия, создаваемые лопастью, быстро смешивают и нагревают жидкость. Преобразование механической энергии в тепло определяется путем измерения повышения температуры жидкости по сравнению с температурой теплообменной среды на единицу времени и массы. Интенсивность ввода энергии в жидкость за счет вращения лопасти 136 достаточно высока (как показывает величина повышения температуры только за счет механического воздействия) для предотвращения агрегирования, например, белковых молекул до размера частиц более примерно 1-2 мкм.

Лопасть 136 особенно эффективна для нагрева и перемешивания жидкости. При скорости вращения 5000 об/мин относительно тупые передние кромки 186 лопасти образуют субзвуковые импульсы в жидкости, а на задних кромках 187 образуется кавитация. Незначительный уклон вниз и внутрь сторон 186 и 187 (фиг. 9) перемещает жидкость перед рычагами лопасти в направлении днища полости и на стенку. Таким образом создается сильное перемешивание жидкости, а также эффективно устраняется накопление продукта на стенке полости. Лопасть образует естественный тор и полость камеры имеет форму, которая соответствует естественному тору во время смешивания для предотвращения таким образом образования мертвого пространства в полости, накопления продукта в нижних частях потока и неравномерности смеси.

Если требуется предупреждение перегрева жидкости в полости, охлаждающая среда подается через трубы 147 и 148 и пространство 143 для того, чтобы температура жидкости в полости 162 не повышалась выше нужной температуры. С другой стороны для нагрева жидкости горячая среда может подаваться через полость 143. После достаточного перемешивания жидкости лопастью и достижения нужного уровня температуры жидкости вращение лопасти прекращается, крышка 127 удаляется и порция смешанной жидкости удаляется из полости 161.

На фиг.9 и 10 показан предпочтительный вариант осуществления устройства, предназначенного для непрерывной работы в отличие от периодической работы варианта осуществления фиг. 7. Варианты осуществления на фиг.7 и 9 имеют аналогичные детали и эти детали на двух фигурах обозначены одинаковыми позициями, за исключением того, что к номерам позиций на фиг.9 и 10 добавлена цифра 1000.

Устройство для обработки, фиг.9, включает резервуар 1126 и крышку 1127, которые соответствуют аналогичным деталям фиг.7, за исключением того, что крышка 1127 имеет большую вертикальную толщину. Резервуар и крышка на фиг.9 закреплены вместе защипом 1152 с уплотнением 1154 и О-образным кольцом 1155, расположенным между ними, и лопасть 1136 установлена в полости 1161. В этом конкретном варианте осуществления резервуар 1126 также выполнен с двойными стенками подобно резервуару фиг.7 и также предусмотрены впускная и выпускная трубки 1147 и 1148. Однако трубки 1147 и 1148 уплотнены пробками 1201 для образования мертвого воздушного пространства 1143 между двумя стенками, причем это пространство используется в качестве изоляции резервуара. Крышка 1127 снабжена каналом 1172, выполненным в нем, который может быть использован для датчика с термопарой, каналом 1171, который, например, образует выпускное отверстие для непрерывного потока жидкого продукта после обработки, когда он удаляется из полости 1161.

Резервуар 1126 установлен на опорной плите 1111с помощью основания 1128, которое в этом варианте осуществления изобретения также включает канал для потока жидкости в полость устройства для обработки. Впускной трубопровод продукта 1203 соединен с источником (не показан) жидкого продукта и с кольцевым уплотнительным кольцом 1204, которое плотно вставлено вокруг наружной периферии вазы 1128. Внутренний конец трубки 1203 соединяет диагональный канал 1206 в основании 1128, который уплотнен на наружном конце О-образным кольцом 1207. Канал 1206 направлен под углом радиально наружу и вверх, фиг. 9, к внутренней поверхности основания 1128 и в распорную втулку 1208. Кольцевая выемка 1208 и канал 1206 сообщаются с канавкой 1209. Таким образом, продукт, поступающий в устройство для обработки через трубку 1203, поступает через канал 1206 и в кольцевую канавку 1209. Множество питательных или впускных отверстий 1211 направлено под углом вверх и радиально наружу из канавки 1209 и верхние концы отверстий 1211 оказываются на верхней поверхности втулки 1208 ниже нижней поверхности лопасти 1136. За счет наклона впускных отверстий 1211 жидкий продукт, поступающий в полость, вначале направляется радиально внутрь и вверх и затем поступает радиально наружу и вверх после кромки лопасти 1136.

Предусмотрено механическое уплотнение 1216 для уплотнения соединения между распорной втулкой 1208 и лопастью 1136. Механическое уплотнение 1216 выполнено кольцевым и прижимается к втулке 1208 О- образными кольцами 1217, 1217b и выступающая вверх уплотняющая поверхность 1218 на верхнем конце уплотнения 1216 соприкасается с наружной стороной лопасти 1136. На фиг.8 уплотняющая поверхность 1218 показана пунктиром и следует отметить, что она находится полностью внутри наружного контура лопасти. Для получения хорошего уплотнения нижняя сторона лопасти 1136в зоне уплотняющей поверхности 1218 предпочтительно притирается. Другое вращающееся манжетное уплотнение 1221 расположено между основанием 1128 и валом 1121 для уплотнения этого соединения. Уплотнение 1221 устанавливается без возможности вращения на его наружной периферии на основании 1128, а его наружная периферия скользяще контактирует с наружной поверхностью вала 1121. Кольцевая пружина 1222, например обжимная пружина, удерживает манжетное уплотнение плотно на вале 1121.

Таким образом, камера 1223 образуется между манжетным уплотнением 1221, механическим уплотнением 1216, наружной поверхностью вала 1121 и втулкой 1208. Эта камера 1223 промывается охлаждающей водой, которая подается в устройство для обработки через трубку 1226 и удаляется из устройства через другую трубку 1227, при этом две трубки расположены на противоположных концах устройства для обработки, как показано на фиг.8. Две трубки 1226 и 1227 также установлены на уплотнительном кольце 1204 и направлены радиально через кольцо 1204. Каналы для жидкости 1228 и 1229 выполнены в основании 1128, при этом внутренние концы двух каналов соединены с противоположными сторонами камеры 1223. Наружные концы каналов 1228 и 1229 соответственно соединены с трубками 1226 и 1227 и на этих соединениях установлены О-образные кольца. Следовательно, при работе устройства для обработки охлаждающая вода поступает в устройство для обработки через трубку 1226, в камеру 1223 и вокруг внутренних поверхностей в зоне, где механическое уплотнение 1216 соприкасается с нижней поверхностью лопасти 1136 и затем выходит из камеры через трубку 1227.

