La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'un produit alimentaire par traitement d'une matière protéinique végétale dégraissée.
La présente invention a été conçue et développée en grande partie pour des matières à base de soya à cause des difficultés particulières qu'on rencontre avec de telles matières. Donc ce procédé sera expliqué en grande partie en se rapportant aux matières à base de soya, et le procédé s'applique particulièrement à de telles matières, bien qu'on puisse l'utiliser pour d'autres matières protéiniques végétales sous un aspect plus large de l'invention.
La préparation de produits protéiniques végétaux par divers procédés est connue, y compris celle de produits protéiniques de soya, en général à partir de protéine de soya isolée obtenue à partir de la farine de soya dont on a extrait l'huile. Si on prépare de tels produits à partir du soya pour la consommation humaine ou animale, normalement on les désigne comme protéine de soya comestible . Le produit a une teneur en protéine élevée et il a un pouvoir alimentaire important.
Cependant, comme le connaissent ceux du métier, c'est-à-dire ceux qui traitent des matières à base de soya, ainsi que les acheteurs et les acheteurs potentiels, ce produit garde une odeur et une saveur désavantageuses particulières caractéristiques de tous les produits à base de soya. La propriété de la saveur est souvent ap pelée amère beany . On ne sait pas exactement ce qui cause cette saveur, mais on croit qu'elle est due à des matières à l'état de traces retenues fortement par la structure de la molécule de protéines ou dans celleci. Ces protéines, de divers types, ont une
structure moléculaire complexe à configuration hélicoïdale ou tordue et on les appelle parfois des paquets de protéines.
De grands efforts ont été faits par de nombreuses personnes ces der
nières dizaines d'années afin de tenter d'éliminer cette difficulté de
l'odeur et de la saveur très gênantes, parce qu'elles représentent un empêchement important à l'adoption étendue du produit en tant qu'aliment. Plusieurs des techniques proposées pour amélio- rer le produit en diminuant ces propriétés désavantageuses ont un
effet d'amélioration dans une certaine mesure. Ces techniques incluent l'addition de réactifs spéciaux tels que les acides acétiques, chlorhydriques, sulfuriques, phosphoriques et sulfureux, I'ammo-
niac dilué, I'anhydride carbonique, I'éthylène, la vapeur d'eau di
luée avec de l'anhydride carbonique et de l'azote ainsi que d'au
tres.
Elles incluent l'extraction de l'huile des flocons de farine de
soya au moyen de l'éthanol, un traitement avec certaines enzymes.
un traitement en autoclave en discontinu ou l'ébullition à marmite
ouverte des matières pendant des périodes de temps prolongées,
avec ou sans agitation. De tels traitements sont obtenus en utili
sant des méthodes empiriques parce qu'on sait vraiment très peu
de choses concernant la structure et en particulier le comporte
ment de ces matières lorsqu'on les soumet à divers traitements.
De tels traitements à chaud entraînent des difficultés importantes
parce que lorsqu'on chauffe la matière au-dessus de 71"C environ
il se produit de la gélatine qui limite sérieusement l'utilité du pro
duit, parce que le produit est extrêmement coriace et caoutchou
teux, de manière à être à peine mangeable, et il est en grande par
tie insoluble dans l'eau. Ce produit obtenu ne peut être modifié
qu'en le chauffant pendant plusieurs heures jusqu'à une rupture
de la structure moléculaire elle-même. Cela est désavantageux du
point de vue du traitement, et à cause des limitations résultant de
l'utilité du produit. En fait, le chauffage de ces protéines végé
tales, par exemple en autoclave, notamment des protéines de soya
a normalement pour résultat des produits pratiquement imman
geables.
Même lorsqu'on utilise ces techniques relativement complexes
et coûteuses, certaines des propriétés d'amertume ou de goût
beany et d'odeur demeurent, bien que les personnes qui ont dé
veloppé de telles techniques aient dit que leurs produits étaient
suaves . Cette rétention d'une partie de la saveur désavanta
geuse a en fait empêché les produits couramment préparés d'être
acceptables par les acheteurs sauf lorsqu'on peut masquer fortement la saveur par d'autres saveurs, ou qu'on peut les introduire dans des produits de ceux qui ne peuvent pas se plaindre tels que des bébés. Les produits à base de protéines de soya actuels ne peuvent certainement pas être substitués à des produits tout à fait suaves tels que le lait par exemple, sans qu'on décèle ce dernier immédiatement. Cette restriction est très importante et très réelle.
En outre, le traitement à chaud de ces protéines végétales normalement diminue fortement leurs propriétés fonctionnelles. Plus particulièrement, bien que la dispersibilité aqueuse (le pouvoir de former partiellement une suspension colloïdale et de se dissoudre partiellement dans un liquide aqueux) des protéines végétales non traitées à chaud soit généralement relativement élevé, par exemple d'environ 87% plus ou moins, après un traitement à chaud la dispersibilité de ces matières tombe souvent à un taux de dispersibilité bas d'environ 20%. 1l en résulte que la matière ne se met pas en suspension de manière convenable et ne se dissout pas convenablement dans l'eau pour former un produit du type laiteux par exemple. Pour être efficace, le produit doit avoir une dispersibilité élevée au moins supérieure à 50% et en général supérieure à 75%.
Pourtant, plus la dispersibilité est élevée, plus la saveur désagréable est prononcée, du moment qu'on ne peut pas bien déceler la saveur lorsque la dispersibilité est faible. Donc, celui qui désire traiter ces matières a le choix entre tenter d'améliorer la fonctionnalité en maintenant une dispersibilité élevée tout en diminuant les propriétés de saveur amère et d'odeur qui sont plus marquées plus la dispersibilité est élevée.
Le procédé selon la présente invention, qui a pour but de remédier à ces inconvénients, est caractérisé en ce qu'on prépare une suspension aqueuse de la matière protéinique végétale ayant un pH inférieur à 8; on chauffe la suspension jusqu'à une température d'au moins 104"C et on la soumet à un travail physique; on maintient la suspension sous une pression suffisamment élevée pour empêcher la volatilisation de l'eau de la suspension chauffée; on relâche brusquement la pression pour provoquer la volatilisation par détente de vapeurs chargées de substances possédant des propriétés indésirables d'odeur et de saveur, et on sépare les vapeurs de la suspension pour l'obtention d'un produit protéinique végétal.
