使用氯化钙提取制备豆类蛋白质产品（YP702）.pdf

通过用钙盐水溶液，优选氯化钙溶液提取豆类蛋白质源材料，导致来自蛋白质源的豆类蛋白质溶解并形成豆类蛋白质水溶液，使豆类蛋白质水溶液与残余豆类蛋白质源分离，任选地浓缩豆类蛋白质水溶液并通过使用选择性膜技术维持离子强度基本上恒定，任选地渗滤任选经浓缩的豆类蛋白质溶液，并且任选地干燥任选经浓缩的和任选经渗滤的豆类蛋白质溶液，从豆类蛋白质源材料制备具有至少约60重量％(N×6.25)d.b.蛋白质含量的豆类蛋白质产品，优选含有至少约90重量％(N×6.25)d.b.蛋白质含量的豆类蛋白质分离物。

1.  一种制备豆类蛋白质产品的方法，所述豆类蛋白质产品具有基于干重至少约60重量％(N x 6.25)的豆类蛋白质含量，所述方法包括：
(a)用钙盐水溶液提取豆类蛋白质源，导致来自所述蛋白质源的豆类蛋白质溶解并形成豆类蛋白质水溶液，
(b)使豆类蛋白质水溶液与残余豆类蛋白质源分离，
(c)任选地，浓缩豆类蛋白质水溶液并通过使用选择性膜技术维持离子强度基本上恒定，
(d)任选地，渗滤任选浓缩的豆类蛋白质溶液，和
(e)任选地，干燥任选浓缩和任选渗滤的豆类蛋白质溶液。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中所述钙盐为氯化钙。

3.  根据权利要求2所述的方法，其中所述氯化钙溶液具有约1.0M以下的浓度。

4.  根据权利要求3所述的方法，其中所述氯化钙溶液具有约0.01至约0.15M的浓度。

5.  根据权利要求1所述的方法，其中在约15℃至约65℃的温度实现所述提取步骤。

6.  根据权利要求5所述的方法，其中所述温度为约20°至约35℃。

7.  根据权利要求1所述的方法，其中在约4.5至约11的pH进行所述提取步骤。

8.  根据权利要求7所述的方法，其中所述pH为约5至约7。

9.  根据权利要求1所述的方法，其中所述豆类蛋白质水溶液具有约5至约50g/L的蛋白质浓度。

10.  根据权利要求9所述的方法，其中所述豆类蛋白质水溶液具有约10至约50g/L的蛋白质浓度。

11.  根据权利要求1所述的方法，其中所述钙盐水溶液含有抗氧化剂。

12.  根据权利要求1所述的方法，其中用吸附剂处理所述豆类蛋白质溶液以除去豆类蛋白质水溶液中的有色和/或有味的化合物。

13.  根据权利要求1所述的方法，其中在约15°至约65℃的温度实现豆类蛋白质水溶液与残余豆类蛋白质的分离。

14.  根据权利要求13所述的方法，其中所述温度为约50°至约60℃。

15.  根据权利要求1所述的方法，其中所述豆类蛋白质水溶液被浓缩至约50至约400g/L的蛋白质浓度。

16.  根据权利要求15所述的方法，其中所述豆类蛋白质水溶液被浓缩至约100至约250g/L的蛋白质浓度。

17.  根据权利要求1所述的方法，其中通过使用具有约1000至约1000000道尔顿分子量截留的膜的超滤实现所述浓缩步骤。

18.  根据权利要求17所述的方法，其中通过使用具有约1000至约100000道尔顿分子量截留的膜的超滤实现所述浓缩步骤。

19.  根据权利要求1所述的方法，其中对豆类蛋白质溶液在完成其浓缩之前或之后，使用与提取盐溶液大约相同的pH和大约相等或较低摩尔浓度的钙盐水溶液实现所述渗滤步骤。

20.  根据权利要求19所述的方法，其中使用约1至约40体积的渗滤溶液实现所述渗滤步骤。

21.  根据权利要求20所述的方法，其中使用约2至约25体积的渗滤溶液实现所述渗滤步骤。

22.  根据权利要求19所述的方法，其中使用具有约1000至约1000000道尔顿分子量截留的膜实现所述渗滤。

23.  根据权利要求22所述的方法，其中所述膜具有约1000至约100000道尔顿的分子量截留。

24.  根据权利要求19所述的方法，其中实现所述渗滤直至没有显著的更多量的污垢物或可见颜色存在于渗透物中。

25.  根据权利要求19所述的方法，其中实现所述渗滤直至保留物已被充分纯化，从而在干燥时提供具有至少约90重量％(N x 6.25)d.b蛋白质含量的豆类蛋白质分离物。