При работе устройства для обработки крышка 1127 закрепляется на резервуаре 1126, лопасть 1136 вращается в полости 1161 и охлаждающая вода подается через камеру 1223. Затем обрабатываемая смесь подается в полость 1161 через впускную трубку 1203, через канал 1206 и впускные отверстия 1211 и в полость 1161 из под нижней стороны вращающейся лопасти 1136. Жидкий продукт наполняет полость 1161 и находившийся в полости воздух вытесняется потоком жидкости через трубки 1172. Жидкость принимает свою естественную тороидальную форму в полости 1161, как уже указывалось, а стенки резервуара 1126 и крышки 1127 соответствуют форме естественного тороида. Продукт в полости находится под давлением, так как необходимо поддерживать давление в трубке 1203 для подачи жидкости через полость и из канала 1171. Выпускная трубка 1231, соединенная с каналом 1171, может включать ограничение или клапан для создания обратного давления и повышения таким образом давления в полости 1161.

Описанные перемешивание и нагрев жидкости в полости 1161 аналогичны тому, что происходит в полости 161. Жидкость, поступающая в полость, подается непосредственно в зону приложения сдвиговых усилий ниже лопасти. Далее направленный вверх и внутрь наклон деталей 1211 вызывает образование турбулентного потока поступающей жидкости и промывку на уплотнении 1216 для предотвращения таким образом накопления жидкости в этой зоне. Далее направленный вверх поток в зоне рядом с центром создает условия, при которых все потоки жидкости направляются под лопасть и жидкость не задерживается на сторонах рычагов сразу после выхода из отверстий 1211. Поток хладогента в камере 1223 предотвращает перегрев подшипника 1216 и лопасти, а также пригорание обрабатываемого продукта. Отверстие 1211 напротив впускного отверстия 1206 предпочтительно несколько увеличено для получения равномерного потока, проходящего через три отверстия.

По методу эксплуатации устройства (фиг.7) пустой резервуар центрируется, сегменты вала сопрягаются, резервуар закрепляется на опорной плите и лопасть устанавливается на валу и закрепляется, 340 г деаэрированной белковой предварительной смеси подается в резервуар, при этом обращается внимание на предупреждение образования пузырьков и пустот.

Крышка устанавливается в отверстие, образованное верхними стенками резервуара, и прижимается к прокладке таким образом, чтобы пустое отверстие для термопары было установлено так, чтобы захваченный воздух мог удаляться через это отверстие. Удаление захваченного воздуха можно ускорить за счет медленного поворота лопасти. После выполнения этих операций крышка плотно устанавливается, избыточная смесь, которая могла поступить из этого отверстия, удаляется и термопара вставляется и закрепляется. Затем крышка закрепляется зажимными средствами и противовес устанавливается на вентиляционную трубку.

После этого нагревающая жидкость подается через резервуар, включаются приводные средства и устанавливается заданная скорость вращения, которая обычно выше примерно 5000 об/мин. В результате вращения лопасти с такой скоростью белковая предварительная смесь принимает форму быстрого тороидального потока, в силу чего создается значительная кавитация и турбулентность, в частности, в зонах непосредственно перед ударными кромками лопасти. Вихревой поток предварительной смеси обеспечивает возможность быстрой теплопередачи от нагревающей жидкости через внутренние стенки резервуара предварительной смеси. После достижения предварительной смесью температуры более примерно 80^oC вязкость смеси повышается, но постоянная скорость лопасти поддерживается приводным двигателем.

Неослабленный подвод высокой энергии (наряду с повышением вязкости) вызывает значительный нагрев продукта за счет механической энергии. Обычно, таким образом, температура продукта повышается примерно на 20-40^oC по сравнению с температурой "нагревающей" жидкости в течение 1-2 мин. Когда наружная температура получена и время пребывания прошло, установленные снаружи клапаны, которые регулируют поток теплообменной жидкости, переключается таким образом, что нагревающая жидкость вытесняется охлаждающей жидкостью. Как показано, температура продукта начинает сразу снижаться. После охлаждения продукта до 80^oC скорость лопасти снижается до примерно 1000 об/мин для предупреждения подвода дополнительной механической энергии и снижения таким образом времени охлаждения. После охлаждения продукта до примерно 35^oC приводные средства выключаются, крышка удаляется и продукт удаляется из резервуара и крышки.

Предпочтительная температура обработки составляет примерно 80- 120^oC при времени обработки 3 с - 15 мин и более, при этом предпочтительным является время обработки от примерно 10 с до 2 мин. Время обработки увеличивается при более низких температурах, при этом при 80^oC обработка занимает до 15 мин, а при 90-95^oC - примерно 5 мин. В отличие от этого при 120^oC время обработки может составлять только 3 с. Более высокие температуры обработки дополняются повышенными скоростями теплопередачи. Поэтому, если позволяет характер технологического оборудования, предпочтительной является обработка при высоких скоростях теплопередачи и высоких температурах денатурации в течение очень короткого времени. Однако следует отметить, что при температурах выше 120^oC при соответственно уменьшенном времени пребывания продукта получаемый макроколлоидный продукт "тоньше" и менее желателен.

