蛋白组合物以及由肌肉源分离蛋白组合物的方法

专利名称：蛋白组合物以及由肌肉源分离蛋白组合物的方法
相关申请的引用本申请是1997年2月12日申请的申请序列第08/797,929号的部分继续，而后一申请又是1996年12月21日申请的临时申请序列第60/034,351号的部分继续。
本发明是在政府支持下完成(美国商业部(NOAA)给予的拨款NA90AA-D-SG24)。政府在本发明中拥有某些权利。
背景技术：
1.发明领域本发明涉及从动物肌肉源回收功能特性改善的蛋白的方法，以及这样获得的蛋白制品。更具体地说，本发明涉及从动物来源回收功能特性改善的肌肉蛋白的方法，以及这样获得的蛋白制品。2.在先技术的描述由于肌肉蛋白的功能和营养特性，现在人们对扩展肌肉蛋白作为食品的用途感兴趣。更好地使用这些材料对由于已经损失了蛋白功能性而价值降低的已排酸的(aged)或冰冻的原料特别重要。目前人们相信在目前的工艺中用作进料的肌肉组织必须是新鲜的，而不是冰冻或已排酸的。通用的商业习惯做法是海上直接在船上加工新鲜捕获的鱼，而不是让鱼承受为实现在陆地上加工而必需的运输时间以及冰冻。鱼的排酸或冰冻降低了组织蛋白的功能品质。食品学家最关心的蛋白功能性是溶解度、持水容量、胶凝作用、脂肪结合能力、泡沫稳定和乳化特性。
已经通过水解制造出得自肌肉组织，特别是得自鱼的蛋白浓缩物。这种方法改善了一些功能特性，特别是溶解度，这使得其能在预制的汤中使用。然而，这种方法也破坏了其它功能特性，如胶凝能力。
一种已经在稳定蛋白食品上取得一些成功的方法是制造“鱼浆”的方法。虽然有一些尝试试图由其它原料，如机械去骨的家禽碎肉制造鱼浆样制品，但这种常规方法主要应用于鱼。在生产鱼浆的过程中，切碎新鲜肌肉，并用若干量的水洗若干次。这取决于工厂的位置以及由特定物种所要得到的制品。可以以一定比例使用水，该比例低至约2份水比1份鱼，高至每1份鱼约5份水；一般是每1份鱼用约3份水。洗涤次数一般可以从2到5变化，这也取决于原料、所需制品以及水的可得性。当用水洗涤碎肉时，百分之二十到三十的鱼肌肉蛋白溶解。通常不从该方法的洗涤水中回收这些已知是肌质蛋白的可溶蛋白。由于肌质蛋白可用作食物，因此这种损失是不希望有的。然后将洗涤过的含有固态蛋白的切碎制品用于制造蛋白凝胶。这种方法最初在日本用于生产“蒲鉾”。“蒲鉾”是一种受欢迎的鱼香肠，在其制造过程中加热洗涤过的鱼糜直至胶凝。目前人们相信在冰冻洗涤过的鱼糜之前，有必要加入防冻剂以防止蛋白变性。典型的防冻剂混合物包含约4％蔗糖、约4％山梨糖醇和约0.2％三聚磷酸钠。这些成分延缓在冰冻、冻存和解冻过程中的蛋白变性。
Cuq等人，Journal of Food Science，第1369-1374页(1995)提出以鱼肌原纤维蛋白为原料提供可食包装薄膜。在制造这种薄膜的过程中，将水洗过的鱼浆中的蛋白溶解于pH3.0的乙酸水溶液中直至2％蛋白的终浓度。在该项工作中，还未曾尝试重新调节酸化蛋白的pH值，以重新建立在高于约5.5的pH值所获得的功能特性。此外，乙酸的使用给予材料一种很浓的味道，这严重限制它在食品中的使用。
Shahidi和Onodenalore，Food Chemistry，53(1995)51-54也已经提出如下处理去骨的完整毛鳞鱼在水中洗涤，然后在0.5％氯化钠中洗涤，接着在碳酸氢钠中洗涤。这一系列洗涤，包括用碳酸氢钠洗涤，将除去50％以上的肌肉蛋白。基本上所有的肌质蛋白都会被除去。进一步洗涤最终剩余物以除去残留的碳酸氢盐。然后将洗过的肉悬浮于冷水中并在70℃加热15分钟。这种热处理足以“蒸煮”所述鱼蛋白，因此使它们变性并减少或消除它们的功能特性。还未曾尝试恢复蛋白以改善毛鳞鱼蛋白的功能特性。
Shahidi和Venugopal，Journal of Agricultural and Food Chemistry42(1994)1440-1448公开了处理大西洋鲱(Atlantic herring)的一种方法在水中洗，然后用碳酸氢钠水溶液洗。同样，这种方法除去了50％以上的肌肉蛋白，包括肌质蛋白。匀浆洗过的肉，并用乙酸将pH调至3.5到4.0之间。此外，这里有由于使用挥发性的乙酸而引起的无法接受的气味的问题。
Venugopal和Shahidi，Journal of Food Science，59，2(1994)265-268,276也公开了处理切碎的大西洋鲭(Atlantic mackerel)的类似方法。将所述材料用水、碳酸氢盐溶液、然后又是水顺序洗涤。匀浆后用乙酸将pH调至pH3.5。在加热所述材料到100℃15分钟的过程中，蛋白在高于4的pH值下沉淀。据透露“溶解鱼肌肉的结构蛋白需要离子强度＞0.3的提取剂”。