26.  根据权利要求19所述的方法，其中在至少部分渗滤步骤期间存在抗氧化剂。

27.  根据权利要求1所述的方法，其中在约2°至约65℃进行所述任选的浓缩步骤和任选的渗滤步骤。

28.  根据权利要求27所述的方法，其中所述温度为约50°至约60℃。

29.  根据权利要求1所述的方法，其中以有助于除去胰蛋白酶抑制剂的方式操作所述浓缩和任选的渗滤步骤。

30.  根据权利要求1所述的方法，其中用吸附剂处理所述任选经浓 缩的和任选经渗滤的豆类蛋白质溶液以除去有色和/或有味的化合物。

31.  根据权利要求1所述的方法，其中在任选的干燥步骤之前，使所述任选经浓缩的和任选经渗滤的豆类蛋白质溶液经历巴氏杀菌步骤。

32.  根据权利要求31所述的方法，其中在约55°至约70℃的温度实现所述巴氏杀菌步骤持续约30秒至约60分钟。

33.  根据权利要求32所述的方法，其中在约60°至约65℃的温度实现所述巴氏杀菌步骤持续约10至约15分钟。

34.  根据权利要求31所述的方法，其中将所述经巴氏杀菌的、任选经浓缩的和任选经渗滤的豆类蛋白质溶液冷却至约15℃至约35℃的温度以用于干燥或进一步加工。

35.  根据权利要求1所述的方法，其中精制所述任选经浓缩的和任选经渗滤的豆类蛋白质溶液以除去残余颗粒。

36.  根据权利要求1所述的方法，其中在任选干燥步骤之前，将所述任选经浓缩的和任选经渗滤的豆类蛋白质溶液的pH调节至约6.0至约8.0。

37.  根据权利要求1所述的方法，其中在任选干燥步骤之前，将部分浓缩的或全部浓缩的和任选经渗滤的豆类蛋白质溶液酸化至pH约1.5至约4.4。

38.  根据权利要求37所述的方法，其中所述pH为约2.0至约4.0。

39.  根据权利要求37所述的方法，其中精制所述经酸化的豆类蛋白质溶液以除去残余颗粒。

40.  根据权利要求37所述的方法，其中在任选干燥步骤之前，使所述经酸化的豆类蛋白质溶液经历热处理步骤以灭活热不稳定抗营养因子。

41.  根据权利要求40所述的方法，其中所述抗营养因子为热不稳定的胰蛋白酶抑制剂。

42.  根据权利要求40所述的方法，其中所述热处理步骤还巴氏杀菌所述蛋白质水溶液。

43.  根据权利要求40所述的方法，其中在约70°至约160℃的温度实现所述热处理持续约10秒至约60分钟。

44.  根据权利要求43所述的方法，其中在约80°至约120℃的温度实现所述热处理持续约10秒至约5分钟。

45.  根据权利要求44所述的方法，其中在约85°至约95℃的温度实现所述热处理持续约30秒至约5分钟。

46.  根据权利要求40所述的方法，其中将所述经热处理的经酸化的豆类蛋白质溶液冷却至约2°至约65℃的温度以用于任选的干燥步骤。

47.  根据权利要求46所述的方法，其中将所述经热处理的经酸化的豆类蛋白质溶液冷却至约20°至约35℃的温度以用于任选的干燥步骤。

48.  根据权利要求40所述的方法，其中精制所述经酸化的豆类蛋白质溶液以除去残余颗粒。

49.  根据权利要求1所述的方法，其中在提取步骤期间存在还原剂以破坏或重排胰蛋白酶抑制剂的二硫键，以达到胰蛋白酶抑制剂活性 的降低。

50.  根据权利要求1所述的方法，其中在任选的浓缩和/或任选的渗滤步骤期间存在还原剂以破坏或重排胰蛋白酶抑制剂的二硫键，以达到胰蛋白酶抑制剂活性的降低。

51.  根据权利要求1所述的方法，其中在干燥之前将还原剂加入至任选经浓缩的和任选经渗滤的豆类蛋白质溶液中和/或将还原剂加入至经干燥的豆类蛋白质产品中以破坏或重排胰蛋白酶抑制剂的二硫键，以达到胰蛋白酶抑制剂活性的降低。