Le produit obtenu posséde des propriétés de goût excellentes et une excellente fonctionnalité. Il est fortement dispersible à partir de l'état sec. Et pourtant on le traite par un procédé utilisant la chaleur et des températures élevées. Le produit possède une association optimum des propriétés qu'on n'a pas obtenue jusqu'à maintenant, du fait qu'il possède une dispersibilité élevée, par exemple d'environ 86% comme on le désire, et il en résulte une fonctionnalité élevée, et il possède aussi une excellente saveur exempte de la saveur propre au soya. Ainsi on peut l'utiliser comme produit alimentaire sous diverses formes, avec une teneur en protéines élevée.
On peut aussi l'ajouter sélectivement à une grande variété d'autres produits alimentaires pour obtenir des résultats particuliers, pour ajouter une teneur réglée en protéines sans qu'il en résulte une saveur,désagréable.
De préférence le nouveau procédé traite le soya, c'est-à-dire la matière sous forme de suspension aqueuse, avec un chauffage dynamique rapide et réglé jusqu'à une gamme de température élevée, et avec un travail physique momentané dans des conditions dynamiques et dans des conditions de pression positive réglée et de température élevée de manière à exposer et à libérer les molécules de protéines complexes des substances désagréables. La suspension ainsi traitée est maintenue pendant une période de rétention réglée courte à température élevée et sous une pression positive.
On enlève alors les substances désagréables libérées en causant une vaporisation par détente en libérant la pression instantanée par la Suite, en évaporant une certaine quantité d'humidité chargée des substances désagréables odorantes entraînées suivie
de la séparation des matières vaporisées de la suspension. On séche alors la suspension en une poudre blanche redispersible at
trayante. Le produit ne forme pas un gel à moins qu'on règle la
gamme de solides, de température de traitement et de rétention de manière à former un produit ayant un taux de gélification réglé.
La description ci-dessous permettra de comprendre pleinement la nature et la signification du procédé et du produit.
Comme il est bien connu, les propriétés physiques et chiai ques, qui sont liées entre elles, des substances alimentaires naturelles sont tellement complexes qu'on sait ou comprend très peu de choses vraiment à leur sujet. La recherche du comportement et de la nature de ces propriétés et des modifications qu'elles subissent dans diverses conditions et après divers traitements dépend presque entièrement d'une approche empirique. En outre, I'accep tation de ces matières par des êtres humains ou des animaux et le degré d'utilité de celles-ci pour le système humain ou les systèmes animaux est aussi en grande partie expérimentale.
Cela est vrai des matières protéiniques végétales naturelles telles que les graines de soya, les arachides, les graines de lin, les graines de coton, les graines de sésame et les graines de tournesol, qui sont les plus importantes. On a conduit les recherches étendues sur celles-ci lors de tentatives à développer des produits alimentaires utiles. Il en résulte qu'actuellement certaines de ces matières sont traitées en quantités relativement restreintes pour produire des produits alimentaires couramment appelés protéines végétales comestibles.
Bien qu'on puisse traiter de telles matières protéiniques végétales de manière à les rendre utiles comme aliments, une restriction très importante concernant leur acceptation existe à cause de la saveur, de l'odeur et de l'aspect désavantageux de celles-ci.
C'est une difficulté particulièrement aiguë pour ce qui est des produits protéiniques comestibles préparés à partir des graines de soya et de la saveur amère, beany et de l'odeur, et de l'aspect jaunâtre de la protéine de soya comestible. Comme indiqué plus haut, on a suggéré de nombreux traitements pour diminuer ces propriétés désavantageuses, y compris l'addition de nombreux agents réactifs, divers procédés de cuisson et l'addition de réactifs masquant la saveur. Du moment que certaines de ces suggestions ont pour résultat un produit alimentaire assez appétissant, actuellement on prépare et met en vente des protéines comestibles pour un certain nombre d'utilisations restreintes où la saveur désavantageuse résiduelle et l'odeur ne seront pas remarquées ou peuvent être masquées.
Et pourtant, comme il est bien connu, des tentatives de substituer directement une protéine comestible telle que la protéine de soya pour des produits complètement suaves tels que des produits laitiers, en particulier le lait écrémé séché, n'ont pas eu de succès parce que la saveur et l'odeur désavantageuses apparaissent immédiatement. On décèle aisément la saveur amère caractéristique du produit jaunâtre, qu'il soit sous forme liquide ou séchée. De plus, lorsqu'on le chauffe, le produit présente l'odeur caractéristique. Par conséquent, des protéines végétales comestibles, particulièrement celles provenant des graines de soya, telles qu'on les prépare actuellement ont une utilité nettement restreinte pour les produits alimentaires.
Le nouveau produit a une excellente valeur alimentaire ainsi qu'une bonne palatabilité. On peut en outre le convertir en produits alimentaires ayant diverses formes, avec un taux de dispersibilité réglé, avec un taux de gélification réglé, sous forme liquide ou solide, avec les additifs aromatiques désirés.
Le nouveau procédé ne nécessite pas d'additif chimique particulier ni des périodes de traitement prolongées. Il ne détruit pas la nature de la protéine du soya et ne la dégrade pas. Il utilise des températures élevées bien en dessus des températures basses auxquelles antérieurement on convertissait le produit en un gel, et pourtant sans le convertir en un gel, à moins qu'on ne le désire.
En outre, bien qu'on le chauffe à des températures élevées, une cuisson prolongée n'est pas nécessaire pour dégrader par la suite un gel obtenu par décomposition chimique de la structure comme c'était le cas antérieurement. On considère que cette découverte est remarquable dans le domaine des protéines végétales comestibles, notamment pour des matières protéiniques à base de soya, permettant d'utiliser maintenant de telles matières pour l'industrie alimentaire de manière à fournir un aliment très acceptable et tout à fait appétissant à partir de matières qui antérieurement ne pouvaient être utilisées que de manière restreinte. Des expériences étendues avec des produits alimentaires ont prouvé son acceptabilité complète, même dans des produits de nature suave, les pro duits nécessitant le chauffage ainsi que beaucoup d'autres.