Shahidi和Venugopal，Meat Focus International，1993年10月，第443-445页公开了在pH低至约3.0的水性液体中形成匀浆后的鲱、鲭分散物或毛鳞鱼分散物的方法。据报道乙酸降低了鲱分散物的粘度，增加鲭分散物的粘度使之形成凝胶，并使毛鳞鱼分散物沉淀。所有这些制备物开始都用水和碳酸氢钠洗涤，这将除去相当一部分蛋白，包括肌质蛋白。
Chawla等人，Journal of Food science，第61卷，第2期，第362-366页，1996公开了一种方法，该方法用于处理已经用水洗了两次并通过过滤回收的切碎的threadfin bream肌肉。将切碎的鱼制品与酒石酸、乳酸、乙酸或柠檬酸混合，静置，然后在沸水浴中加热20分钟，接着冷却以形成凝胶。这种热处理足以变性蛋白。洗涤步骤并非所愿地从糜中除去了可溶的肌质蛋白。同时公开了未洗过的糜不能提供鱼浆所需的凝胶形成特性。
Onodenalore等人，Journal of Aquatic Food Products Technology，第5(4)卷，第43-59页公开了切碎的鲨鱼肌肉是酸化蛋白组合物的一种来源。切碎的制品用氯化钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、然后水顺序洗涤，以除去代谢物质。这种洗涤并非所愿地除去了肌质蛋白。通过过滤回收切碎的制品。然后将切碎的制品用乙酸酸化至pH3.5，在沸水浴中加热，冷却并离心回收上清液。用NaOH将上清液的pH调至pH4-10，在沸水浴中加热，冷却并离心回收第二种上清液。加热包含切碎的制品的蛋白分散物导致87-94％的蛋白留在溶液中，而加热未酸化的蛋白分散物却导致蛋白凝固。然而，加热导致蛋白变性。
因此，可能理想的是提供一种方法，以从动物来源，包括冰冻或已排酸的动物来源中回收大部分可利用肌肉蛋白，而不需要新鲜的肌肉组织来源。也可能理想的是提供这样一种方法该方法允许使用目前利用不足的肌肉蛋白源，如冰冻或已排酸的鱼作为食物源。此外，可能理想的是提供这样一种方法，该方法从加工原料中回收基本上所有的蛋白成分。另外，可能理想的是提供这样一种方法，该方法生产对于人类消费特别有用的稳定、有功能的蛋白制品。这样一种方法将允许任意地进行作业，而不要求在处死动物来源后立即开始所述加工，以便加工可以按所需的时间表延期。
发明简述本发明基于我们新发现的肌肉组织的肌原纤维蛋白和肌质蛋白的特性，这些特性允许在低于约3.5的低pH下对它们进行加工。如在溶解绝大部分、最好是基本上所有可利用蛋白的pH下，通过与足量水一起切碎或匀浆，破裂肌肉组织(鱼或肉)以形成颗粒。溶解在低于约3.5的低pH下产生，但该pH不要低得产生蛋白的大量破坏，最好是位于约2.5和约3.5之间。在溶解步骤中，肌原纤维和肌节组织结构基本上完全被转变为溶解的蛋白，以致于如下所述获得的最终制品基本不含肌原纤维和肌节组织结构。这种方法与制造鱼浆的常规方法的不同之处在于在常规方法中，大部分肌原纤维蛋白从未溶解。在制造鱼浆的常规方法中，肌原纤维蛋白仅仅被洗到水中或被洗到调至微碱性(以除去水溶性材料，导致制品质量下降)的水中。不幸的是，这种常规方法也除去了可溶于水的肌质蛋白。
在本发明的一个可选实施方案中，可以将破碎的肌肉组织与一种水溶液混合，产生的pH一般约为5.0到约5.5之间，以提供在随后的低pH处理步骤中可以更容易地处理以溶解蛋白、产生粘度足够低的溶液(即非凝胶)的肌肉颗粒悬浮液，以便可以容易地加工。通过在约5.0和约5.5之间的pH实施这个可选的预备步骤，可以获得蛋白不吸收过多浓度水的均匀悬浮液。因此，加工的水体积减少，这部分水必须处理以获得在后续溶解步骤中所需的更低的pH。
然后处理从低pH处理步骤得到的溶解的蛋白材料，如通过提高其pH到约5.0和约5.5之间、加入盐、加入盐以及提高pH的组合、使用共沉淀剂如多糖聚合物等等，以回收不溶的蛋白制品，所述蛋白制品包含最初的肌肉组织处理原料中起始肌肉组织蛋白的肌原纤维蛋白和大比例的肌质蛋白。所述蛋白制品可以包含最初的动物组织加工进料中存在的膜蛋白。同时，正如上文所陈述的，沉淀的蛋白基本上不含肌原纤维和肌节组织结构。肌原纤维和肌节组织包含可以在显微镜下看到的组织束(strand)或部分组织束结构。肌原纤维和肌节主要由蛋白质组成。
在本发明的一个可替代的方法中，可以洗涤肌肉组织以获取肌质蛋白的水溶液。将这种溶液在如上所述的低pH下处理，然后如上所述在肌原纤维蛋白的存在下沉淀。