52.  根据权利要求1所述的方法，其中所述豆类蛋白质产品具有约60至约90重量％(N x 6.25)d.b.以下的蛋白质含量并且其为浓缩物。

53.  根据权利要求1所述的方法，其中所述豆类蛋白质产品具有至少约90重量％(N x 6.25)d.b.的蛋白质含量并且其为分离物。

54.  根据权利要求1所述的方法，其中所述豆类蛋白质产品具有至少约100重量％(N x 6.25)d.b.的蛋白质含量。

55.  由根据权利要求1所述的方法制备的豆类蛋白质产品。

56.  一种食品组合物，其包含根据权利要求55所述的豆类蛋白质产品。

57.  根据权利要求56所述的食品组合物，其为溶解了根据权利要求55所述的豆类蛋白质产品的酸性溶液。

58.  根据权利要求57所述的食品组合物，其为饮料。

59.  根据权利要求56所述的食品组合物，其为根据权利要求55所述的豆类蛋白质产品和用于制备掺合物的水溶液的水溶性粉末材料的 掺合物。

60.  根据权利要求59所述的食品组合物，其为饮料粉。

61.  根据权利要求56所述的食品组合物，其为具有接近中性约6至约8的pH，在其中含有根据权利要求55所述的豆类蛋白质产品的溶液。

62.  根据权利要求61所述的食品组合物，其为饮料。

63.  根据权利要求56所述的食品组合物，其为乳品类似物或乳品替代品。

64.  根据权利要求56所述的食品组合物，其为乳品和豆类成分的掺合物。

65.  根据权利要求56所述的食品组合物，其为加工肉类产品。

66.  根据权利要求56所述的食品组合物，其为焙烤食品。

67.  根据权利要求56所述的食品组合物，其为营养棒。

使用氯化钙提取制备豆类蛋白质产品("YP702")
技术领域
本发明涉及豆类蛋白质产品(pulse protein product)的制备。
背景技术
在转让给其受让人并通过引用的形式将其公开内容并入本文的2011年5月9日提交的美国专利申请号13/103,528(美国专利公开号2011-0274797，公开日2011年11月10日)、2011年11月4日提交的美国专利申请号13/289,264(美国专利公开号2012-0135117，公开日2012年5月31日)、2012年7月24日提交的美国专利申请号13/556,357(美国专利公开号2013-0189408，公开日2013年7月25日)和2013年1月7日提交的美国专利申请号13/642,003中，描述了豆类蛋白质产品的制备，所述豆类蛋白质产品具有至少约60重量％(N x 6.25)d.b.，优选至少约90重量％(N x 6.25)d.b.，更优选至少约100重量％(N x 6.25)d.b.的蛋白质含量，其在低pH值下完全可溶，生成热稳定的溶液，优选透明溶液，因此，其可以被用于特别是软饮料和运动饮料，以及其它水性体系的蛋白质强化而无蛋白质沉淀。
其中描述的豆类蛋白质产品具有其它豆类蛋白质产品中未发现的独特的参数组合。该产品在低于约4.4的酸性pH值的水溶液中完全可溶，并且由于pH范围允许产品在水溶液中的热处理，因此其是热稳定的。考虑到该产品的完全可溶性，没有必要添加稳定剂或其它添加剂来维持溶液或混悬液中的蛋白质。
在一个方面中，通过包括如下步骤的方法制备所述豆类蛋白质产品：
(a)用钙盐水溶液，优选氯化钙水溶液提取豆类蛋白质源，导致来自所述蛋白质源的豆类蛋白质溶解并形成豆类蛋白质水溶液，
(b)使豆类蛋白质水溶液与残余豆类蛋白质源分离，
(c)任选地，稀释豆类蛋白质水溶液，
(d)调节豆类蛋白质水溶液的pH至约1.5至约4.4的pH，优选约2至约4的pH，以产生酸化的豆类蛋白质溶液，
(e)任选地，如果所述酸化的豆类蛋白质溶液不澄清，则将其处理澄清，
(f)任选地，浓缩豆类蛋白质水溶液并通过使用选择性膜技术维持离子强度基本上恒定，
(g)任选地，渗滤(diafitering)任选浓缩的豆类蛋白质溶液，和
(h)任选地，干燥任选浓缩和任选渗滤的豆类蛋白质溶液。
优选所述豆类蛋白质产品为具有至少约90重量％，优选至少约100重量％的蛋白质含量的分离物(isolate)。
发明内容
现在已经发现可以通过替代程序来进行豆类蛋白质源的氯化钙提取以提供基本上等价的豆类蛋白质产品，该产品具有至少约60重量％(N x 6.25)d.b.的蛋白质含量，其在低pH下是可溶的并且产生溶液，优选为透明溶液，该溶液在低pH值下是热稳定的，因此，该产品可以被用于特别是软饮料和运动饮料，以及其它水性体系的蛋白质强化而无蛋白质沉淀。所述豆类蛋白质产品优选为具有至少约90重量％(N x 6.25)d.b.，优选至少约100重量％(N x 6.25)d.b.的蛋白质含量的分离物。
在本发明的一个方面中，用氯化钙水溶液在自然pH下提取豆类蛋白质源材料，并且使所得到的豆类蛋白质水溶液经历任选的超滤和任选的渗滤以提供任选浓缩和任选渗滤的豆类蛋白质溶液，其可以被干燥以提供豆类蛋白质产品。
根据本发明的一个方面，提供一种制备豆类蛋白质产品的方法，所述豆类蛋白质产品具有基于干重至少60重量％(N x 6.25)的豆类蛋白质含量，所述方法包括：
(a)用钙盐水溶液，优选氯化钙水溶液提取豆类蛋白质源，导致来自所述蛋白质源的豆类蛋白质溶解并形成豆类蛋白质水溶液，
(b)使豆类蛋白质水溶液与残余豆类蛋白质源分离，
(c)任选地，浓缩豆类蛋白质水溶液并通过使用选择性膜技术维持离 子强度基本上恒定，
(d)任选地，渗滤任选浓缩的豆类蛋白质溶液，和
(e)任选地，干燥任选浓缩和任选渗滤的豆类蛋白质溶液。
所述豆类蛋白质产品优选为具有至少约90重量％(N x 6.25)d.b.，优选至少约100重量％(N x 6.25)d.b.的蛋白质含量的分离物。
在如上所述的程序的一个变体中，可以恰好在任选的干燥步骤之前pH调节蛋白质溶液至约6至约8的pH。该pH调节有助于在具有接近中性的pH的食品应用中使用该产品。
根据本发明的另一方面，提供一种制备豆类蛋白质产品的方法，所述豆类蛋白质产品具有基于干重至少约60重量％(N x 6.25)的豆类蛋白质含量，所述方法包括：
(a)用钙盐水溶液，优选氯化钙水溶液提取豆类蛋白质源，导致来自所述蛋白质源的豆类蛋白质溶解并形成豆类蛋白质水溶液，