De préférence on utilise les stades de traitement de l'invention après avoir conduit certains stades préliminaires sur des matières à base de graines de soya. Du moment que ces stades de traitement selon l'invention sont utilisés de préférence en association avec certains stades préliminaires, et parce qu'on désire expliquer le procédé complet en détail, on explique ici l'invention en décrivant l'opération depuis le commencement.
On décrit l'opération pour ce qui est de la graine de soya et des produits protéiniques à base de soya comestible parce que c'était le domaine principal pour lequel on a découvert le procédé et parce que le procédé convient particulièrement pour enlever la saveur et l'odeur désagréables des matières à base de graines de soya.
En bref, on moud ou broie les graines de soya qui sont la matière de départ, on extrait l'huile pour qu'il reste de la farine ou des flocons de graines de soya, on sépare par dissolution les protéines et les sucres des flocons, on sépare par précipitation les protéines de la solution, les lave et les met en suspension aqueuse. On donne à la suspension une gamme de pH réglée comme décrit en détail ci-après. La suspension a aussi une gamme réglée de teneur en solides. On la chauffe alors dynamiquement et instantanément jusqu'à une gamme de température réglée élevée et la soumet à un traitement physique dynamique, de préférence du type à cisaillement, puis la maintient à des températures élevées contrôlées sous une pression positive pour empêcher la vaporisation pendant un intervalle de temps contrôlé et bref.
Lorsqu'on arrête subitement la pression afin de volatiliser instantanément une partie de l'humidité et pour causer l'entraînement par l'humidité volatilisée des composants désavantageux de type inconnu, les deux étant enlevés de la suspension, il en résulte l'enlèvement des propriétés de saveur et d'odeur désavantageuses, et la rétention d'une dispersibilité élevée bien supérieure à 75% et même à 85% environ. De préférence, on séche alors la suspension, mais ce n'est pas nécessaire, en une poudre blanche à saveur suave fortement redispersible.
Plus particulièrement, on broie ou moud les graines de soya de manière appropriée, et les fait passer à travers un appareil classique pour séparer l'huile. De préférence on sépare l'huile par extraction au moyen de solvants, en utilisant les solvants normalement utilisés dans ce but.
Les solides obtenus, couramment appelés farine de graines de soya, et normalement sous forme de flocons, contiennent de nombreux ingrédients y compris des protéines complexes, des sucres, des fibres, etc. De préférence alors on sépare par dissolution les protéines et les sucres des matières solides. On peut le faire en ajoutant les flocons à un bain aqueux puis en ajoutant une matière alcaline de qualité alimentaire pour élever le pH sensiblement au-dessus de 7. Des exemples de ces réactifs alcalins sont:
I'hydroxyde de sodium, I'hydroxyde de potassium, I'hydroxyde de calcium ou d'autres réactifs alcalins de qualité alimentaire cou
ramment acceptée. On cuit alors la matière pendant un temps suffisant pour mettre en solution les protéines et les sucres, habi
tuellement environ 30 minutes.
On sépare la solution liquide obte
nue des solides par exemple en faisant passer la matière à travers un tamis et/ou la centrifugeant. De préférence on fait alors passer
le liquide à travers un clarificateur pour enlever les particules mi
nuscules.
On précipite alors les protéines de soya du liquide en abaissant
le pH jusqu'à une valeur acide du point iso-électrique de la pro
téine, en général un pH de 4,6 à 4,9, par l'addition d'additifs de
qualité alimentaire communs tels que l'acide acétique, L'acide
phosphorique. L'acide citrique, L'acide tartrique, etc. On sépare alors le précipité, par exemple par centrifugation, et on le lave à l'eau pour enlever les sucres restants sauf une trace infime qu'il est pratiquement impossible d'enlever. On transforme alors le précipité en une suspension aqueuse par addition d'eau. La suspension telle que traitée préalablement forme le produit le plus avantageux pour ce qui est des caractéristiques cherchées actuellement, lorsqu'on le traite par la suite à la manière qui sera décrite.
Cependant, il est aussi possible de traiter ce qu'on appelle le lait de soya entier, le lait de soya dégraissé ou une suspension de graines de soya finement moulue dans l'eau, tous ces produits étant connus. On peut aussi traiter de la même manière d'autres protéines végétales mises en suspension.
On peut alors traiter la suspension comme il sera décrit de ma niera détaillée ci-après. Cependant, il est à noter que cette suspension de protéines de soya isolée peut aussi être séchée puis réhydratée par la suite et traitée de nouveau de la même manière que décrit ci-après. De préférence on sèche la protéine de soya isolée par une technique de vaporisation par détente, par exemple le séchage par pulvérisation ou un procédé équivalent, à cause du pouvoir de rétention de la redispersion. On peut emmagasiner la matière séchée pendant une certaine période de temps ou la remettre en suspension immédiatement pour un traitement ultérieur. On a trouvé que la matière séchée remise en suspension donne un produit final légèrement différent du produit final obtenu par le traitement ultérieur immédiat de la suspension de protéines isolée.
L'explication technique de ceci n'est pas comprise entièrement. Le produit final provenant de la protéine de soya isolée, séchée et remise en suspension est légèrement inférieur pour des utilisations telles que l'imitation de lait de laiterie, etc.
On ajuste alors le pH de la suspension. Cela est important pour obtenir un produit final ayant une dispersibilité dans l'eau élevée. On ajuste le pH à une gamme comprise entre environ 5,7 et 7,5, et de préférence environ 6,5 et 7,1. Lorsque le pH est inférieur à environ 5,7, la dispersibilité dans l'eau du produit final est très basse et il n'est pas utile pour de nombreux buts. Cependant, un tel produit lorsqu'on le chauffe comme décrit ci-après peut être utilisé avantageusement dans les cas où une saveur exempte d'amertume et un produit à dispersibilité faible est utile, par exemple dans des produits cuits au four, dans des matières céréales, etc.