在一个可替代的方法中，不必进行这个沉淀步骤以回收所述蛋白制品。可以直接处理这种蛋白制品而不提高它的pH，处理方法如用盐、聚合物等等沉淀，并且可以喷雾干燥这种蛋白制品以用于如酸性食物中。用另一种方法，可以处理所述低pH富含蛋白的溶液以改善它的功能特性，如使用酸性蛋白酶组合物处理或分级分离蛋白。
可以进一步处理在较高pH下回收的沉淀的蛋白组合物，以生产食品。这样的进一步处理可以包括冷冻干燥、冰冻、加入或不加入防冻剂同时提高或不提高它的pH而或提高或不提高它的pH而胶凝。
附图简述

图1是说明本发明的方法的一般示意图。
图2是在先技术的常规方法的示意图。
图3是在先技术的改善的常规方法的示意图。
图4是本发明的优选方法的示意图。
具体实施方案的描述根据本发明，通过切碎、匀浆等等破裂动物肌肉以形成颗粒。作为一个可选的预备步骤，将蛋白的动物肌肉组织来源切碎，并与pH低于约3.5的水性液体以水性液体体积与组织重量的一定比例混合，形成水性液体组合物，该组合物不具有使得蛋白回收困难的不希望的高粘度。作为这种低pH条件的结果，所述蛋白溶液基本不含肌原纤维和肌节。所述动物肌肉来源可以是新鲜的、已排酸的或冰冻的。通常水性液体体积与组织重量之比大于约7∶1，最好大于约9∶1。根据肌肉组织的物种来源，当所述动物肌肉组织来源在更低的水性液体体积与组织重量之比下显示导致胶凝作用的趋势降低时，可以利用更低的比例。通过利用这些pH以及水性液体体积与组织重量之比的条件，将所述组织的蛋白成分溶解于所述水性液体中，同时避免所述组合物在这个步骤中胶凝。pH不应低得在蛋白在溶液中的时间里破坏相当部分的蛋白，即低于约1.0。蛋白变性和蛋白水解也是温度和时间的函数，其中温度增加和在溶液中的时间增加促进蛋白变性和蛋白水解。因此，最好降低溶液温度并减少蛋白在溶液中的时间，特别是当达到蛋白溶液的更低pH，例如约2.0或以下时。所述水性液体组合物也可以包含如盐等在溶液中不降解或水解蛋白的成分，例如氯化钠等等。应保持溶液的离子强度低于约200mM，以避免在不希望时的蛋白沉淀。
在可选的预备步骤中，将破碎的动物肌肉组织与一种酸性水溶液混合达到约5.0到约5.5的pH。其后，如上所述用酸降低混合物的pH以稳定蛋白。已经发现这个预备混合步骤在如上所述的低pH处理步骤中提供粘度降低的蛋白溶液，并因此促使回收蛋白的加工容易进行。
在这一点，由于所述材料溶解于低粘度的溶液中，因此为回收特定的所需蛋白组份或衍生的制品组份，如果需要，可以可任选地通过大小排阻层析或基于所述蛋白特性(除分子量外)的其它技术分级分离所述溶解的组合物。或者，可以将溶液中的蛋白如通过喷雾干燥脱水，以产生用于酸性食物中或作为果汁、苏打等等的营养添加物的功性的蛋白，其中所述酸性食物如色拉调料、蛋黄酱、凝胶。本方法的这一点提供了方便的时间以(如果需要)用酸性蛋白酶处理溶解的蛋白，以根据需要修饰蛋白，改善它们的功能特性。一些有限的蛋白水解会在低pH下发生。这种蛋白水解取决于时间、温度和特定的pH值。
然后可以将回收的富含蛋白的溶液/胶体悬浮液调至基本上所有蛋白都沉淀的pH，如约5.0和约6.5之间。这个pH根据蛋白的动物来源而变，通常在约5.0和约5.5之间，更一般的是在约5.3和约5.5之间。可以通过如离心或使用聚合物沉淀剂(如多糖或其组合物等等)再次回收蛋白。通过将pH调高至约5.0和约5.5之间，不仅回收了所有的肌原纤维蛋白和细胞骨架蛋白，而且沉淀了以前在降低pH至低于约3.5时溶解、但没有单独回收的可溶性肌质蛋白组份。当把样品直接降低pH至约5.5并离心时，并没有观察到这种肌质蛋白的回收。有必要先达到低pH条件，然后回到发生蛋白沉淀的pH条件，以防止这种蛋白损失。当不预先获得低pH条件时，主要由于肌质蛋白的损失，蛋白损失通常介于初始加工进料蛋白的约20％到约30％之间。从含有可溶性杂质，如低分子量代谢物、糖、磷酸盐和/或核苷酸的所述水性液体组合物中分离沉淀的蛋白。用另一种方法，可以或者单独使用沉淀聚合物、或者将沉淀聚合物与离心结合使用，达到蛋白沉淀，其中所述沉淀聚合物如多糖、带电聚合物、海洋水解胶体(包括藻酸盐或角叉藻聚糖)等等。此外，如上文所述，可以通过加入盐或通过pH控制与加入盐的组合产生沉淀。虽然申请人不想结合特定的理论来支持未被证明的蛋白回收，但这种回收增强可能是由于或者肌质蛋白的分子改变使它们在该pH变得不可溶，或者由于肌原纤维蛋白和细胞骨架蛋白的分子变化，肌质蛋白可以更容易地结合这两种蛋白。或者，可能是肌原纤维蛋白和细胞骨架蛋白的打开为肌质蛋白提供了更多的结合位点。