(b)使豆类蛋白质水溶液与残余豆类蛋白质源分离，
(c)任选地，浓缩豆类蛋白质水溶液并通过使用选择性膜技术维持离子强度基本上恒定，
(d)任选地，渗滤任选浓缩的豆类蛋白质溶液，
(e)调节任选浓缩和任选渗滤的豆类蛋白质溶液的pH至约6至约8的pH，和
(f)任选地，干燥所得到的溶液。
作为选择地，可以pH调节部分浓缩的或全部浓缩的以及任选渗滤的豆类蛋白质溶液至约1.5至约4.4，优选约2.0至约4.0。可以使酸化的豆类蛋白质溶液经历热处理以灭活热不稳定抗营养因子，例如胰蛋白酶抑制剂。
根据本发明的另一方面，提供一种制备豆类蛋白质产品的方法，所述豆类蛋白质产品具有基于干重至少约60重量％(N x 6.25)的豆类蛋白质含量，所述方法包括：
(a)用钙盐水溶液，优选氯化钙水溶液提取豆类蛋白质源，导致来自所述蛋白质源的豆类蛋白质溶解并形成豆类蛋白质水溶液，
(b)使豆类蛋白质水溶液与残余豆类蛋白质源分离，
(c)任选地，浓缩豆类蛋白质水溶液并通过使用选择性膜技术维持离 子强度基本上恒定，
(d)调节任选部分或全部浓缩的豆类蛋白质溶液的pH至约1.5至约4.4的pH，优选约2.0至约4.0的pH，和
(e)任选地，干燥所得到的溶液。
利用本发明的程序允许选择以自然pH形式制备豆类蛋白质产品。这种无需pH调节步骤而生成的豆类蛋白质产品允许更容易、更安全和更经济的加工处理，因为不需要酸或碱以及它们的处理。另外，该程序允许饮料调配者在考虑到各种酸的不同强度和香味特性后利用他们所选择的酸化剂来酸化蛋白质和饮料。
虽然本发明主要涉及豆类蛋白质分离物的制备，但也预期可以提供具有与豆类蛋白质分离物相似性质的较低纯度的豆类蛋白质产品。这样的较低纯度的产品可以具有至少约60重量％(N x 6.25)d.b.的蛋白质浓度。
本发明的新型豆类蛋白质产品可以与粉末饮品(powdered drinks)掺合，通过将它们溶解在水中来配制水性软饮品或运动饮品。这样的掺合物可以是饮料粉(powdered beverage)。
本文提供的豆类蛋白质产品可以作为其水性溶液的形式提供。优选这样的溶液在低于约4.4的pH值下是透明的并且在这些pH值下是热稳定的。
在本发明的另一方面中，提供一种本文提供的豆类产品的水溶液，其在低pH下是热稳定的。所述水溶液可以是饮料，该饮料可以是其中豆类蛋白质产品完全可溶的、透明的澄清饮料，或者该饮料可以是非透明的饮料例如半透明或不透明的饮料，其中豆类蛋白质产品增加或不增加不透明度。
根据本文方法制备的豆类蛋白质产品不仅适合于酸介质的蛋白质强化，而且可以在蛋白质分离物的多种常规应用中使用，其包括但不限于：加工食品和饮料的蛋白质强化，油的乳化，在焙烤食品中作为成体剂(body former)，以及在俘获气体的产品中作为发泡剂。另外，可以将豆类蛋白质产品制成用于仿肉制品中的蛋白质纤维，也可以将其用作其中蛋清被用作粘合剂的食品中的蛋清替代品或者增量剂(extender)。豆类蛋白质产品可以被用作营养补充剂。豆类蛋白质产 品还可以被用于乳品类似物或乳品替代产品或乳品/豆类掺合物这样的产品。豆类蛋白质产品的其它用途为用于宠物食品、动物饲料和工业、化妆品应用中、以及个人护理产品中。
具体实施方式
提供豆类蛋白质产品的方法的初始步骤涉及溶解来自豆类蛋白质源的豆类蛋白质。本发明可以应用的豆类包括：扁豆、鹰嘴豆、干豌豆和干菜豆。所述豆类蛋白质源可以是豆类或任何衍生自豆类加工的豆类产品或副产品。例如，所述豆类蛋白质源可以是通过研磨任选脱壳的豆类而制备的面粉。作为另一个例子，所述豆类蛋白质源可以是富含蛋白质的豆类部分，其通过脱壳和研磨豆类，然后空气分级经脱壳和研磨的材料成富含淀粉和富含蛋白质的部分而形成。从所述豆类蛋白质源回收的豆类蛋白质产品可以是天然存在于豆类中的蛋白质，或者所述蛋白质材料可以是通过基因操作修饰的，但具有天然蛋白质的典型的疏水性和极性的蛋白质。
尽管可以使用其它的钙盐溶液，但是使用食品级的氯化钙溶液最适合实现来自豆类蛋白质源材料的蛋白质的溶解。当豆类蛋白质产品被用于非食品用途时，可以使用非食品级的化学品。另外，还可以使用其它碱土金属盐，例如镁盐。此外，还可以使用钙盐溶液与其它盐溶液(例如氯化钠)的组合来实现来自豆类蛋白质源的豆类蛋白质的提取。另外，可以使用水或其它盐溶液(例如氯化钠溶液)与钙盐(例如氯化钙)实现来自豆类蛋白质源的豆类蛋白质的提取，随后将钙盐加入至提取步骤产生的豆类蛋白质水溶液中。然后，在后续加工前，除去加入钙盐时形成的沉淀。
随着钙盐溶液浓度的增加，来自豆类蛋白质源的蛋白质的溶解程度初始是增加的，直至达到最大值。之后任何盐浓度的增加均不会增加所溶解的总蛋白质。产生最大蛋白质溶解的钙盐溶液的浓度随着所使用的盐而变化。通常优选利用的浓度值为约1.0M以下，更优选约0.10M至约0.15M的值。
在分批法中，于约1℃至约100℃的温度，优选约15℃至约65℃的温度，更优选约20℃至约35℃的温度实现蛋白质的盐溶解，优选伴 随着搅拌以减少溶解时间，所述溶解时间通常为约1至约60分钟。优选实现溶解以实质上提取来自豆类蛋白质源的可行的尽可能多的蛋白质，以提供整体高的产品收率。
在连续法中，依据符合实现来自豆类蛋白质源的豆类蛋白质的连续提取的任何方式进行来自豆类蛋白质源的豆类蛋白质的提取。在一个实施方案中，所述豆类蛋白质源连续不断地与钙盐溶液混合，并且通过具有一定长度的管子或导管，以一定的流速传递混合物，所述流速能够提供足以实现根据本文描述的参数的所需提取的保留时间。在这样的连续程序中，在约1分钟至约60分钟的时间内实现盐溶解步骤，优选实现溶解以实质上提取来自豆类蛋白质源的可行的尽可能多的蛋白质。于约1℃至约100℃的温度，优选约15℃至约65℃的温度，更优选约20℃至约35℃的温度实现在连续程序中的溶解。
通常在约4.5至约11的pH，优选约5至约7的pH进行提取。如果必要，可以通过使用根据需要的任何适宜的酸(通常为盐酸)或碱(通常为氢氧化钠)来调节提取体系(豆类蛋白质源和钙盐溶液)的pH至约4.5至约11范围内的任何所需值，用于提取步骤。
溶解步骤期间钙盐溶液中的豆类蛋白质源的浓度可以宽泛变化。典型的浓度值为约5至约15％w/v。
由提取步骤得到的蛋白质溶液通常具有约5至约50g/L，优选约10至约50g/L的蛋白质浓度。