Lorsque le pH est supérieur à 7,5 et s'approche de 8, le produit final a tendance à acquérir un goût savonneux désavantageux. Le taux de dispersibilité dans le produit final peut être réglé en faisant varier le pH dans les limites d'environ 5,7 à 7,5, pour assortir le produit à l'aliment final qu'on prépare. Il est facile de régler le pH par l'addition d'un réactif alcalin de qualité alimentaire tel que le bicarbonate de sodium, ou même en le lavant à l'eau pendant un certain temps.
La suspension devant subir un traitement ultérieur doit avoir une teneur réglée en solides d'environ 3% à 30 /O en poids et de préférence d'environ 5% à 17% en poids. Si cette teneur est inférieure à 3% environ, des stades de traitement ultérieurs ne sont pas à conseiller économiquement lorsqu'on utilise un procédé continu. Le séchage est particulièrement coûteux. Lorsque la teneur est supérieure à environ 17% de solides, le produit obtenu ne se prête pas ultérieurement aux techniques de séchage par vaporisation par détente telles que le séchage par pulvérisation en utilisant un jet ou un jet tournant, ou telles qu'une installation du type à moulin à marteau, de sorte qu'il faut utiliser d'autres techniques de séchage, pour obtenir un produit qui est moins avantageux au point de vue de ses propriétés fonctionnelles.
Lorsque la teneur en solides est supérieure à environ 30%, une coloration brunâtre du produit tend à se produire au cours du traitement, probablement due à la caramélisation de la très petite quantité de sucre qui reste dans la suspension.
On soumet alors chaque petite portion de cette suspension à un chauffage instantané dynamique à une température élevée, tandis qu'en même temps on la travaille physiquement dynamiquement, de préférence presque simultanément. Actuellement la manière la plus satisfaisante de ce faire est de faire passer la suspension à travers un dispositif couramment appelé Jet Cooker . Ce dernier comprend des orifices de buses adjacents, normalement concentriques, à travers lesquels la suspension et la vapeur sous pression utilisées comme moyen de chauffage sont éjectées à grande vitesse dans des directions d'écoulement qui se coupent, de sorte que chaque minuscule particule de suspension est instantanément chauffée dynamiquement par la vapeur tandis qu'elle est simultanément soumise à un travail physique intense en grande partie de la nature d'un cisaillement.
On croit que le traitement physique de chaque petite portion expose les substances désavantageuses à une nouvelle action et que ce traitement physique avec le traitement thermique à haute température affaiblit et/ou brise la liaison tenace entre ces substances et les molécules de protéines complexes, à un degré tel que ces substances peuvent être entraînées par des vapeurs d'entraînement comme décrit ci-après. Ce traitement physique et ce chauffage ont aussi tendance à éliminer une certaine partie de la saveur propre au soya, mais ce qui est plus important, ils préparent la matière aux stades de traitement ultérieurs.
La gamme de température à laquelle on chauffe la suspension pour obtenir les résultats désirés est comprise entre environ 104 et 204"C, bien que la température ne doive pas être dans la partie inférieure de cette gamme à moins que par la suite on évente le produit dans une chambre à vide après l'avoir gardé sous pression dans une chambre spéciale de rétention comme expliqué ci-après. Normalement, la température doit être d'environ 141 à 160"C pour obtenir les meilleurs résultats. Si on utilise des températures plus élevées au-dessus d'environ 1600C, le produit final aura tendance à être gélifiable, le taux de gélification étant généralement proportionnel à l'augmentation de la température au-dessus de cette gamme.
Normalement des températures au-dessus d'environ 240"C ne sont pas recommandables à cause des difficultés de traitement qui apparaissent et de la moins bonne qualité du produit obtenu. Avec des températures comprises entre environ 104"C et 141"C, la saveur désavantageuse n'est pas entièrement enlevée bien qu'on maintienne une dispersibilité élevée.
On introduit le produit dans la buse de l'appareil à cuire avec une pression positive. Cette pression doit être voisine de celle de la vapeur d'eau injectée dans la suspension, elle doit être suffisante pour causer une décharge de la suspension à grande vitesse à travers la buse et elle ne doit pas être supérieure à la pression dans la chambre de rétention spéciale immédiatement en aval de la buse.
Normalement la pression de vapeur est d'environ 5,60 à 5,95 kg/cm2, la pression dans le conduit de la suspension est légèrement supérieure à la pression de vapeur, en général d'environ 5,95 à 7,00 kg/cm2 et la pression de décharge dans la chambre en aval de la buse est d'environ 5,25 à 5,60 kg/cm2. La chute de pression de la suspension en travers de la buse est d'environ 0,35 à 1,05 kg/cm2, suivant les autres pressions, et souvent de 0,42 à 0,70 kg/cm2.
On estime que l'intervalle de temps de la suspension dans la buse est d'environ'l seconde ou moins. L'orifice de la buse pour la suspension est petit, d'environ 3,175 mm, de sorte que les solides de la suspension sont soumis à un travail physique dynamique sévère pendant leur passage. La vapeur se mélange intimement avec les matières solides dans la suspension éjectée. La quantité de vapeur nécessaire n'est pas très grande, normalement une quantité suffisante pour abaisser la teneur en solides de la suspension d'environ 1% à 2% en poids.
De préférence les orifices de la buse sont concentriques, la suspension étant éjectée de l'orifice central, par exemple, et la vapeur étant éjectée d'un orifice annulaire entourant ce dernier, orienté de manière que sa trajectoire de sortie coupe la trajectoire de sortie de l'orifice central. Cependant il serait possible d'éjecter la suspension et la vapeur d'autres orifices. En outre, les orifices adjacents ne sont pas nécessairement concentriques pour obtenir cette interaction.
Comme indiqué plus haut, la vapeur et la suspension sont éjectées dans une chambre de rétention spéciale. Celle-ci peut comprendre un tube allongé à travers lequel la suspension et la vapeur mélangées se déplacent depuis la buse à une extrémité du tube jusqu'à une décharge à pression contrôlée à l'autre extrémité.