无论如何，申请人已经发现于上文所述的低pH条件处理蛋白溶液改善了蛋白的功能性。这种观察到的改善使得在本发明的方法中可以用已排酸的或冰冻的肌肉组织作为原材料。此外，在本发明的方法中也可以用新鲜的肌肉组织作为原材料。
达到最佳沉淀的pH的速率可以对所收集的蛋白的结合性质有影响。通过直接加入碱导致pH的快速变化可能产生蛋白的聚集物，而pH的缓慢变化(例如通过透析达到)可以使得所述蛋白特异性地结合它们通常在原纤维中结合的蛋白。
可以使用任何不会并非所愿地污染最终制品的酸以降低pH，如有机酸，包括柠檬酸、苹果酸、酒石酸等等，或无机酸，如盐酸或硫酸等等，或它们的混合物。具有有利pKa值的柠檬酸是本方法一种优选的酸。足够的柠檬酸在pH3和pH5.5下提供充足的缓冲能力，然后用盐酸降低pH到所需要的点。具有显著挥发性、赋予不良气味的酸，如乙酸或丁酸是不合需要的。同样的，可以用几种碱中的任何一种来提高pH。优选加入聚磷酸盐，因为它也作为抗氧化剂起作用，并且改善肌肉蛋白的功能特性。
沉淀的蛋白可任选地用几种方法处理。例如，可以将它的pH调高到中性，加入防冻剂，并冰冻以制造典型的“鱼浆”。通过这种方法制备的鱼浆具有极好的功能质量。作为动物蛋白来源，鳕的“真应变”(蛋白质量的一种量度标准)高至2.8，浅色肌肉的该值高至2.6。所述制品的脂类减少。在加入目前用在鱼浆加工中的试剂(如淀粉)以防止蛋白聚集后，可以使所沉淀的蛋白脱水，其中所述试剂例如但不限于在如凝胶等制品的生产中使用的带负电荷的化合物、乳化剂和粘度展开剂(viscosity developer)。也可以将所沉淀的蛋白以比以前更少的液体体积重新酸化到从约2.5到约3.5的pH，以在脱水前浓缩所述蛋白。这为脱水步骤节约了能源。此外，可以分级分离回收的蛋白组合物以回收组成蛋白。所得制品可以在如那些上文所述的制品中用作一种成分。
当利用相对高脂肪、高油和/或高脂类的动物肌肉组织时，所述脂肪、油和/或脂类可能与沉淀的蛋白一起保留，这可能使得富含蛋白的制品对降解(主要是氧化)敏感。因此，可以通过如真空保存、冰冻保存、通过向其加入抗氧化剂如异抗坏血酸、抗坏血酸、赤藻糖酸、没食子酸丙酯、维生素E等等，处理所述富含蛋白的制品。
本发明在以下方面改善了在先技术1.可以使用已排酸的或冰冻的肌肉组织作为进料组合物，这允许编排所述处理的时间以适应所需的时间周期。在本发明的方法中不必要求用非常新鲜的制品作为原材料。由于本发明方法利用不新鲜甚至是冰冻的鱼的能力消除了现在可以利用的方法对使用新鲜鱼片来源的要求，因此这种能力对于捕鱼的渔船队特别重要，并且允许使用海岸上的工厂来实施本发明的方法。
2.本发明的方法提供了提高的蛋白得率。用本发明的方法通常从浅色肌肉组织中获得多于约90％的蛋白，而在先技术的相似方法提供了少于60％的蛋白回收。在一些情况下，用本发明获得的蛋白得率高至约95％。
3.作为制品的蛋白的得率改善，这意味着在废水中有更少的蛋白需要回收/去除，因此减少了副产品污染。
4.本发明的制品的颜色比在先技术的制品的颜色大大改善。现在用目前可以利用的方法从大洋性鱼类制成的鱼浆的颜色一般是浅灰色的，为高Hunter“b”值。用鲭的浅色肌肉作为起始动物蛋白源，使用本发明的方法获得了与使用目前可以利用的方法由低脂肪白色肉鱼类制成的最好级别鱼浆同样好或更好的白色。作为加工原料，来自在冰中贮存2到3天的鲭的浅色肌肉一般提供“L”、“a”、“b”值分别为78.4、-0.89和2.0、白度指标为78.3或更好的本发明的制品。
5.在在先技术方法中，大部分肌肉蛋白在整个处理过程中是不溶的。本发明的处理溶解了大约98％的肌肉蛋白。这减少了加工时间，促使加工容易控制，并使本方法能适应连续的加工。
6.本发明的方法的一种明显用途是利用由于不稳定性或令人不快的感官特性而目前不能用作人类食物的材料。当利用增强稳定性的组合物如抗氧化剂等等时，可以用本发明的方法改善稳定性。在本发明中所述应用的一个例子是用小型大洋性鱼类物种，如鲱、鲭、油鲱、毛鳞鱼、鳀鱼、沙丁鱼等等作为原材料，这些材料目前或者是利用不足，或者是主要用作工业用鱼类而不用于人类消费。目前世界上捕获的鱼有大约二分之一并不用作人类食物。为人类消费生产可接受的稳定蛋白浓缩物的方法构成了这种材料的重要的附加值应用，并且构成了对世界营养的重要贡献。例如，从美国的大西洋海岸可得的鲭、油鲱和鲱的估计的可持续年产量高达五十亿磅。本发明的方法也可用于加工从取走鱼片的养殖鱼上回收的肉。这种材料目前不用作人类食物。用于本发明的方法的有代表性的动物蛋白的合适起始来源包括鱼片、去头和去内脏的鱼(包括大洋性鱼类)、甲壳纲(如磷虾)、软体动物(如鱿鱼(squid))或鸡肉、牛肉、羔羊、绵羊等等。例如，目前在鸡肉部分被割下用于零售后，从鸡骨架获得大量机械去骨的鸡肉。本发明的方法可以利用这样的鸡肉部分来生产用于人类企业的富含蛋白的制品。其它适用本发明方法的利用不足的肌肉来源包括大西洋磷虾，其中大西洋磷虾可以大量获得，但由于尺寸小而难于转变为人类食物。本方法也能够利用大多数不稳定或价值低的肌肉组织。