使用盐水溶液的蛋白质提取步骤具有另外的溶解蛋白质可能存在于豆类蛋白质源中的脂肪的作用，其然后使得脂肪存在于水相中。
所述钙盐水溶液可以含有抗氧化剂。所述抗氧化剂可以是任何适宜的抗氧化剂，例如亚硫酸钠或抗坏血酸。所采用的抗氧化剂的量可以从溶液的约0.01至约1重量％变化，优选为约0.05重量％。所述抗氧化剂用来抑制蛋白质溶液中任何酚类物质的氧化。
然后，以任何适宜的方式，例如通过采用滗析离心机，然后是碟片式离心和/或过滤，使由提取步骤得到的水相与残余豆类蛋白质源分离，以除去残余豆类蛋白质源材料。可以在约1℃至约100℃，优选约15℃至约65℃，更优选约50℃至约60℃范围内的任何温度进行所述分离步骤。被分离的残余豆类蛋白质源可以被干燥用于处理或进一步加 工，例如用来回收淀粉和/或残余蛋白质。可以通过使用新鲜的钙盐溶液再提取被分离的残余豆类蛋白质源来回收残余蛋白质，并且将澄清化后所得到的蛋白质溶液与初始蛋白质溶液组合用于如下描述的进一步的加工。作为选择地，可以通过常规等电点沉淀法或任何其它适宜的程序来加工被分离的残余豆类蛋白质源以回收残余蛋白质。
可以使用抗发泡剂，例如任何适当的食品级的、非硅酮基的抗发泡剂来处理豆类蛋白质水溶液，以减少进一步加工时形成的泡沫的体积。所采用的抗发泡剂的量通常为约0.0003％w/v以上。作为选择地，在所描述量内的抗发泡剂被加入至提取步骤中。
如果需要，可以按照转让给其受让人并通过引用的形式将其公开内容并入本文的美国专利号5,844,086和6,005,076所描述的内容，使被分离的豆类蛋白质水溶液经历脱脂操作。作为选择地，可以通过任何其它适宜的程序实现被分离的豆类蛋白质水溶液的脱脂。
可以使用吸附剂，例如粉末活性炭或颗粒活性炭来处理所述豆类蛋白质水溶液，以除去有色和/或有味的化合物。可以在任何适宜的条件下，通常在被分离的蛋白质水溶液的环境温度下，进行该吸附剂处理。对于粉末活性炭，采用约0.025％至约5％w/v的量，优选约0.05％至约2％w/v的量。可以通过任何适宜的手段，例如过滤从豆类溶液中除去吸附剂。
如果是充分纯的，则所得到的豆类蛋白质水溶液可以直接被干燥以生产豆类蛋白质产品。为了降低杂质含量，可以在干燥前加工豆类蛋白质水溶液。
可以浓缩豆类蛋白质水溶液以增加其蛋白质浓度同时维持其离子强度基本上恒定。通常实现这样的浓缩以提供浓缩的豆类蛋白质溶液，其具有约50至约400g/L，优选约100至约250g/L的蛋白质浓度。
可以符合分批操作或连续操作的任何适宜的方式实现浓缩步骤，例如通过采用任何适宜的选择性膜技术，例如超滤或渗滤，考虑到不同膜的材料和结构，使用具有合适的分子量截留例如约1000至约1000000道尔顿，优选约1000至约100000道尔顿的膜，例如中空纤维膜或卷式膜，并且对于连续操作，设定规格以允许所需浓度程度的蛋白质水溶液穿过膜。
众所周知，超滤以及类似的选择性膜技术允许低分子量的物质穿过同时防止较高分子量的物质穿过。所述低分子量的物质不仅包括食品级盐的离子物质，还包括从原材料提取的低分子量材料，例如碳水化合物、色素、低分子量蛋白质和其自身即为低分子量蛋白质的抗营养因子例如胰蛋白酶抑制剂。考虑到不同膜的材料和结构，通常选择膜的分子量截留以确保溶液中显著比例的蛋白质的保留，同时允许污垢物穿过。
然后可以使浓缩的豆类蛋白质溶液经历使用钙盐溶液例如氯化钙溶液，在作为提取溶液的钙盐的相同pH和相同浓度下的渗滤步骤。如果需要减少渗余物的盐含量，采用的渗滤溶液可以是在相同pH的钙盐水溶液，但其相比于提取溶液具有更低的盐浓度。然而，必须选择渗滤溶液的盐浓度使得在保留物(retentate)中的盐水平保持足够高，以维持所需的蛋白质溶解度。如所提及的，渗滤溶液优选在与被渗滤的蛋白质溶液相等的pH。可以使用任何适宜的酸例如盐酸或磷酸，或碱例如氢氧化钠来调节渗滤溶液的pH。可以使用约1至约40体积的渗滤溶液，优选约2至约25体积的渗滤溶液来实现这样的渗滤。在该渗滤操作中，通过穿过渗透膜将更多量的污垢物从豆类蛋白质水溶液中除去。可以实现该渗滤操作直至没有显著的更多量的污垢物或可见颜色存在于渗透物(permeate)中，或者直至保留物已被充分纯化，从而在干燥时提供具有所需蛋白质含量的豆类蛋白质产品，优选具有基于干重至少约90重量％的蛋白质含量的分离物。可以使用与浓缩步骤相同的膜来实现这样的渗滤。然而，如果需要，考虑到不同膜的材料和构造，可以使用单独的具有不同的分子量截留的膜实现该渗滤步骤，例如具有约1000至约1000000道尔顿，优选约1000至约100000道尔顿范围内的分子量截留的膜。
作为选择地，可以如上所述在浓缩前对蛋白质水溶液应用渗滤步骤或者对部分浓缩的蛋白质水溶液应用渗滤步骤。当在浓缩前应用渗滤或者对部分浓缩溶液应用渗滤时，然后可以另外浓缩所得到的经渗滤的溶液。
本文可以实现所述浓缩步骤和渗滤步骤以使得：通过干燥浓缩的和渗滤的蛋白质溶液而随后回收的豆类蛋白质产品含有约90重量％以 下的蛋白质(N x 6.25)d.b.，例如至少约重量60重量％的蛋白质(N x 6.25)d.b.。通过部分浓缩和/或部分渗滤豆类蛋白质水溶液，能够仅部分除去污垢物。然后可以干燥该蛋白质溶液以提供较低水平纯度的豆类蛋白质产品。该豆类蛋白质产品在酸性条件下仍然可溶。
在至少部分渗滤步骤期间，在渗滤介质中可以存在抗氧剂。所述抗氧剂可以是任何适宜的抗氧剂，例如亚硫酸钠或抗坏血酸。渗滤介质中所采用的抗氧剂的量取决于所采用的材料，并且从约0.01至约1重量％变化，优选约0.05重量％。抗氧剂有助于抑制存在于豆类蛋白质溶液中的任何酚类物质的氧化。
可以在任何适宜的温度下，通常约2°至约65℃，优选约50°至约60℃实现任选的浓缩步骤和任选的渗滤步骤，并且其持续时间为实现所需浓缩和渗滤程度的时间。在某种程度上，所使用的温度和其它条件取决于用于实现膜加工的膜设备、所需的溶液的蛋白质浓度和除去渗透物中污垢物的效率。
豆类含有抗营养胰蛋白酶抑制剂。可以通过操纵各种加工变量来控制最终豆类蛋白质产品中胰蛋白酶抑制剂的活性水平。
例如，可以有利于除去渗透物中的胰蛋白酶抑制剂和其它污垢物的方式操作所述浓缩和/或渗滤步骤。通过使用更大孔径的膜例如约30000至约1000000道尔顿，在升高的温度下例如30°至约65℃，优选约50°至约60℃操作膜，并且采用更大体积例如约10至约40体积的渗滤介质，促进胰蛋白酶抑制剂的去除。