On peut régler la décharge par une soupape de libération de la pression classique réglée pour permettre un courant continu du procédé depuis la buse vers la soupape de décharge et à sa sortie.
Cette soupape règle la pression dans la chambre de rétention.
Cette pression de la chambre doit être suffisante pour empêcher une évaporation importante de l'humidité dans la chambre, même si la température est bien en dessus du point d'ébullition de l'eau.
On obtient aisément cet effet au moyen d'une pression d'environ 5,25 à 5,60 kg/cm2. Du moment que la suspension et la vapeur doivent s'écouler continuellement dans cette chambre sous pression, la pression en arrière de la suspension et de la vapeur doit être plus élevée que la pression dans la chambre pour assurer cet écoulement continu.
On maintient la suspension chauffée dans la chambre de rétention pendant une période de temps définie mais relativement brève pendant quelques secondes à quelques minutes, normalement d'environ 7 secondes à environ 100 secondes. II suffit de maintenir le produit à cet état chauffé pendant quelques secondes pour obtenir un produit optimum. Le temps n'est pas trop critique dans cette gamme, bien que plus on maintient longtemps la suspension, plus la gélification du produit est probable avec une libération subséquente de la pression, notamment aux températures de traitement élevées. Si on désire un degré de gélification, c'est une manière efficace de le faire.
En fait, si on augmente le temps de rétention, et/ou augmente la température de la suspension, etiou augmente le pourcentage de solides dans la suspension, I'opérateur peut augmenter la gélification du produit final de la quantité désirée et de manière réglable.
La pression sur la suspension est alors instantanément libérée en déchargeant la suspension dans une zone à pression réduite, dans des moyens de réception appropriés. Cela cause une vaporisation par détente d'une partie de l'humidité sous forme de vapeur d'eau chargée des composants chimiques nauséabonds désagréables odorants entraînés, ou des substances de compositions inconnues provenant du produit à base de soya. La vaporisation par détente cause aussi un refroidissement important de la suspension restante à cause de la chaleur de vaporisation absorbée de la suspension, de sorte que le temps total pendant lequel le produit est soumis aux températures élevées est très bref et réglé. La séparation des vapeurs chargées de substances supprime la caractéristique de la saveur et de l'odeur désagréables.
Ce traitement spécial des protéines végétales cause la rétention de la dispersibilité élevée du produit brut dans le produit final. Il diminue généralement seulement de 1 à 2%, par exemple de 87% à environ 85%-86% pour des matières protéiniques à base de soya. Cela contraste fortement avec la diminution d'environ 87% à environ 20% ou moins lorsqu'on traite à chaud selon les enseignements classiques.
En outre, le produit est complètement stérilisé par ce traitement.
Du moment que le traitement antérieur impliquait des nettes difficultés aux températures élevées, la stérilisation n'était jamais tout à fait satisfaisante antérieurement à la présente invention. Cependant, à cause des températures plutôt élevées dont il s'agit ici, et du mélange intime de la vapeur chaude avec la suspension. la stérilisation est fortement améliorée.
La zone de pression réduite dans laquelle on décharge la suspension est normalement à la pression atmosphérique. mais parfois à une pression en dessous de la pression atmosphérique. c'està-dire sous un vide partiel. Dans un cas comme dans l'autre les vapeurs doivent être éloignées immédiatement de la suspension, de préférence par un courant d'air se déplaçant à travers la suspension ou en soutirant un vide continu à la zone de décharge pour soutirer les vapeurs. Les vapeurs peuvent être condensées spécialement de manière à enlever positivement le condensat de la zone de collection de la suspension déchargée.
Lors de la production, la suspension peut être déchargée de la soupape de décharge à pression de retour réglée directement dans un récipient à l'air libre où on permet aux vapeurs de s'élever directement et de s'éloigner de la suspension, ou on les oblige à le faire, et on les empêche de se condenser de manière à permettre à la substance condensée de s'écouler de nouveau dans le produit.
Afin d'assurer une séparation complète des vapeurs de la suspension purifiée, sans permettre aux vapeurs de se recondenser dans la suspension, la suspension et la vapeur doivent être séparées immédiatement après la décharge, c'est-à-dire immédiatement après la libération de la pression. Sous ce rapport, il est désavantageux de faire passer les deux composants à travers un conduit commun en aval de la soupape de décharge, et si on le fait il doit être minimal.
Comme indiqué, le procédé préféré physiquement et de libérer physiquement et thermiquement les substances désavantageuses des paquets moléculaires de protéines, pour les enlever par la suite, est par l'utilisation d'un jet cooker . On peut concevoir qu'il est possible de mettre en oeuvre le traitement physique violent et intime pour briser les paquets de protéines et exposer ces substances en utilisant une autre installation, par exemple par l'effet de cisaillement de pompes à haute pression, suivi d'un chauffage momentané dans une zone à pression élevée, avant de libérer la pression et de vaporiser par détente. De plus, vraisemblablement l'effet de chauffage des paquets de protéines subdivisés, ou le chauffage plus le travail physique peuvent être conduits avec une autre installation, par exemple un tube ou un serpentin à écoulement de zone chaude.
Un tel dispositif cause un écoulement rapide à travers un tube à rétrécissement, dont une zone est exposée à une source de chaleur telle qu'une flamme de gaz. D'autres appareils incluent des appareils fonctionnant selon le principe de magnéto-striction, des appareils utilisant le chauffage et l'agitation par haute fréquence. des appareils de chauffage électrostatiques, des dispositifs à ondes ultrasoniques, un équipement à vibrations à diaphragme pelliculaire et un appareil à flamme de résonance reso-jet . En fait. on pourrait associer un ou plusieurs de ces dispositifs avec le < (jet cooker pour augmenter l'action de travail physique.
On peut alors utiliser directement le produit mis en suspension obtenu pour des produits alimentaires. Ce produit est blanc et attrayant. Si le pH avant le traitement était dans les limites indiquées, la suspension contient la majeure partie de la matière à l'état partiellement dissous et à l'état colloïdal partiellement dispersé qui n'a pas tendance à se déposer. Une autre possibilité est de le sécher, le produit séché ayant une excellente redispersibilité dans un milieu aqueux.