本发明方法的特定实施例包括多个步骤，其中包括可选的步骤。在第一个步骤中，切碎动物蛋白来源以产生一种表面积大的颗粒组合物，其中大的表面积促进随后的加工。在可选的第二个步骤中，可以用水洗涤切碎的蛋白源，一般是用基于切碎的肌肉源重量的1份到9份或更多份体积的水洗涤。当利用该可选的洗涤步骤时，通过如离心将液体可溶部分与不可溶部分分开，将不可溶的部分进一步如下所述加工。液体部分含有溶解的蛋白和脂类。虽然这个洗涤步骤去除了部分不希望的脂类，但也并非所愿地除去了蛋白，特别是肌质蛋白。然后可以将回收的富含蛋白的水部分引入该生产的下游，以进一步加工得自洗涤步骤的不可溶部分，以便可以回收在洗涤液体可溶部分中的蛋白。将切碎的动物蛋白源与水一起磨碎，产生小颗粒，这在所述组合物的pH被降低的后续步骤中促进它们的溶解，其中所述水也可以含有酸(如柠檬酸)以使所述组合物获得从约5.3到约5.5的pH。当在约5.3到约5.5之间的pH下实施这个步骤时，避免或最小化了所述组合物的不希望有的膨胀。
然后将磨碎的富含蛋白的组合物的组合物与一种酸组合物混合，降低pH至低于约3.5但不低得显著破坏蛋白，如约2.0或甚至低至约1.0。合适的酸是那些不会显著破坏蛋白并且不使得最终制品有毒的酸。有代表性的合适的酸包括盐酸、硫酸等等。这种在低pH下进行的处理步骤与在接近中性pH的高pH下进行的在先技术方法的条件形成对比。得到的组合物包含一种低粘度的溶液，其中基本上所有来自动物蛋白源的蛋白都溶解，并且基本不含肌原纤维和肌节组织结构。
然后如果需要，可以通过如过滤或倾滤分级分离所述低pH溶液，以将固体如骨(如果存在)从含水部分分离出来，以去除固体。回收所述富含蛋白的含水成分以进一步如下所述进行加工。
然后处理低粘度溶液中的蛋白以沉淀所述蛋白。然后通过如将溶液pH调高至高于约5.0，最好是约5.5，沉淀所述溶液中的蛋白。或者，可以使用盐或沉淀聚合物以产生沉淀。当去除上述洗涤最初切碎组织的步骤时，在这个步骤从切碎的组织回收水溶性蛋白，包括肌质蛋白。肌质蛋白通常包括原始组织中约20-30％的总蛋白。在先技术的方法并不回收这种蛋白。虽然最初的洗涤步骤从受处理的组织中除去了这种蛋白，但这种蛋白可以如上所述在本发明的方法中回收。甚至当本发明的方法包括这个初始的洗涤步骤并单独回收肌质蛋白时，由于本发明的方法能够加工动物蛋白源，包括用目前可以利用的方法无法经济地加工以为人类消费生产食物的高脂肪和高油的来源，因此本发明的方法提供了切实的好处。
本发明的制品与在先技术的制品的不同之处在于本发明沉淀的固体制品和液体溶液制品基本不含肌原纤维和肌节组织。与此相比，生产鱼浆的在先方法的制品含有肌原纤维和肌节。此外，主要含有肌原纤维蛋白的本发明的制品也可以含有显著量的肌质蛋白。蛋白制品中的肌质蛋白通常构成所述制品中蛋白总重的约8％以上，优选高于约15％，最优选高于约18％，直至约30％(重量)的肌质蛋白。
沉淀的制品可以直接用作食物源。或者可以经冷冻干燥、冰冻或热干燥除去制品中的部分水，以进一步地处理沉淀的制品。所得制品可以采取溶液、凝胶或干微粒制品的形式。所述制品可以用作人类消费的食物级组合物并且有广泛的用途。所述制品可以用于，例如，形成人造蟹肉的主要部分或作为食品添加剂(如粘合剂等)。此外，所述制品可以特别是在食品中用作乳化剂、增稠剂、起泡剂、胶凝剂、水结合剂等等。
图1展示了包括一些可选加工步骤的本发明的一般方法。在第一个步骤中，可任选地将动物肌肉蛋白源10引入常规的冷榨或离心等等，在步骤12中，用压力处理原料(如切碎的鱼)以将含有脂肪和油的水性液体13与固体组织15分开。然后在步骤20切碎固体动物组织15以增加它的表面积。或者，步骤12和20可以颠倒。在步骤34中，磨碎切碎的组织28，并用酸性水溶液将其pH降至约5.0到约5.5。然后在步骤38，将水性液体组合物36与酸混合以降低它的pH至约3.0和约3.5之间。可以将富含水的含蛋白流加入步骤38以在那里加工。将得到的低pH富含蛋白的组分40导向步骤58，在步骤58中调高它的pH到如约5.0和约6.5之间，以实现溶液中基本上所有蛋白的沉淀。流56可任选地通过如盐沉淀、用沉淀聚合物沉淀或它们的组合等等处理，而不是在步骤58中沉淀。在步骤62中，可以通过如在防冻剂的存在下的冷冻干燥、冰冻或通过胶凝，进一步处理沉淀的蛋白60。