После завершения тепловой денатурации продукт может подвергаться гомогенизации при необходимости. Такая обработка необходима в тех случаях, когда продукт жидкий (т.е. имеет низкую концентрацию белков), и/или нейтрализован, например белые добавки для кофе. Эта обработка используется для разрушения относительно слабых связей между частицами, которые иногда образуются при переработке. Не являясь агрегатированными (т.е., не соединяясь в частицы диаметром значительно более 2 мкм), эти макроколлоиды, которые связаны друг с другом (т. е. , обычно по 2-3 частицы), тем не менее органолептически воспринимаются как единые составные частицы, которые нельзя отличить от агрегатов по их вкусовым ощущениям. Гомогенизация разделяет эти связанные частицы на отдельные макроколлоидные частицы с необходимыми вкусовыми ощущениями. Гомогенизация разбавленных продуктов с низким макроколлоидным содержанием, например белых добавок для кофе, предпочтительно проводится при pH 6-7. При таких значениях pH распределение электрических зарядов на поверхности макроколлоидов стимулирует сохранение равномерной дисперсии макроколлоидов в водной среде. Хотя для этой цели можно использовать любой способ гомогенизации, известный в этой области, обращается внимание на необходимость предупреждения воздействия высоких температур на макроколлоидные частицы, которые в результате могут образовывать более крупные частицы.

Определение размера частиц дает средство для оценки органолептического качества продуктов настоящего изобретения помимо выбора предпочтительных условий обработки, как уже указывалось. Один из наиболее простых и быстрых способов, используемый для контроля качества, включает подготовку оптического препарата так, как это делается при подготовке клинических мазков крови. По этому способу 10 г пастообразного пищевого образца помещается в смеситель Warning и затем добавляется 190 г дистиллированной воды для получения 5%-ного раствора. После этого раствор перемешивается с высокой скоростью в течение 2 мини затем pH регулируется до 6,5-7,0. После этого образец подвергается высокоскоростному магнитному перемешиванию во время звуковой обработки в течение 1 мин с использованием устройства звуковой обработки типа зонда (устройство звуковой обработки, Braunsonic Model 2000 Sonicator, Burlingame, CA). Этот способ позволяет разрушать любые слабые связи, которые могли образоваться между отдельными макроколлоидными частицами. Затем раствор еще раз разбавляется деионизированной водой до 0,25-0,50% в зависимости от концентрации частиц. После этого раствор помещается в ультразвуковую ванну (Branson 2200 Ultrasonic Bath, Shelton, CN) в течение 1 мин непосредственно перед приготовлением слайда.

После ручного встряхивания в течение 10 с, 10 мкл образца, приготовленного ранее, помещается в центр предметного стекла, которое было установлено в вертушку для стекол Корнинг. Стекло поворачивается сразу после размещения образца на стекле. После высыхания стекла, обычно примерно через 30 с, он готов для микроскопического исследования.

Образец исследовался с помощью микроскопа Zeiss Axiomat Microscope, оснащенного галогенным источником света (Zeiss, Thornwood, NY) и видеокамер Dage MTI (Michigan City, IN), с использованием 50Х-кратного объектива при общем увеличении 1000-1600. Система может проводить только количественный анализ частиц диаметром более примерно 0,25 мкм. Поэтому все статистические измерения размером частиц в данном случае относятся, если не указано особо, к частицам размером более 0,25 мкм. Тем не менее можно наблюдать частицы размером примерно 0,10-0,25 мкм и регистрировать их присутствие. Сканировались различные участки (25х25) для субъективной оценки общего размера и однородности/неоднородности формы образца. После количественной оценки образца выбирался участок, который казался общим для всего образца. Затем это изображение проецировалось на черно-белый монитор с высоким разрешением (Lenco, Jackson, MO) для количественного анализа.

Изображение на телевизионном мониторе вначале обсчитывалось и затем переводилось с телевизионного монитора на компьютерный монитор. На этой стадии обсчета/перевода изображение несколько уменьшалось с побочным эффектом, в результате которого некоторые отдельные частицы на первоначальном изображении сливались и, следовательно, не представляли собой настоящие частицы. Эти слитые частицы затем тщательно удалялись путем сравнения старого (телевизионный монитор) изображения с новым изображением (компьютерный монитор).

На одном участке обычно измерялось примерно 25050 частиц. Вначале число частиц на изображении определялось по их длине и ширине. По этим данным две дополнительные переменные, соответствующие сферическому (E.S.) диаметру и объему, определялись следующим образом:
E.S. диаметр = (B² L)^1/3
Е.S. объем = 4/3 B²L...,
где
B - ширина, а L - длина.

После определения E.S. диаметра и объема для всего распределения частиц на изображении определялись числовые (D_n) и объемные (D_v) средние E.S. диаметры. D_n - числовой средний диаметр частиц, который определяется путем суммирования диаметра всех частиц этого состава и деления на общее число частиц. D_v (объемный средний диаметр) - определяется масса каждой частицы относительно ее объема и таким образом устанавливается, где располагается средний диаметр по объему или подразумеваемый по массе. Максимальный диаметр (D_макс.) - диаметр самой крупной частицы на этом участке.

Эти данные можно представить в виде гистограммного графика, на котором E. S. диаметр откладывается на абсциссе в виде функции числа частиц, а также объема частиц. По этим данным можно непосредственно определить процентное содержание частиц объемом более 2 мкм, а также максимальный размер диаметра частиц.

Нижеследующие примеры относятся к предпочтительным методам и методикам изобретения. Другие приведенные ниже примеры показывают предпочтительные характеристики настоящего изобретения.

Пример 1. Приготавливалась смесь, содержащая 41 мас.% белкового концентрата молочной сыворотки, поставленной фирмой Express Foods, и 44 мас.% воды при 65^oC. Смесь подкислялась до pH 4,2 путем добавления пищевой кислоты ко всей смеси. 30000 единиц выпускаемой промышленностью грибковой лактазы добавляли в смесь и проверяли pH еще раз для того, чтобы поддерживать на уровне 4,2. Добавляли 3 мас.% лецитина и смесь деаэрировалась в деаэраторе Versator^TM, который работал с производительностью 3,7 кг/мин, после чего смесь оставляли на ночь. Смесь имела удельный вес 1,16. После отстаивания смесь подавалась в устройство для обработки жидкости по существу так, как указано на фиг.1, и выполненному в общем так, как показано на фиг.2. Устройство для обработки жидкости работало при стабильных условиях, при которых ротор вращался со скоростью примерно 900 об/мин, температура теплообменной среды, пара в этом случае составляла примерно 120^oC на входе и примерно 117^oC на выходе. Смесь находилась под давлением примерно 551-621 кПа во время нагрева для предотвращения дегазации жидкости, которая в противном случае могла закипеть при такой температуре и окружающем атмосферном давлении. В устройстве для обработки жидкости использовали 4 разных времени пребывания, так что продукт нагревался до 4 соответствующих температур обработки, как указано в табл.2.