Si on sèche alors la suspension. de préférence on vaporise le produit par détente, parce qu'on obtient ainsi un produit pulvérulent fin et uniforme, parce que le traitement continu est économique et que la poudre posséde des propriétés excellentes de redispersion. Parmi les techniques de séchage par détente, on utilise généralement le séchage par pulvérisation. Le produit peut être lyophylisé, mais cela est plus coûteux. Cependant, si la teneur en solides de la suspension est au-dessus d'environ 16 à 17 ,ó, le séchage par détente devient difficile ou impossible. Il faut alors utiliser d'autres techniques de séchage telles que le séchage au tambour. le séchage sur plateau, etc.. mais le produit séché tend à être assez grumeleux.
La poudre séchée a un goût tout à fait suave. La caractéristique de saveur amère de la protéine de soya a disparu. le produit peut être réhydraté rapidement et simplement en une suspension par la simple addition d'eau et l'agitation. à cause de son pouvoir de redispersion élevé. On peut utiliser le produit comme produit de remplacement des dérivés de produits laitiers, même du lait écrémé séché, pour divers buts. Il ne possède pas le goût ou l'odeur forte caractéristique du soya. même lorsqu'on le chauffe, et malgré sa forte dispersibilité qui rend la saveur si décelable.
Le nouveau procédé non seulement augmente fortement la saveur et l'odeur, fournit la fonctionnalité et cause une stérilisation de qualité mais il produit aussi une modification nette et avantageuse de l'aspect. C'est-à-dire qu'avant le traitement, la couleur est jaunâtre, particulièrement lorsqu'il est en suspension. Après le traitement le produit est blanchâtre. Lorsqu'il est séché, le produit de couleur blanchâtre a l'aspect attrayant du lait écrémé séché.
Si le produit est au moins partiellement gélifié par le réglage des variables d'opérations selon les enseignements donnés ici, seulement un séchage partiel ou pas de séchage du tout sont nécessaires.
Les exemples suivants illustrent l'invention et la préparation de la matière protéinique de départ.
Exemple 1
A. On moud des graines de soya et extrait l'huile avec de l'hexane pour obtenir des flocons communément appelés farine de graines de soya. On ajoute les flocons à un bain aqueux. et on ajoute un réactif alcalin de qualité alimentaire, c'est-à-dire l'hydroxyde de sodium jusqu'à ce qu'on obtienne un pH de 10. On fait cuire la matière pendant 30 minutes puis la centrifuge. On précipite la matière protéinique du soya du liquide par l'addition d'acide acétique jusqu'à ce qu'on atteigne le point isoélectrique à un pH d'environ 4,7. On lave le précipité à l'eau puis l'ajoute à l'eau pour obtenir une suspension aqueuse ayant une teneur de 15% en poids de solides.
B. On ajuste alors le pH à 6,7 en ajoutant du bicarbonate de sodium.
C. On fait alors passer la suspension à travers un jet cooker sous une pression de 5,95 kg/cm2, tandis que simultanément on éjecte la vapeur du jet cooker sous une pression de 6,65 kg/cm2 dans une chambre de rétention sous une pression de 5,25 kg/cm2.
La vapeur chauffe la suspension à travers le jet cooker jusqu'à une température de 143 C. Après 7 secondes, on décharge subitement des portions progressives de la suspension chauffée dans un récepteur à la pression atmosphérique ou à une pression inférieure à celle-ci, ce qui cause la vaporisation par détente des vapeurs chargées de substances ayant un goût et une odeur nauséabonds.
On refroidit la suspension par la vaporisation par détente. On enlève les vapeurs chargées de ces substances de la suspension purifiée.
D. On sèche la suspension par détente dans un sécheur à pulvérisation jusqu'à une teneur en humidité de 3%.
Exemple 2
On conduit les stades A et B de l'exemple 1, mais au stade C on chauffe la suspension jusqu'à 127"C, la garde dans la chambre de rétention pendant 15 secondes puis l'éjecte sous pression dans une chambre à vide.
Exemple 3
On conduit le stade A comme dans l'exemple 1, puis on ajuste le pH à 5,7 au stade B. Au stade C, lorsqu'on fait passer la suspension à travers le jet cooker on la chauffe jusqu'à une température de 171"C, la retient pendant 30 secondes sous pression avant de la décharger. Lorsque le produit est déchargé et vaporisé par détente, il est partiellement gélifié.
Exemple 4
On introduit des graines de soya broyées, ayant leur pleine teneur en graisse, mais sans les coques, dans l'eau pour obtenir une suspension aqueuse ayant une teneur en solides de 20%. On fait passer la suspension à travers un jet cooker sous une pression de 5,25 kg/cm2, avec de la vapeur et la chauffe jusqu'à 155"C. On maintient la suspension sous une pression de 4,9 kg/cm2 pendant 50 secondes puis la décharge à la pression atmosphérique. On séche la suspension obtenue sur un tambour puis l'utilise comme aliment pour des animaux.
Exemple 5
On conduit les stades A et B de l'exemple 1 sauf que le pH au stade B est égal à 7,1. On fait alors passer la suspension à travers une pompe à haute pression puis la soumet à une pression de plusieurs dizaines de kg/cm2, puis la fait passer à travers un tube à écoulement de zone chaude et la chauffe rapidement à une température de 121"C, la maintient sous pression pendant 12 secondes puis la décharge dans une chambre à vide d'où on enlève les vapeurs chargées de substances. On lyophilise alors le produit.
Les caractéristiques fonctionnelles du nouveau produit incluent le pouvoir de bien servir comme agent liant de l'eau et de la graisse dans la suspension pour une dispersion homogène de ceuxci plutôt que leur séparation. Cela facilite son utilité dans de nombreux produits en tant que substances de remplacement directes des produits laitiers. En outre il est très utile en tant qu'aliment à forte teneur en protéines et à basse calorie. On peut faire fortement varier la teneur en protéines suivant qu'on enlève d'autres composants tels que des sucres, des fibres, etc., initialement, qu'on ajoute des quantités réglées de protéines de soya isolées (environ 90% ou plus de protéines) à la suspension avant les stades de traitement physique et thermique, etc.