下面的实施例说明了本发明并且不意味着限制本发明。
实施例1本实施例提供了本发明的方法与目前使用的在先技术的方法的比较。
下文是一种开发用于从肌肉源中浓缩和提取蛋白的方法的描述，该方法使用的方式使得蛋白在该方法的整个过程以及贮存中可以保留它们的功能性(即胶凝作用、乳化作用等)。将本发明优选的新型酸溶解/沉淀(ASP)方法与用于鱼浆生产的标准常规方法以及最近的改良的常规方法作了比较。所述改良的常规方法设计用于生产白色的更好的凝胶，以及比用常规方法去除更多的脂类。图2、3和4显示了这三种方法的流程图。在所有三种方法的初始步骤中，用标准鱼加工设备实施去头、去内脏、可选的切片、清洗和切碎。在这些初始步骤后，本发明的ASP方法基本与其它两种方法不同。常规方法和改良的常规方法的目的是在促进蛋白不溶性的条件下保留蛋白，同时洗掉或除去不希望的可溶成分。然而，这导致不希望的相当大的蛋白损失。当使用ASP方法时，调整条件以促进所有肌肉蛋白的溶解。所述条件是pH低于约3.5，但并不低得导致蛋白的破坏，以及离子强度低于或等于约200mM。常规方法图2显示了常规方法的基本步骤。洗涤步骤中的次数或体积可以变化。将切碎或绞碎的鱼用足够体积的冷冻水(约6℃)洗涤足够长的时间以除去不希望有的成分。对肉的过分洗涤可能导致蛋白膨胀，已经显示这干扰脱水并对凝胶形成有害。在第一次洗涤中除去了大部分水溶性成分，而在随后的洗涤中除去的相对要少。洗涤花费的时间，或者说残留期也决定洗涤有效性。已经显示每次洗涤足够有效的残留期是9-12分钟。用旋转筛完成每次洗涤后的脱水。这种装置是具有大约1mm孔眼的连续不断转动的筛，允许进行部分脱水。可以在最后一次洗涤中加入盐以促进脱水。在最后一次部分脱水后，将洗过的糜通过一台精炼机。在精炼机中，洗过的糜在由一台同轴螺旋钻造成的高压下被压向一个有0.5mm孔眼的筛。精炼被称为“提纯”步骤，其中只有细碎的肌肉才能通过孔眼。然而，分离是不完全的，并且在这个步骤损失了一些制品。精炼机流出物(run-off)被转移到不同的位置，其中流出物中包含细小骨头和皮肤碎片以及倾向于形成大于0.5mm颗粒的血合肉。精炼机有效除去了不想要的不可食用的碎片，但它不是100％有效，并且确实有一些颗粒通过到糜中。这个生产阶段的含水量大约是90％。高含水量使得精炼过程更有效地发挥作用。为降低含水量到所需的80％，将精炼的糜置于螺杆压榨机中。螺杆压榨机同精炼机一样，使用一台螺旋传送器将糜推向具有0.5mm孔眼的筛，但螺杆压榨机是处于更高的压力之下。在脱水的糜中加入防冻剂，以保护蛋白免于冰冻变性并保留它们的功能性。防冻剂的一般混合物是4％蔗糖、4％山梨糖醇和0.2％三聚磷酸钠。在最后一个步骤，在板式冷冻机上冰冻制品，这个过程快速冻结制品以防止在慢速冻结过程中发生的蛋白变性。改良的常规方法改良的常规方法(图3)的三个要点与常规方法的处理不同。第一，通过使用将颗粒大小降低到1-2微米的“微粒化”步骤，它改善了制品颜色(使之发亮)。由于表面积大，这种方法允许从组织中非常有效地浸出不希望的成分。第二，该方法也在真空(10mm Hg)下切碎或微粒化所述组织，已经显示这能有效减少脂类的氧化。由真空环境导致的低蒸气压力也促进更多地去除引起臭味或酪败味的低分子量化合物。第三，该方法中对制品改善产生最惊人效应的步骤是在第一次洗涤中加入碳酸氢钠(0.1％)和焦磷酸钠(0.05-0.1％)。所述化合物将第一次洗涤的pH提高到约7.2-7.5，这最后导致凝胶弹性增加，并减少脂类含量至约1％。然而，该方法在浸出步骤中也增加了蛋白损失量。由于使用了微粒化步骤，必须使用离心回收制品，这可能回收微小的洗掉的组织颗粒。其余的冷冻保护和冰冻步骤与常规方法相似。酸溶解沉淀(ASP)方法如上面所提到，优选的ASP方法在组织破碎步骤后与常规方法和改良的常规方法完全不同。将整个组织在它的稀释介质中匀浆。所述匀浆步骤将肌肉组织(切碎的或完整的)置于1mM柠檬酸，pH3.0的溶液中，最好是以1份组织对9份或更多份溶液的比例。为避免胶凝，根据动物组织的来源，可以使用更低比例的组织溶液。可以使用的匀浆设备是速度76(1-2分钟)的Polytron Kinematic匀浆器。可以使用Urshel Commitrol 1700型或相当的设备按比例扩大该过程。匀浆之后，所得溶液的pH为约5.3到5.5。在这个接近许多肌肉蛋白的等电点的pH下，蛋白对溶液的吸收是最小的。这防止了蛋白的水合作用并保持低粘度。然后使用(但不限于)盐酸(HCl)将匀浆的pH降低至约pH3.5或更低。一般使用1M HCl，但其它无机酸或有机酸也能同样好地起作用。