另外，可以通过将豆类材料暴露于破坏或重排抑制剂的二硫键的还原剂来达到胰蛋白酶抑制剂活性的降低。合适的还原剂包括亚硫酸钠、半胱氨酸和N-乙酰半胱氨酸。
可以整个过程的各种阶段实现这样的还原剂的添加。例如，还原剂可以在提取步骤中与豆类蛋白质源材料一起添加，可以添加至除去残余豆类蛋白质源材料后的澄清的豆类蛋白质水溶液中，可以添加至渗滤之前或之后的浓缩的蛋白质溶液中，或者可以与经干燥的豆类蛋白质产品干混在一起。还原剂的添加可以与如上所述的膜加工步骤相结合。
如果希望保持蛋白质溶液中的活性胰蛋白酶抑制剂，可以通过利 用具有较小孔径的浓缩和/或渗滤膜，在较低温度下操作该膜，采用较少体积的渗滤介质和不采用还原剂来达到该目的。
如果需要，可以如美国专利号5,844,086和6,005,076所述，使任选浓缩和任选渗滤的蛋白质溶液经历进一步的脱脂操作。作为选择地，可以通过任何其它适宜的程序达到任选浓缩和任选渗滤的蛋白质溶液的脱脂。
可以用吸附剂例如粉末活性炭或颗粒活性炭处理任选浓缩和任选渗滤的蛋白质水溶液，以除去有色和/或有味的化合物。可以在任何适宜的条件下，通常在蛋白质水溶液的环境温度下进行该吸附剂处理。对于粉末活性炭，采用约0.025％至约5％w/v的量，优选约0.05％至约2％w/v的量。可以通过任何适宜的手段，例如通过过滤从豆类蛋白质溶液中除去所述吸附剂。
可以使由任选脱脂和任选吸附剂处理步骤中得到的任选浓缩和任选渗滤的豆类蛋白质溶液经历巴氏杀菌步骤以减少微生物负载。可以在任何所需的巴氏杀菌条件下实现该巴氏杀菌。通常，将任选浓缩和任选渗滤的豆类蛋白质溶液加热至约55°至约70℃，优选约60°至约65℃，持续约30秒至约60分钟，优选约10至约15分钟。然后可以冷却经巴氏杀菌的豆类蛋白质溶液以用于干燥和进一步的加工，优选约15°至约35℃进行。
如果需要，可以通过任何适宜的手段，例如通过过滤来精制任选浓缩和任选渗滤的豆类蛋白质溶液，以除去任何残余微粒。
根据本发明的一个方面，可以通过任何适宜的技术，例如喷雾干燥或冷冻干燥来干燥任选浓缩和任选渗滤的豆类蛋白质水溶液，以得到豆类蛋白质产品。所述豆类蛋白质产品具有低植酸含量，通常在约1.5重量％d.b.以下。
根据本发明的另一个方面，可以通过添加任何适宜的碱，通常为氢氧化钠来调节任选浓缩和任选渗滤的豆类蛋白质水溶液的pH至约6.0至约8.0。然后可以干燥所得到的经pH调节的蛋白质溶液。作为选择地，可以调节部分浓缩或全部浓缩的和任选渗滤的豆类蛋白质溶液的pH至约1.5至约4.4，优选约2.0至约4.0。可以任何适宜的方式，例如通过添加盐酸或磷酸来实现pH的调节。可以如上所述地精制所得 到的经酸化的豆类蛋白质溶液，然后可以进行干燥。作为另一种选择，可以使经酸化的豆类蛋白质溶液经历加热处理以灭活热不稳定抗营养因子，例如如上所提及的胰蛋白酶抑制剂。这样的加热步骤还提供降低微生物负载的另一益处。通常，将所述蛋白质溶液加热至约70°至约160℃的温度持续约10秒至约60分钟，优选约80°至约120℃的温度持续约10秒至约5分钟，更优选约85°至约95℃的温度持续约30秒至约5分钟。然后可以将经加热处理的经酸化的豆类蛋白质溶液冷却至约2℃至约65℃的温度，优选20°至约35℃的温度。可以如上所述地精制所得到的经酸化的、经加热处理的豆类蛋白质溶液，然后可以进行干燥。
本文制备的豆类蛋白质产品在酸的水性环境中可溶，使得该产品理想地用于掺入酸性饮料(碳酸或非碳酸饮料)中，以提供在其中的蛋白质强化。这样的饮料具有宽范围的酸性pH值，范围从约2.5至约5。本文提供的豆类蛋白质产品可以任何适宜的量添加至这样的饮料中，以提供该饮料的蛋白质强化，例如每份至少约5g的豆类蛋白质。所添加的豆类蛋白质产品溶解于饮料中并在热加工后仍然可溶。
可以在通过溶解于水中重构饮料之前将豆类蛋白质产品与固体饮料掺合。
在某些情况下，当存在于饮料中的组分可能不利地影响本发明组合物保持溶解在饮料中的能力时，可能有必要修饰饮料的常规剂型以接受本发明的组合物。
本文制备的豆类蛋白质产品还可以被用于接近中性pH值约6至约8的溶液中。这样的豆类蛋白质产品的水溶液可以是饮料。还可以在任何食品应用的生产中采用在接近中性pH制备的豆类蛋白质产品的水溶液，所述食品应用利用接近中性pH的溶液中的蛋白质产品，例如基于植物的乳品类似物或替代品，例如豆乳型饮料或豆类冰淇淋样冷冻甜点，或者含有乳品和植物成分的混合物的乳品型产品。
除了如上提及的食品应用，还可以在多种其它食品应用例如营养棒、加工肉类和焙烤食品中利用本文制备的豆类蛋白质产品。
实施例
实施例1
该实施例阐明在天然pH下经膜加工的豌豆蛋白质分离物的制备。
于60℃，将由研磨黄豌豆制得的空气分级面粉制备的豌豆蛋白质浓缩物30kg加入至300L 0.15M CaCl₂溶液中并振摇30分钟以提供蛋白质水溶液。除去残余豌豆蛋白质浓缩物并通过离心和过滤使得到的蛋白质溶液澄清，以制备具有3.14重量％蛋白质含量的溶液。
通过在具有10000道尔顿分子量截留的PES膜上的浓缩将经过滤的蛋白质溶液的体积从225L减少至60L，在约51℃的温度进行操作。使用600L 0.075M CaCl₂渗滤经浓缩的蛋白质溶液，所述渗滤操作在约59℃的温度进行。所得到的经渗滤的、经浓缩的蛋白质溶液具有61.64kg的重量，9.08重量％的蛋白质含量，并且代表经过滤的蛋白质溶液的79.2重量％的收率。喷雾干燥经渗滤的、经浓缩的蛋白质溶液以得到具有95.67重量％(N x 6.25)d.b蛋白质含量的产品。所述产品被命名为YP03-L08-11A YP702。
实施例2
该实施例阐明通过实施例1和8(见下)的方法制备的溶液和干粉形式的豌豆蛋白质分离物的颜色。
通过溶解足够多的蛋白质粉末制备YP03-L08-11A YP702的溶液，以提供15ml RO水中0.48g蛋白质，使用以传输模式(transmission mode)操作的HunterLab ColorQuest XE仪器，评估颜色和澄清度。还用pH计测量pH。
下表1中列出pH值、颜色和澄清度值。
表1-YP03-L08-11A YP702溶液的pH和HunterLab读数