Du moment qu'on peut utiliser le produit sous forme de suspension liquide avec un véhicule liquide comestible tel que l'eau qui dissout une partie de la protéine et maintient le reste en une suspension finement divisée, il est utile pour des boissons à forte teneur en protéines de divers types, comme additif de protéines liquides à des produits alimentaires ou comme agent épaississant.
On peut aussi utiliser le produit sous forme de poudre ou de flocon comme céréale, comme additif pour augmenter la teneur en protéines d'aliments tels que les spaghetti et les macaronis, comme agent épaississant des aliments, et comme additif protéinique, par exemple pour la viande ou les imitations de viandes. On pourrait l'utiliser comme ingrédient de base pour des entremets, comme additif à des produits de boulangerie tels que des cakes, des biscuits et du pain. Même lorsqu'on l'utilise dans des produits qui sont cuits au four, rôtis, frits, cuits ou chauffés d'autre manière, aucune odeur désagréable n'apparaît avec la présence du produit à base de soya, ce qui élimine une objection importante à son utilisation par divers secteurs de l'industrie alimentaire.
On peut convertir le nouveau produit sous forme de poudre en une pâte qui donne un produit à tartiner à teneur élevée en protéines ayant des goûts sélectionnés.
On peut aussi l'utiliser sous forme d'un produit partiellement ou complètement gélifié utile pour des entremets à teneur élevée en protéines et à teneur basse en calories, pour des agents épaississants, des produits de confiserie ou des imitations de fruits de divers types.
D'autres articles alimentaires qu'on peut préparer avec le produit en soit ou en tant qu'additifs incluent des agents de blanchiment du café, de la fibre protéinique filée, dans les glaces ou comme produit imitant les glaces, des bonbons, de la pâte à gâteau, des biscuits, le chocolat, dans le beurre et l'oléomargarine, dans des sauces pour snack , des snack chips , des sauces, par exemple la sauce blanche, des sauces au fromage et la sauce hollandaise, comme agents diluants pour des viandes, comme dans des saucisses, pour remplir des pâtés, dans des desserts congelés, pour des crèmes de garniture fouettées, et des marshmallows . Il résulte des expériences présentes de nombreuses autres utilisations remarquables des produits alimentaires nouveaux à base de protéines végétales, non lactées, à teneur très faible en calories.
On peut aussi ajouter le nouveau produit à des produits laitiers de diverses manières particulières pour obtenir des produits alimentaires tout à fait nouveaux.
The present invention relates to a process for the preparation of a food product by treating a defatted vegetable protein material.
The present invention has been conceived and developed in large part for soy based materials because of the particular difficulties encountered with such materials. Thus this method will be explained largely with reference to soybean materials, and the method is particularly applicable to such materials, although it can be used for other vegetable protein materials in a broader aspect. of the invention.
The preparation of vegetable protein products by various methods is known, including that of soy protein products, generally from isolated soy protein obtained from soy flour from which the oil has been extracted. If such products are prepared from soybeans for human or animal consumption, they are normally referred to as edible soy protein. The product has a high protein content and it has a high nutritional power.
However, as those skilled in the art, that is, those who process soy-based materials, as well as buyers and potential buyers, will know, this product retains a peculiar disadvantageous odor and flavor characteristic of all products. soy-based. The property of the flavor is often referred to as bitter beany peel. It is not known exactly what causes this flavor, but it is believed to be due to trace material held strongly by the structure of or within the protein molecule. These proteins, of various types, have a
A complex molecular structure with a helical or twisted configuration and are sometimes referred to as protein bundles.
Great efforts have been made by many people these der
decades in order to try to eliminate this difficulty of
very annoying smell and flavor, because they represent a significant impediment to the widespread adoption of the product as a food. Several of the techniques proposed for improving the product by reducing these disadvantageous properties have a
enhancing effect to some extent. These techniques include the addition of special reagents such as acetic, hydrochloric, sulfuric, phosphoric and sulfurous acids, ammonia.
dilute niac, carbon dioxide, ethylene, water vapor di
luted with carbon dioxide and nitrogen as well as
very.
They include the extraction of oil from the flour flakes of
soybeans using ethanol, a treatment with certain enzymes.
batch autoclave treatment or pot boiling
open materials for extended periods of time,
with or without agitation. Such treatments are obtained by utili
well empirical methods because we really know very little
of things concerning the structure and in particular the behavior
ment of these materials when subjected to various treatments.
Such heat treatments cause significant difficulties
because when you heat the material above about 71 "C
gelatin is produced which seriously limits the usefulness of the pro
hard, because the product is extremely tough and rubbery
teux, so as to be barely edible, and it is in large part
tie insoluble in water. This product obtained cannot be modified
than heating it for several hours until it breaks
of the molecular structure itself. This is disadvantageous to
processing point of view, and because of the limitations resulting from
the usefulness of the product. In fact, heating these veggie proteins
tales, for example in an autoclave, in particular soy proteins
normally results in virtually imman products
gibles.
Even when using these relatively complex techniques
and expensive, some of the properties of bitterness or taste
beany and odor remain, although people who have de
developed such techniques said that their products were
sweet. This retention of part of the flavor has a disadvantage
geuse has in fact prevented commonly prepared products from being
acceptable to buyers except when the flavor can be strongly masked by other flavors, or they can be introduced into products of those who cannot complain such as babies. Current soy protein-based products can certainly not be substituted for completely suave products such as milk for example, without the latter being detected immediately. This restriction is very important and very real.
In addition, the heat treatment of these vegetable proteins normally greatly decreases their functional properties. More particularly, although the aqueous dispersibility (the power to partially form a colloidal suspension and partially dissolve in aqueous liquid) of unheated vegetable proteins is generally relatively high, for example about 87% more or less, after heat treatment the dispersibility of these materials often drops to a low dispersibility rate of about 20%. As a result, the material does not properly suspend and dissolve well in water to form a milky type product for example. To be effective, the product must have a high dispersibility of at least greater than 50% and generally greater than 75%.