当使用1∶9的组织低pH(≤pH3.5)溶液比例时，那么得到的蛋白浓度对鱼肉将是约16mg/ml，对鸡肉将是约22mg/ml。根据蛋白浓度，这些溶液的粘度可以从约5mPa到30mPa变化。事实上在检测过的所有使用这种低pH(和离子强度)溶解技术的肌肉组织中，蛋白的溶解度介于90-100％之间。
在本方法中大部分蛋白都处于溶液中的阶段，可以进行一些处理，如加热(破坏可能的病原体或酶)、添加添加剂(抗氧化剂、聚合物成分或蛋白交联剂)和/或用大小排阻层析或超滤对蛋白的分级分离。同样，由于液体介质比固体更容易操作，因此在此时可以用泵传送制品。
在下一个步骤，用多种类型的碱性化合物将pH调高到一个点，在该点下蛋白溶解最少并且可以形成沉淀。用1M NaOH作粗调，100mM NaOH作微调，提高pH。一旦调整了所述溶液，在溶液中就可以看到以白色的“细丝”显现的蛋白。细丝在pH3.8时开始出现，并且它们的浓度随着pH增加而稳定增加。根据动物组织的来源，在高于所需pH的pH值下，溶液开始变稠并呈现光滑的外观。在这些更高的pH下离心的样品有大量(高达40％)蛋白留在上清液中并因此不被回收。通过离心收集蛋白；然而，也可以通过过滤获得蛋白。沉淀蛋白的含水量可以通过离心力略微控制。34,000×g的离心力产生含78％水分的大西洋鳕蛋白，而2575×g(台式离心机)的离心力产生含水量为84％的样品。也可以使用盐或带电聚合物来产生沉淀。
通过加入防冻剂如4％蔗糖、4％山梨糖醇和约0.5％三聚磷酸钠，以及加入足量的碱如碳酸钠和/或氢氧化钠，以获得从5.5到约7.0的所需pH，可以将收集的蛋白制造成为标准鱼浆制品。在板式冷冻机中冰冻含有防冻剂的蛋白，这在本工业中是标准做法。
pH约3.0的蛋白粉可用于生产蛋白增加的饮料，如果汁饮料和运动饮料。为降低含水量，有可能在pH5.5沉淀蛋白，然后以至多约十分之一原始体积重新酸化到pH3.0。使用大西洋鳕蛋白完成这个步骤，其中溶液中的所述蛋白在干燥前从1％增加到6.1％。这种粉也可以在如蛋黄酱或色拉调料的制品中用作乳化剂。
通过在真空下干燥沉淀蛋白生产出另一种制品，其中所述沉淀蛋白由大西洋鳕得到并且添加了防冻剂。将所述粉水化，产生应变为1.1、应力为26.6kPa、白度指标为61.2的凝胶。在视觉上所述凝胶含有韧性组织的小颗粒，这可能是蛋白之间高度相互作用的区域。引入低分子量或高分子量的试剂(如带负电的淀粉或糖)可以通过干扰蛋白之间的相互作用而改善制品。这些化合物可以在沉淀前加入低pH的溶液中。各种方法间的主要差别1.得率使用常规方法时，用鱼浆作为原材料时通常发现蛋白回收在55-65％之间。在洗涤步骤期间除去了肌原纤维蛋白和肌质蛋白，这些蛋白中绝大部分是肌质蛋白。大部分这些蛋白在第一个洗涤步骤被洗掉。改良的常规方法由于在第一次洗涤提高了pH，因此损失了其它蛋白。已经报道了低至31％的得率。在本发明的ASP方法中，获得了更高的蛋白回收。表1显示了使用ASP方法得到的一般蛋白回收。表1. 使用ASP方法对不同物种的蛋白回收肌肉类型 蛋白回收(％)鸡胸肉 84，92*，94鸡大腿肉(暗) 76大西洋鲱(浅色) 88大西洋鲭(浅色) 91大西洋鳕 92毛鳞鱼(去头并去内脏) 63*加入“软凝胶”蛋白后的回收2.凝胶值 通常相信凝胶要被认定为AA级，需要获得的最小值为1.9的应变值。这个应变值是粘结性或弹性的量度，被认为是极好的凝胶所需的品质。表2报道了用ASP方法生产的样品的应变以及应力值。作为比较，用大西洋鲭鱼浆获得了1.12的应变值，其中所述大西洋鲭鱼浆在Pascagoula，MS的NOAA-Mississippi State Univ.水产品中试工厂中以半商业化的规模用常规方法制造。表2.用ASP方法生产的样品的流变值鱼肉(质量)应变应力(kPa)大西洋鳕(很好)2.78±0.91 21.98±2.02毛鳞鱼(很差) 2.31±0.22 45.04±11.15浅色大西洋鲭 2.61±0.09 31.11±3.82(一般)平均值±标准差3.颜色 使用ASP方法从大西洋鳕生产的鱼浆比用常规方法生产的鱼浆发展出更白的凝胶，其“L”值为82.3，“a”值为-0.11，“b”值为2.88。这种样品的最终白度指数是82.1。约75或更高的值被认为是极好的。