Продукт охлаждался в однолопастном скребковом теплообменнике при 200 об/мин, примерно до 80^oC и менее с учетом восприимчивости продукта к нагреву и отсутствия больших сдвиговых усилий, как уже указывалось. Каждый из четырех образцов макроколлоидного продукта, полученного таким образом, оценивался органолептически по эмульсевидному признаку. Безусловно, следует понимать, что степень преобразования (т.е., выход) макроколлоидных частиц была ниже при меньшем времени пребывания/более низких температурах по сравнению с более длительным временем пребывания и более высокими температурами обработки.

Пример 2. Макроколлоидный продукт в общем получался по способу примера 1, при этом белковый концентрат молочной сыворотки подавался в устройство для обработки жидкости при 19^oC (окружающая температура) и нагревался до температуры обработки в примерно 112^oC (при 551-621 кРа) в течение примерно 7,5 с. Полученные макроколлоиды смешивались с дополнительными ингредиентами, как указано в табл.3.

Далее в эту смесь добавляли небольшие концентрации кукурузного масла и масла перца душистого, растворенных в этаноле. Полученная смесь представляла собой очень привлекательный майонезоподобный продукт, фактически не содержащий жира. Было установлено, что можно использовать различные вкусовые добавки в растворах типа масел, отдельно или в смеси, без введения большого количества жиров в конечный продукт.

Пример 3. Другой образец белкового концентрата молочной сыворотки, аналогичный использованному в примере 1, смешивался с ингредиентами в пропорциях, указанных в табл.4.

Эти ингредиенты гидратировались, смешивались и затем добавлялись остальные ингредиенты в следующем порядке:
Сахар - 6,4
HFCS - 5,5
Соль - 1,8
Смесь деаэрировалась под вакуумом в деаэраторе Versator^TM и подавалась при окружающей температуре непосредственно в устройство (фиг.1 и 2).

Смесь нагревали до 112-113^oC для получения первого образца и при увеличении времени пребывания до примерно 114-115^oC для получения второго образца продукта. В обоих случаях нагрев проводился при 551- 621 кПа. Затем эти продукты подавались в однолопастный скребковый теплообменник, где охлаждались до примерно 80^oC и сразу разливались в бутылки.

Полученные таким образом продукты в обоих случаях представляли собой продукты типа майонеза с нужной эмульсевидной характеристикой и приятным вкусом. Этот пример демонстрирует вариант осуществления изобретения, в котором не используется гидролиз лактозы. Относительно низкая концентрация белкового концентрата сыворотки во всей смеси была такой, что концентрация лактозы не оказывала влияние на образование нежелательных кристаллов лактозы в конечном продукте.

Пример 4. В табл.5 сравнивается содержание жиров, белков, карбогидратов, холестерина и калорийность некоторых, выпускаемых промышленностью, приправ, включающих продукты майонезного типа на основе молочной сыворотки, которые получены по настоящему изобретению и точнее по методу примера 3. Второй из двух представленных продуктов настоящего изобретения представляет собой "бессахарный" вариант, в котором при получении продукта не использовались сахар и кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы. Эти сахара были заменены сладкой добавкой Aspartame^TM в количестве, достаточном для компенсации потери сладкого вкуса. Другие искусственные сладкие добавки и, в частности, другие белковые сладкие добавки можно использовать в сочетании с макроколлоидами настоящего изобретения (см. табл.5).

Пример 4А. По настоящему изобретению также созданы более густые продукты, например, сендвичевые пасты типа NUTELLA^TM, которая представляет собой сладкую сендвичевую пасту типа шоколада с орехами. Изготавливается продукт типа NUTELLA^TM с тем же ореховым привкусом, который может гладко размазываться, при этом белковая основа содержит соответствующие вкусовые добавки и сладкую добавку ASPERTAME^TM.

Пример 5. 100-Килограммовая партия продукта майонезного типа на основе молочной сыворотки была приготовлена по способу настоящего изобретения путем смешивания следующих ингредиентов (табл.6).

Полученная смесь имела удельный вес примерно 1,199. Смесь деаэрировалась и пропускалась через устройство для обработки (фиг.1), подробно описанное выше. Скорость ротора устройства для обработки составила 500 об/мин и смесь подавалась через камеру для обработки со скоростью 530 г/мин. Температура смеси повышалась до примерно 116^oC (при 551-621 кПа) и полученный продукт охлаждался, давление снижалось и продукт собирался по мере его выхода из устройства для обработки.

Визуальное наблюдение позволяет сделать количественное сравнение различий между распределением частицы по размеру выпускаемых промышленностью белковых продуктов на основе сыворотки и белковых макроколлоидов на основе сыворотки настоящего изобретения. Количественное сравнение делается с использованием программного обеспечения для анализа распределения частиц по размеру. Соответствующая методология и устройство рассматриваются ниже.

Механически смешанная, разбавленная водная суспензия или дисперсия образца частиц подвергается дополнительному диспергированию с помощью ультразвукового устройства. Затем небольшой объем хорошо диспергированной суспензии наносится на поверхность предметного стекла оптического микроскопа и делается мазок по способу приготовления клинического мазка крови таким образом, что тонкая, равномерно распределенная пленка покрывает значительную часть предметного стекла. Затем стекло исследуется под фотомикроскопом (Ziess) и зона наблюдения выбирается произвольно. Затем изображение этого участка проецируется на видеотрубку видеокамеры DAGE^TM, модель NC67M, которая поставляется фирмой Dage MTI Inc., Michigan City, Indiana. С помощью ручек управления камера настраивается на максимально контрактное изображение на видеомониторе и затем электронное изображение, как оно воспринимается камерой, обсчитывается с использованием программного обеспечения DAPPLE SYSTEMS IMAGE PLUS DATA ACQUSISTION^TM (поставляется фирмой "Dapple Systems Inc., California), и компьютера APPLEIIE^TM. Эта методика повторяется для статистически приемлемого числа дополнительных участков. Статистически значимый образец обычно составляется по данным исследования 200 или большего количества частиц.