还使用反射模式的HunterLab ColorQuest XE仪器评估干粉的颜色。下表2列出色值。
表2-YP03-L08-11A YP702干粉的HunterLab读数

从表2可以看出，YP702干粉的颜色很浅。
实施例3
该实施例包括通过实施例1的方法制备的豌豆蛋白质分离物在pH 3的水中的热稳定性的评价。
制备2％w/v的YP03-L08-11A YP702蛋白质水溶液并使用稀盐酸将pH调节至3。通过使用HunterLab ColorQuest XE仪器的雾度(haze)测量评估该蛋白质溶液的澄清度。然后将溶液加热至95℃，在该温度保持30秒，随后立即在冰水浴中冷却至室温。然后再次测量经加热处理的溶液的澄清度。
加热之前和之后的蛋白质溶液的澄清度列于下表3。
表3-热处理对pH 3YP03-L08-11A YP702溶液的澄清度的影响

从表3的结果可以看出，热处理没有损害样品的澄清度。实际上，热处理降低样品中的雾度水平。
实施例4
该实施例包括通过实施例1的方法制备的豌豆蛋白质分离物在水中的溶解度的评价。基于蛋白质溶解度(被称为蛋白质法，Morr等人,J.Food Sci.50:1715-1718的程序的一个修饰版本)和总产品溶解度(被称为制粒法)测试了溶解度。
在烧杯中称取用于提供0.5g蛋白质的足够多的蛋白质粉末，然后加入少量反渗(RO)纯化水并且搅拌混合物直至形成细腻的糊状物。然后加入另外的水以使体积达到约45ml。然后使用磁力搅拌器缓慢搅拌烧杯内容物60分钟。在分散蛋白质后立即测定pH并用稀NaOH或稀盐酸将其调节至适当水平(2、3、4、5、6或7)。在天然pH再制备一份样品。对于经pH调节的样品，在60分钟的搅拌期间测量pH并定期矫正pH。60分钟搅拌后，用RO水将样品制成50ml的总体积，得到1％w/v的蛋白质分散液。通过使用Leco Truspec N氮测定器的燃烧分析测量该分散液的蛋白质含量。然后将等分(20ml)的分散液转移至预称重的离心管中(该离心管在100℃烘箱中干燥过夜然后在干燥器中冷却)并将离心管加塞。于7800g离心样品10分钟，沉淀出不溶材料并获得上清液。通过燃烧分析测量上清液的蛋白质含量，然后弃去上清液和管塞，并于100℃的烘箱中干燥颗粒材料过夜。次日早 晨将管转移至干燥器中并使其冷却。记录干燥颗粒材料的重量。通过用所使用的粉末重量乘以因子((100-粉末含水量(％))/100)计算初始蛋白质粉末的干重。然后用两种不同的方法计算产品的溶解度：
1)溶解度(蛋白质法)(％)＝(上清液中的蛋白质％/初始分散液中的蛋白质％)x 100
2)溶解度(制粒法(pellet method))(％)＝(1-(不溶颗粒材料干重/((20ml分散液的重量/50ml分散液的重量)x初始蛋白质粉末干重)))x 100
计算超过100％的值表示为100％。
实施例1中制备的蛋白质分离物在水中(1％蛋白质)的天然pH为5.79。
下表4和5中列出得到的溶解度的结果。
表4-基于蛋白质法的不同pH值下的YP03-L08-11A YP702溶解度