4.液体形式的优点ASP方法将动物肌肉组织从固体转化为低粘度的流体，并且基本上所有的蛋白都在溶液中。从加工的观点看，这提供了很大的好处。液体比固体更容易操作。鱼浆工业中的一个主要问题是骨、皮肤和污点(blemish)污染最终制品。然而，可以离心或过滤作为液体的ASP方法中的蛋白以保证没有污染物进入最终产物。液体蛋白溶液的使用也简化了从设备中去除污染物，如金属碎片。这是一个在食品生产中主要关心的问题。在如去除病原体的巴氏灭菌法或快速冷却等操作中，液相也可以容易地控制温度。移动液体的设备也比移动固体所需的设备便宜得多。让蛋白处于液体形式中也便利了为增加或除去特定蛋白或多组蛋白而分级分离所述蛋白。ASP方法也由于去除了如在常规方法中三次或更多洗涤所需的时间而节省了加工时间，同时ASP方法还去除了精炼步骤。蛋白的溶解步骤占用很少时间，并且可以在单程系统中完成。总结本方法的主要特征在于，它允许将基本上所有肌肉蛋白完全溶解为低粘度的流体。ASP方法可以用于获得高得率洗过的鱼浆，并可用于恢复由已排酸的或冰冻的样品获得的肌肉蛋白的功能特性。由于ASP方法的制品保存了蛋白功能性，因此使得获得的蛋白可以用于一系列广泛的食品级制品和产品增强剂中。
权利要求
1.一种形成动物肌肉组织的富含蛋白的成分的方法，所述方法包括由含有所述组织的组合物以及一种pH低于约3.5的水性液体组合物形成富含蛋白的水性液体溶液，并回收所述富含蛋白的成分，其中所述pH基本不降解所述富含蛋白的组合物的蛋白。
2.权利要求1的方法，其中所述动物肌肉组织的所述组合物包括一种悬浮液，在该悬浮液中颗粒形式的组织处于pH介于约5.0到约6.5之间的水溶液中。
3.权利要求1或2中任一项的方法，其中所述富含蛋白的成分是pH低于约3.5的由肌肉组织得到的蛋白的水性液体溶液。
4.权利要求1或2中任一项的方法，其中通过沉淀回收溶液中所述富含蛋白的成分的蛋白。
5.权利要求4的方法，其中通过将所述富含蛋白的成分的pH提高到约5.0和6.5之间而实现蛋白沉淀。
6.权利要求5的方法，其中包括冷冻干燥由所述沉淀步骤回收的蛋白的步骤。
7.权利要求5的方法，其中包括喷雾干燥由所述沉淀步骤回收的蛋白的步骤。
8.权利要求3的方法，其中包括分级分离由所述沉淀步骤回收的蛋白的步骤。
9.由动物肌肉组织分离的富含蛋白的固体组合物，所述固体组合物含有肌原纤维蛋白，但基本上不含肌原纤维和肌节。
10.权利要求9的组合物，所述组合物包含蛋白总重量的至少约8％到约30％(重量)的肌质蛋白。
11.权利要求9的组合物，所述组合物包含蛋白总重量的至少约10％到约30％(重量)的肌质蛋白。
12.权利要求9的组合物，所述组合物包含蛋白总重量的至少约15％到约30％(重量)的肌质蛋白。
13.权利要求9的组合物，其中所述组合物包含蛋白总重量的至少约18％到约30％(重量)的肌质蛋白。
14.由动物肌肉组织分离的富含蛋白的组合物，所述组合物在pH低于约3.5的水性液体溶液中含有肌原纤维蛋白，但基本上不含肌原纤维和肌节，其中所述pH基本上不降解所述蛋白。
15.权利要求14的组合物，所述组合物的pH介于约2.5和约3.5之间。
16.权利要求14或15中任一项的组合物，所述组合物包含肌原纤维蛋白和肌节蛋白总重量的至少约8％到约30％(重量)的肌质蛋白。
17.权利要求14或15中任一项的组合物，所述组合物包含肌原纤维蛋白和肌节蛋白总重量的至少约10％到约30％(重量)的肌质蛋白。
18.权利要求14或15中任一项的组合物，所述组合物包含肌原纤维蛋白和肌节蛋白总重量的至少约15％(重量)的肌质蛋白。
19.权利要求14或15中任一项的组合物，所述组合物包含肌原纤维蛋白和肌节蛋白总重量的至少约18％(重量)的肌质蛋白。
20.权利要求1的方法，其中所述pH介于约2.5和约3.5之间。
21.权利要求1或2中任一项的方法，其中所述动物肌肉组织是鱼组织。
22.权利要求1或2中任一项的方法，其中所述动物肌肉组织是鸡组织。
23.权利要求5的方法，其中用包含聚磷酸盐的组合物提高所述pH。
24.权利要求1或2中任一项的方法，其中用柠檬酸形成所述pH低于约3.5的水性液体组合物。
全文摘要
提供了分离动物肌肉组织中的蛋白成分的方法:将颗粒形式的所述组织与pH低于约3.5的酸性水溶液混合,以产生基本不含肌原纤维和肌节组织结构的富含蛋白的溶液。可以处理所述富含蛋白的水溶液以实现蛋白沉淀,然后回收蛋白。
文档编号A23J3/04GK1277615SQ98810493
公开日2000年12月20日 申请日期1998年7月30日 优先权日1997年8月29日
发明者H·O·胡二廷, S·D·凯莱赫 申请人:先进蛋白质技术公司