Накопленные данные показывают зону в квадратных микронах каждой исследованной частицы. Затем эти данные математически преобразуются для получения данных по эквивалентному диаметру и эквивалентному объему. Эти преобразования выполняются на ЭВМ с использованием программного обеспечения DAPPLE SYSTEMS IMAGE PLUS STATISTICAL ANALYSIS^TM. Затем картина распределения рассчитывается с использованием логарифмической шкалы для базовой линии с целью построения полулогарифмических гистограмм распределения частиц по размеру первоначального образца на основе либо эквивалентного диаметра, либо эквивалентного объема, как уже указывалось. Базовая линия также может быть линейной - вариант, который используется в тех случаях, когда абсолютный диапазон между наименьшей и наибольшей частицами относительно невелик.

На фиг. 4, а показана полулогарифмическая гистограмма с распределением частиц по размеру на основе преобразований эквивалентного объема, полученных по указанному выше методу для белка сыворотки ALATAL810 ; на фиг.4,ь - примерно сравнимая гистограмма, показывающая распределение частиц по размеру для макроколлоидов настоящего изобретения; на фиг. 5,a и 5,b - такое же сравнение тех же двух материалов на основе эквивалентного диаметра.

Табл. 7 и 8 позволяют сравнить статистические свойства двух одинаковых белковых материалов сыворотки на основе их эквивалентных объемов и их эквивалентного диаметра соответственно.

Пример 6. 30 кг продуктов типа майонеза настоящего изобретения было получено путем первоначального перемешивания в смесителе ингредиентов, как указано в табл.9. рН кислотной смесь выбиралось таким образом, чтобы pH общей смеси составило примерно 4 при 20^oC. Смесь имела удельный вес примерно 1,18.

Затем смесь обрабатывалась за один проход в описанном устройстве для обработки и температура смеси повышалась до примерно 115^oC при сильных сдвиговых усилиях и давлении примерно 551-621 кПа.

Образец полученного продукта приготавливался для количественного анализа размера частиц по методике примера 5.

Фиг. 6a и 6b представляют собой гистограммы (с линейными базовыми линиями), показывающие распределение частиц по эквивалентному диаметру и эквивалентному объему соответственно указанного образца. Продукт с таким распределением частиц по размеру считается особенно гладким, кремообразным и густым.

Ниже приводятся примеры предпочтительных характеристик изобретения. Пример 7 относится к предпочтительному способу получения макроколлоидного материала изобретения из экстрагированных материалов молочной сыворотки. Пример 8 относится к получению макроколлоидного материала из альбумина бычьей сыворотки. Пример 9 относится к получению макроколлоидного материала из альбумина яичного белка, а пример 10 - к использованию соевого белка для получения макроколлоидного материала изобретения.

Пример 7. Экстракция проводилась для удаления жира и холестерина из белкового концентрата сыворотки (БКС) белкового источника до денатурации. Точнее реактор загружался 181 кг абсолютного этанола (партия N 16468x, 16995x, фирмы Aaper Alcohol & Chemical Co., Shelbyville, Кентуки). Затем добавлялись вода (8,58 кг) и 10%-ный раствор лимонной кислоты (954 г, Miles, Elkhart, Индиана) и раствор перемешивался в течение примерно 2 мин. pH раствора измеряли для того, чтобы подтвердить, что он составляет 5,00,5.

Затем добавляли 63,5 кг белкового концентрата сыворотки БКС-50 (партия 6302-2, Fieldgate, Litchfield, Мичиган) в реактор и реактор закрывался. После этого в рубашку реактора подавался пар и температура реактора поддерживалась на уровне 40-42^oC в течение 4 ч. Белковая суспензия удалялась из реактора и фильтровалась на ленточном фильтре непрерывного действия для получения осадка толщиной 1 дюйм. Вес собранного осадка составил 116 кг. Реактор загружался 127 кг 95% этанола и в реактор добавлялся мокрый осадок для получения суспензии, которая перемешивалась в течение 20 мин. Затем суспензия удалялась, фильтровалась, как и выше, и собранный осадок вновь добавлялся в реактор, загруженный 127 кг 95% этанола. Суспензия перемешивалась в течение 20 мин и затем вновь фильтровалась для удаления из осадка возможно большего количества жидкости. Вес мокрого осадка составил 104,5 кг.

Затем мокрый осадок помещался на поддоны слоем в 1 дюйм или менее. После этого материал просушивался под вакуумом в течение 12 ч при 45 1^oC, при этом было получено 51,5 кн БКС с выходом 80,9%. Учитывая, что примерно 3,5 кг материала было потеряно в сушилке, содержание летучих веществ в начальном мокром осадке составило 47,4%.

Полученный материал имел белковую концентрацию 56,91% и растворимость 93%, определенную по указанному выше методу определения растворимости. Затем белок был использован для получения состава, который включал лецитин ("Lecigran F", Riceland, Little Rock, Арканзас), 37% пищевую соляную кислоту (J. T. Baker, Phillipsburg, , Нью-Джерси), ксантан (("Keotrol T", Kelco, San Diego, Калифорния) и воду (см. табл.10).

Компоненты состава, перечисленные в табл.10, добавлялись в смеситель с большим сдвиговым усилием и деаэратор (Kady Mill, Scarborough, Мэн) в следующем порядке: вода, соляная кислота, лецитин, ксантан и БКС. Смесь деаэрировалась перед подачей в устройство фиг.7 таким образом, чтобы минимальное количество механической энергии превращалось в тепло. Затем технологический резервуар заполнялся предварительной смесью с pH 4,15, закрывался и среда с температурой 100^oC подавалась через рубашку резервуара. Температура продукта повышалась до 122^oC в течение 4,3 мин, после чего нагревающая жидкость вытеснялась потоком холодной воды, которая охлаждала продукт до 40^oC в течение 2 мин.

Полученный продукт затем оценивался по органолептическим и физическим признакам. Продукт, который анализировали при 10000Х увеличении, имел ровную кремообразную консистенцию, при этом 64% белка было преобразовано в макроколлоидные частицы и ни одна из частиц не имела размеры более 3 мкм. Сферические частицы имели объемный средний диаметр (D_v) 0,99 мкм, средний размер диаметра частиц (D_n) 0,78 мкм и максимальный диаметр (D_макс.) 1,50 мкм.