表5-基于制粒法的不同pH值下的YP03-L08-11A YP702溶解度

从表4和5的结果可以看出，YP702产品在pH2至4的范围内极易溶。
实施例5
该实施例包括通过实施例1的方法制备的豌豆蛋白质分离物在水中的澄清度的评价。
通过测量600nm处的吸光度(水作为空白)来评估如实施例4所述制备的1％w/v蛋白质分散液的澄清度，越低的吸光度值表明越高的澄清度。在传输模式的HunterLab ColorQuest XE仪器上的样品分析也提供百分雾度读数——另一种澄清度的测量法。
下表6和7列出澄清度结果。
表6-由A600评估的不同pH值下的YP03-L08-11A YP702溶液的澄清度

表7-由HunterLab分析评估的不同pH值下的YP03-L08-11A YP702溶液的澄清度

从表6和表7的结果可以看出，溶液不是澄清的，但是在最低pH值下观察到了最低的雾度读数。
实施例6
该实施例包括通过实施例1的方法制备的豌豆蛋白质在软饮品和运动饮品中的蛋白质溶解度的评价。通过无pH矫正将蛋白质加入至饮料中，此外将蛋白质强化的饮料pH调节至原始饮料的水平来测定溶解度。
当在无pH矫正下评估溶解度时，烧杯中称取用于提供1g蛋白质的足够量的蛋白质粉末，加入少量的饮料，并搅拌直至形成细腻的糊状物。加入另外的饮料使体积达到50ml，然后在磁力搅拌器上将溶液缓慢搅拌60分钟，得到2％w/v蛋白质分散液。通过使用LECO TruSpec N氮测定器的燃烧分析测定样品的蛋白质含量，然后于7800g离心等分的含蛋白质的饮料10分钟并测量上清液的蛋白质含量。
溶解度(％)＝(上清液中的蛋白质％/初始分散液中的蛋白质％)x 100
当在pH矫正下评估溶解度时，测量无蛋白质下的软饮品(Sprite)的pH(3.37)和运动饮品(Orange Gatorade)的pH(3.07)。在烧杯中称取用于提供1g蛋白质的足够量的蛋白质粉末并加入少量饮料，搅拌直至形成细腻的糊状物。加入将另外的饮料使体积达到约45ml，然后在磁力搅拌器上将溶液缓慢搅拌60分钟。在分散蛋白质后立即测定含蛋白质饮料的pH并在必要时使用HCl或NaOH溶液将pH调节至原始无蛋白质的pH。在60分钟的搅拌期间测量pH并定期矫正。60分钟搅拌结束后，用另外的饮料使每种溶液的总体积达到50ml，得到2％w/v蛋白质分散液。通过使用Leco TruSpec N氮测定器的燃烧分析 测定样品的蛋白质含量，然后于7800g离心等分的含蛋白质的饮料10分钟并测量上清液的蛋白质含量。
溶解度(％)＝(上清液中的蛋白质％/初始分散液中的蛋白质％)x 100
下表8中列出了获得的结果。
表8-Sprite和Orange Gatorade中YP03-L08-11A YP702的溶解度

从表8的结果可知，YP702蛋白质在Sprite和Orange Gatorade中均极易溶。需注意的是YP03-L08-11A YP702在水中具有接近中性的天然pH，但是未矫正的饮料样品的稍高的pH似乎对溶解度影响很小。
实施例7
该实施例包括通过实施例1的方法制备的豌豆蛋白质分离物在软饮品和运动饮品中的澄清度的评价。
使用实施例5描述的HunterLab方法评估实施例6中制备的2％w/v蛋白质分散液在软饮品(Sprite)和运动饮品(Orange Gatorade)中的澄清度。
下表9列出了获得的结果。
表9-Sprite和Orange Gatorade中YP702的HunterLab雾度读数

从表9的结果可知，尽管具有出色的蛋白质溶解度，YP03-L08-11A YP702仍然对Sprite和Orange Gatorade的雾度有贡献。矫正pH仅轻微降低雾度水平。
实施例8
该实施例阐明天然pH下经膜加工的，但具有90％d.b以下蛋白质 含量的豌豆蛋白质产品的制备。
于环境温度将48kg黄豌豆面粉加入至300L RO水中并振摇30分钟以提供蛋白质水溶液。通过离心除去大部分耗费的黄豌豆面粉，以提供部分澄清的蛋白质溶液。向部分澄清的蛋白质溶液中加入6.84kg氯化钙溶液，该氯化钙溶液以1kg氯化钙:2L水的比例混合干燥氯化钙和RO水而制备，将样品另外混合15分钟。氯化钙溶液的添加导致沉淀的形成。加入氯化钙后的蛋白质溶液的电导率为12.37mS。使溶液的温度升温至约50℃，然后通过离心使250L体积和2.75重量％蛋白质含量的样品澄清，以提供具有1.53重量％蛋白质含量的溶液。
通过在具有3000道尔顿分子量截留的PES膜上的浓缩将经澄清的蛋白质溶液的体积从225L减少至24.95kg，在约52℃的温度进行操作。以蛋白质溶液的29.5％的收率回收具有8.13重量％蛋白质含量的经浓缩的蛋白质溶液，所述蛋白质溶液离心以除去由于添加氯化钙而形成的沉淀。喷雾干燥经浓缩的蛋白质溶液以得到具有78.88重量％(N x 6.25)d.b蛋白质含量的产品。所述产品被命名为YP03-F28-12A YP702。
实施例9
该实施例包括通过实施例1和8的方法制备的豌豆蛋白质产品的植酸含量的评价。使用Latta和Eskin(J.Agric.Food Chem.,28:1313-1315)的方法测定植酸含量。
产品的植酸含量示于表10。
表10-蛋白质产品的植酸含量

从表10呈现的结果可知，豌豆蛋白质产品具有非常低的植酸含量。
公开内容的总结
总之，本发明提供基于使用氯化钙水溶液从源材料提取豆类蛋白质的替代方法，以获得在酸性介质中可溶的且在其中形成热稳定溶液的豆类蛋白质产品。这些修饰能够包含在本发明的范围内。