Пример 8. В этом примере бычий сывороточный альбумин был использован для получения белкового макроколлоидного продукта изобретения. Бычий сывороточный альбумин, обозначенный как "Bovine Albumin, Fraction V", был поставлен U.S. Biochemical Corp. (Cleveland,, Огайо). Материал представлял собой лиофилизированный порошок с 97% содержанием белка и растворимостью 99%, которая определялась по указанному выше способу определения растворимости. Другие ингредиенты состава включали лецитин ("Lecigran F", Riceland, Little Roak,, Арканзас), 37% пищевую соляную кислоту (J.T. Baker, Phillipsburg, Нью-Джерси), ксантан ("Keltrol T", Kelco, San Diego, Калифорния), лактозу (альфа-лактоза моногидрат, Sigma, St.Louis, Миссури) и воду (см. табл.11).

Указанный в табл.11 состав получен в смесителе с большим сдвиговым усилием и деаэраторе (Kady Mill, Scarborough, шт. Мэн), причем ксантановая смола предварительно гидратировалась. В указанном порядке вода, соляная кислота, лецитин, ксантан, лактоза и альбумин бычьей сывороткидобавлялись в смеситель и смесь деаэрировалась перед подачей в устройство фиг.7. Резервуар для обработки был заполнен предварительной смесью с pH 4,19, закрыт и включался самописец регистрации температуры. Включались двигатели и скорость лопасти регулировалась до 5080 об/мин. Через несколько секунд нагревающая жидкость с температурой 80^oC подавалась в рубашку резервуара.

Продукт достигал температуры 126^oC в течение 4,8 мин, после чего нагревающая жидкость заменялась потоком холодной воды. Продукт охлаждался до 40^oC в течение 2 мин. Скорость сдвига в устройстве для обработки была отражена 46^oC с разницей между температурой продукта и температурой нагревающей жидкости. Это дополнительное тепло было получено за счет превращения механической энергии в тепло при скорости примерно 380 Дж/с.

Затем полученный продукт оценивался по органолептическим и физическим характеристикам. Продукт имел густую консистенцию, аналогичную макроколлоидному материалу, полученному из белкового концентрата сыворотки, и кремовую структуру с высокой маслянистостью. 71% белка было преобразовано в макроколлоидные частицы. Частицы были в основном сфероидальные, хотя попадались и стержневидные и волокнистые частицы (фиг.11). Число этих стержневидных и волокнистых частиц с размером более 3 мкм составило 2,25% от числа частиц. Когда эти стержневидные и волокнистые частицы были удалены из изображения для микроскопического анализа, сфероидальные частицы имели объемный средний диаметр (D_v) 1,03 мкм, средний размер диаметра частиц (D_n) 0,66 мкм и максимальный диаметр (D_макс.) 1,75 мкм.

Пример 9. В этом примере альбумин яичного белка был использован для получения белкового макроколлоидного продукта изобретения. Установлено, что нужный продукт можно получить за счет комбинации свежего яичного белка и яичного белка высушенного распылением. Свежий яичный белок отделялся вручную в день, когда предварительная смесь приготавливалась из свежих яиц, купленных на месте. Установлено, что этот яичный белок содержит 99% растворимого белка, но концентрация белка была менее 10%. Благодаря исходной концентрации белка, обработка только свежего яичного белка позволяла получить вязкую массу денатурированного белкового продукта.

Высушенный распылением яичный белок был поставлен фирмой Henningsen Foods (White Plains, Нью-Йорк) (тип Р-110, твердые частицы яичного белка) при минимальном 80% содержании белка. Растворимость белка высушенного распылением яичного белка составила только 83% и отдельная обработка этого материала может дать неприемлемое количество частиц большого размера. Для устранения недостатков отдельного использования каждого материала материалы свежего и высушенного распылением яичного белка были соединены для получения нужного источника белка яичного альбумина для осуществления изобретения.

Лецитин, ксантан, соляная кислота и лактоза получались из источников, приведенных в примере 7, и использовались в количествах, указанных в табл. 12.

Свежий яичный белок, лецитин, ксантан, лактоза, высушенный распылением яичный белок и соляная кислота добавлялись последовательно и в количествах, указанных в табл.12 в смеситель с большими сдвиговыми усилиями, где они перемешивались и деаэрировались. Полученная предварительная смесь имела pH 3,6 и подавалась в устройство для обработки (фиг.7). Обработка велась при температуре ванны 80^oC и продолжалась в течение 4,33 мин при скорости вращения лопасти 5080 об/мин. Максимальная температура продукта составила 125^oC.

Продукт, полученный по указанной методике, оказался густым и кремовидным. 88,9% белка было превращено в макроколлоидные частицы, которые имели выраженную тенденцию к слабому агрегированию. Анализ размера частиц показал, что частицы находятся в нужном диапазоне размеров при D_v = 1,22 мкм и 4% имеют размер более 2 мкм. По существу все частицы были сфероидальными.

Пример 10. В этом примере соевый белок был использован для получения белковых макроколлоидных частиц изобретения. Соевый белок был поставлен фирмой Ralston Purina (SN 1631-32-1, St. Louis, Миссури), который имел содержание белка 61,4% и растворимость 81% по указанному выше методу. Лецитин, ксантан, соляная кислота и лактоза получались из источников, перечисленных в примере 7, и были использованы в количествах, указанных в табл.13.

Эта смесь приготавливалась путем добавления воды, соляной кислоты, лецитина, ксантана, лактозы и соевого белка последовательно в смеситель с большим сдвиговым усилием, где они перемешивались и деаэрировались. Полученная предварительная смесь имела pH 3,74 и подавалась в устройство для обработки (фиг. 1). Температура ванны поддерживалась на уровне 110^oC. Нагрев продолжался в течение 4,30 мин при скорости 5080 об/мин максимальная температура, достигнутая продуктом, составила 119^oC.

Продукт приобрел светлый рыжевато-коричневый цвет во время обработки и был гладким, кремовидным и густым с определенным бобовым привкусом, типичным для соевых продуктов. 71% белка был преобразован в макроколлоидные частицы. Анализ размера частиц показал, что частицы находятся в нужном диапазоне размеров при D_v = 1,46 мкм и D_макс = 2,5 мкм. По существу все частицы были сфероидальными.

Предполагается, что приведенные выше примеры показали общую сущность открытий, составляющих настоящее изобретение. В самом широком смысле изобретение заключается в открытии того, что фактически любой источник животного или растительного белка может быть использован для получения белковых, диспергируемых в воде макроколлоидальных частиц, которые в гидратированном виде обладают гладким (т.е., непорошковым, меловидным или зернистым) органолептическим характером масловодяной эмульсии. В общем гидратированные макроколлоидные продукты изобретения имеют относительно высокую вязкость (порядка 25000 сП), являются нерасширяющимися и обладают маслянистостью (т.е. отсутствует абразивность) жировой эмульсии. Такие продукты исключительно полезны в качестве частичных или полных заменителей жиров и жироподобных материалов в самых различных продуктах, где жиры обычно присутствуют в количествах, достаточных для создания органолептического ощущения.

Белковые продукты изобретения довольно легко получаются с помощью регулируемой денатурации ранее по существу неденатурированных белков для получения относительно однородных по размеру и форме гидратированных белковых частиц, где распределение частиц по размеру обеспечивает получение по существу ровного органолептического ощущения, которое обычно дают масловодяные жировые эмульсии.

Как показано на примере, регулируемая денатурация, необходимая для получения нужного состава белковых частиц, наиболее просто достигается путем одновременного воздействия тепла и больших сдвиговых усилий на растворы белка. Для оптимального получения преимуществ изобретения белковые растворы исходных материалов должны составляться из, например, сухих материалов белкового источника, в которых более примерно 80% сухого белка растворяется в воде или разбавленных солевых растворах. С другой стороны использование исходных материалов, которые содержат значительные количества нерастворимого белка или образуют любое значительное количество нерастворимого, зернистого, небелкового материала не позволят получить нужные продукты, так как воздействие тепла и больших сдвиговых усилий обычно не дает уменьшение размера частиц крупного материала при обработке. Если необходимо использовать белковые составы, содержащие крупные материалы, которые не уменьшаются при обработке, по настоящему изобретению предусматривается предварительная обработка таких составов с помощью известных способов уменьшения размеров, которые пригодны для уменьшения существующих частиц до и ниже нужного диапазона размеров до регулируемой тепловой обработки и обработки сдвиговыми усилиями. Например, предварительная обработка может включать обработку в истирающей мельнице, например, типа, который обычно используется при приготовлении красок и пигментов.

Химическая сложность белков, амфотерный характер белка в растворе и общая гетерогенность большинства природных материалов источников белка делают необходимым учет при регулируемой денатурации pH растворов, которые нагреваются и подвергаются воздействию больших сдвиговых усилий. В настоящее время оптимальные результаты получаются при осуществлении тепловой денатурации при любом значении pH ниже средней точки изоэлектрически кривой белков в растворе, при этом внимание должно обращаться на устранение низких значений pH для предупреждения гидролитического разложения белков. В соответствии с этими соображениями для многих белковых растворов требуется регулирование pH (с помощью любой соответствующей пищевой кислоты) до денатурации.

Получение состава белковых частиц нужного размера и формы во многих случаях позитивно или негативно определяется наличием или отсутствием растворимых небелковых компонентов в растворах, которые подвергаются денатурации. К наиболее важным компонентам такого типа относятся указанные выше добавки, блокирующие образование агрегатов. Хотя этот термин только описательного характера и определяет одну из потенциальных функций, выполняемых этими соединениями (т.е., предотвращение образования агрегатов белковых молекул, размер которых больше заданного диапазона размеров), они выполняют и другие функции, например увеличивают общую маслянистость макроколлоидного продукта. Следует отметить, что эти соединения могут также значительно увеличивать степень превращения белка в частицы, скорее всего за счет зарядного действия на состав белкового комплекса. Увеличение образования коагулятов и предотвращение образования частиц позволяет сосредоточить все на образовании белковых частиц нужного диапазона размеров. При проведении предварительных исследований, направленных на более точное определение действия добавок, блокирующих образование агрегатов, установлено, что при добавлении при комнатной температуре подкисленных по существу чистых белковых растворов в гидратированные добавки, блокирующие образование агрегатов, образовывались коагуляты, которые можно было растворять путем повышения pH в направлении нейтральности. Коагуляты имеют разнообразные макроскопические формы, включая единый сплошной гель, обилие волокон микроскопического размера и/или небольшие глобулярные, неагрегатированные частицы. Конфигурация коагулята может быть использована для выбора концентрации добавленных материалов, а также порядка их добавления.

Выбор одной или нескольких добавок, блокирующих образование агрегатов, для введения в белковые растворы, предназначенные для регулируемой тепловой денатурации изобретения, может соответствующим образом основываться на исследовании отмеченных выше эффектов образования коагулятов при комнатной температуре. Образование крупных глобулярных коагулятов или сплошного геля при подмешивании подкисленного белкового раствора к добавке, блокирующей образование агрегатов, обычно обещает плохие перспективы получения дисперсии частиц нужного диапазона размеров. Аналогичным образом образование волокнистого коагулята обещает получение продуктов денатурации со значительным количеством несферических и нитевидных белковых частиц, если не будут приняты нужные меры для диспергирования коагулятов до нагрева и приложения больших сдвиговых усилий. Образование небольших, глобулярных, неагрегатированных коагулянтных частиц можно соответствующим образом предсказать о возможности денатурации для получения нужного макроколлоидного продукта.

Другие компоненты раствора, которые могут сыграть существенную роль в процессах изобретения, представляют собой встречающиеся в природе полигидроксильные соединения, например, моно- и дисахаридные сахара, в частности лактоза. В соответствии с приведенными примерами следует понимать, что растворы белковых концентратов сыворотки, которые содержат примерно 50 мас.% лактозы, легко проходят тепловую обработку и воздействие больших сдвиговых усилий для получения продуктов изобретения. Во время предварительных исследований влияния концентрации лактозы на возможность использования регулируемой тепловой денатурации для крупномасштабного производства продуктов установлено, что предварительная обработка путем хроматографической очистки белковых концентратов сыворотки для удаления по существу всей лактозы, не препятствует получению полезных продуктов. С другой стороны, добавление лактозы в безлактозные белковые растворы сыворотки не повышает эффективность производства, в частности, при использовании добавок, блокирующих образование агрегатов. Более того, как уже указывалось в примерах получение макроколлоидов изобретения путем тепловой обработки и обработки сдвиговыми усилиями альбумино-бычьей сыворотки, яичного альбумина и соевого белка в значительной степени стимулируется добавлением лактозы в растворы. Хотя восстанавливающие сахара, например лактоза, вероятно являются наиболее подходящими добавками, в качестве добавок можно также эффективно использовать невосстанавливающие сахара.

При осуществлении изобретения могут оказаться очевидными многочисленные модификации и изменения после знакомства с приведенными выше вариантами. Следовательно, только такие ограничения могут входить в объем изобретения, которые указаны в прилагаемых пунктах формулы.

Формула изобретения

1. Водная дисперсия, содержащаяя водную фазу и белковые макроколлоидные частицы денатурированного белка, отличающаяся тем, что она содержит 10 - 20 мас. % указанных белковых частиц и частицы имеют в сухом состоянии размеры диаметра 0,1 - 2,0 мкм, причем менее 2% общего числа частиц имеет диаметр свыше 3,0 мкм и частицы при 800-кратном увеличении имеют сфероидальную форму и в гидратированном состоянии имеют гладкий эмульсевидный органолептический характер.

2. Дисперсия по п.1, отличающаяся тем, что она содержит белковые макроколлоидные частицы из белка, выбранного из группы, содержащей альбумин бычьей сыворотки, альбумин яичного белка, соевый белок и белок молочной сыворотки.

3. Дисперсия по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что белковые макроколлоидные частицы дополнительно содержат сахар в количестве до 100% на единицу массы белка.

4. Дисперсия по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит добавку, предотвращающую агрегатирование белковых частиц, а именно анионную добавку.

5. Дисперсия по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что белковые макроколлоидные частицы в качестве сахара содержат лактозу.

6. Дисперсия по пп.1 - 5, отличающаяся тем, что в качестве анионной добавки она содержит ксантан или лецитин, или каррагинан, или альгинат, или стероиллактилат кальция, или сложные эфиры, или мальтодекстрин.

7. Способ получения водной дисперсии белковых макроколлоидных частиц путем образования водного раствора неденатурированного растворимого белка и последующей его обработки, отличающийся тем, что обработку белкового раствора осуществляют нагреванием при температуре денатурации белка и при рН ниже изоэлектрической точки белка и денатурированный белок подвергают усилиям сдвига со скоростью 7500 с^-1 до получения белковых макроколлоидов с размером частиц 0,1 - 2,0 мкм, имеющих сфероидальную форму при 800-кратном увеличении.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что используют водные растворы альбумина бычьей сыворотки или яичного альбумина, или соевого белка, или белка молочной сыворотки.

9. Способ по пп.7 и 8, отличающийся тем, что нагревание белкового раствора осуществляют при рН, значение которого на 1 единицу рН меньше средней точки изоэлектрической кривой белка.

10. Способ по пп.7 - 9, отличающийся тем, что нагревание белкового раствора осуществляют при 80 - 120^oС.

11. Способ по пп.7 - 10, отличающийся тем, что денатурированный белок подвергают усилием сдвига в течение 10 - 120 с.

12. Пищевой заменитель жира, содержащий водную фазу и микроколлоидные частицы денатурированного белка, отличающийся тем, что указанные частицы имеют в сухом состоянии размеры диаметра 0,1 - 2,0 мкм, причем менее 2% от общего числа частиц имеют диаметр свыше 3,0 мкм, и частицы при 800-кратном увеличении имеют сфероидальную форму при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Макроколлоидные частицы денатурированного белка - 10 - 20
Водная фаза - Остальное
13. Заменитель жира по п. 12, отличающийся тем, что он дополнительно содержит добавки в количестве 0,1 - 10 мас.%.

14. Заменитель жира по пп.12 и 13, отличающийся тем, что он содержит макроколлоидные частицы из белка, выбранного из группы: альбумин бычьей сыворотки, альбумин яичного белка, соевый белок и белок молочной сыворотки.

15. Заменитель жира по пп. 12 и 13, отличающийся тем, что в качестве добавки он содержит сахар.

16. Заменитель жира по пп. 12 - 15, отличающийся тем, что в качестве сахара он содержит лактозу.

17. Заменитель жира по пп. 12 и 13, отличающийся тем, что в качестве добавки он содержит анионную добавку, предотвращающую агрегатирование белковых частиц.

18. Заменитель жира по п.17, отличающийся тем, что в качестве анионной добавки он содержит ксантан или лецитин, или каррагинан, или альгинат, или стероиллактилат кальция, или сложные эфиры, или мальтодекстрин.

19. Способ получения пищевого заменителя жира путем образования водного раствора неденатурированного растворимого белка и последующей его обработки, отличающийся тем, что обработку белкового раствора осуществляют нагреванием при температуре денатурации белка и при рН ниже изоэлектрической точки белка и денатурированный белок подвергают усилиям сдвига со скоростью 7500 с^-1 до получения белковых макроколлоидов с размером частиц 0,1 - 2,0 мкм, имеющих сфероидальную форму при 800-кратном увеличении.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что используют водные растворы альбумина бычьей сыворотки или яичного альбумина, или соевого белка, или белка молочной сыворотки.

21. Способ по пп. 19 и 20, отличающийся тем, что нагревание белкового раствора осуществляют при рН, значение которого на 1 единицу рН меньше средней точки изоэлектрической кривой белка.

22. Способ по пп. 19 - 21, отличающийся тем, что нагревание белкового раствора осуществляют при 80 - 120^oС.

23. Способ по пп.19 - 22, отличающийся тем, что денатурированный белок подвергают усилиям сдвига в течение 10 - 120 с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16