However, the higher the dispersibility, the more pronounced the unpleasant flavor, as long as the flavor cannot be detected well when the dispersibility is low. Thus, one who wishes to process these materials has the choice of attempting to improve functionality by maintaining high dispersibility while decreasing the bitter taste and odor properties which are more pronounced the higher the dispersibility.
The process according to the present invention, which aims to remedy these drawbacks, is characterized in that an aqueous suspension of the vegetable protein material having a pH of less than 8 is prepared; the slurry is heated to a temperature of at least 104 "C and subjected to physical labor; the slurry is maintained under a pressure high enough to prevent volatilization of water from the heated slurry; abruptly released the pressure to cause the volatilization by expansion of vapors loaded with substances having undesirable properties of odor and flavor, and the vapors are separated from the suspension to obtain a vegetable protein product.
The obtained product has excellent taste properties and excellent functionality. It is highly dispersible from the dry state. And yet it is treated by a process using heat and high temperatures. The product has an optimum combination of properties not obtained heretofore because it has a high dispersibility, for example about 86% as desired, and high functionality results. , and it also has excellent flavor without the soy flavor. Thus it can be used as a food product in various forms, with a high protein content.
It can also be selectively added to a wide variety of other food products to achieve particular results, to add a controlled protein content without resulting in an unpleasant flavor.
Preferably the new process treats the soybean, i.e. the material in the form of an aqueous suspension, with rapid dynamic heating and controlled up to a high temperature range, and with momentary physical labor under dynamic conditions. and under conditions of controlled positive pressure and elevated temperature so as to expose and release complex protein molecules from disagreeable substances. The suspension thus treated is maintained for a short controlled retention period at elevated temperature and under positive pressure.
The unpleasant substances released are then removed by causing a vaporization by expansion by releasing the instantaneous pressure thereafter, by evaporating a certain quantity of humidity loaded with the disagreeable odorous substances entrained followed
separating the vaporized material from the suspension. The suspension is then dried to a redispersible white powder at
milking. The product does not form a gel unless the
range of solids, treatment temperature and retention so as to form a product having a controlled gelation rate.
The description below will make it possible to fully understand the nature and significance of the process and the product.
As is well known, the interrelated physical and chemical properties of natural food substances are so complex that very little is really known or understood about them. The investigation of the behavior and nature of these properties and the modifications to which they undergo under various conditions and after various treatments depends almost entirely on an empirical approach. Further, the acceptance of these materials by humans or animals and the degree of utility thereof to the human system or animal systems is also largely experimental.
This is true of natural plant protein materials such as soybeans, peanuts, flax seeds, cotton seeds, sesame seeds and sunflower seeds, which are the most important. Extensive research into these has been conducted in attempts to develop useful food products. As a result, at present some of these materials are processed in relatively small quantities to produce food products commonly referred to as edible vegetable proteins.
Although such vegetable protein materials can be treated so as to make them useful as food, a very serious restriction on their acceptance exists because of the flavor, odor and disadvantage thereof.
This is a particularly acute difficulty with respect to edible protein products prepared from soybeans and the bitter flavor, beany and odor, and yellowish appearance of edible soy protein. As indicated above, numerous treatments have been suggested to decrease these disadvantageous properties, including the addition of numerous reactants, various cooking methods and the addition of flavor masking reagents. As long as some of these suggestions result in a fairly appetizing food product, edible proteins are currently being prepared and marketed for a number of restricted uses where the residual disadvantageous flavor and odor will not be noticed or may be. masked.
And yet, as is well known, attempts to directly substitute an edible protein such as soy protein for completely sugary products such as dairy products, especially dried skim milk, have not been successful because the disadvantageous flavor and odor appear immediately. The characteristic bitter taste of the yellowish product is easily detected, whether in liquid or dried form. In addition, when heated, the product exhibits the characteristic odor. Therefore, edible vegetable proteins, particularly those from soybeans, as currently prepared have markedly limited utility for food products.
The new product has excellent food value as well as good palatability. It can further be converted into food products of various shapes, with controlled dispersibility rate, with controlled gelation rate, in liquid or solid form, with the desired flavor additives.
The new process does not require any special chemical additives or prolonged processing periods. It does not destroy the nature of soy protein and does not degrade it. It uses high temperatures well above the low temperatures at which the product was previously converted to a gel, and yet without converting it to a gel, unless desired.
Further, although it is heated to high temperatures, prolonged cooking is not necessary to subsequently degrade a gel obtained by chemical decomposition of the structure as was the case previously. This discovery is considered to be remarkable in the field of edible vegetable proteins, especially for soy-based protein materials, now allowing such materials to be used for the food industry so as to provide a very acceptable and quite food. appetizing from materials that previously could only be used in a limited way. Extensive experiments with food products have proven its complete acceptability even in products of a sweet nature, products requiring heating and many others.
Preferably, the treatment stages of the invention are used after having carried out certain preliminary stages on materials based on soybeans. As these stages of treatment according to the invention are preferably used in conjunction with certain preliminary stages, and because it is desired to explain the entire process in detail, the invention is explained here by describing the operation from the beginning.
The operation is described with respect to soybean and edible soy protein products because this was the main area for which the process was discovered and because the process is particularly suitable for removing flavor and the unpleasant smell of soybean materials.
In short, we grind or grind the soybeans which are the starting material, we extract the oil so that there remains flour or soybean flakes, we dissolve the proteins and sugars from the flakes. , the proteins are separated by precipitation from the solution, washed and placed in aqueous suspension. The suspension is given a pH range adjusted as described in detail below. The suspension also has a regulated range of solids content. It is then dynamically and instantaneously heated to a high set temperature range and subjected to dynamic physical treatment, preferably of the shear type, then maintained at controlled elevated temperatures under positive pressure to prevent vaporization for a long time. controlled and short time interval.
When the pressure is suddenly turned off to instantaneously volatilize some of the moisture and cause the volatilized moisture to entrain disadvantageous components of unknown type, both of which are removed from the suspension, the result is the removal of the moisture. disadvantageous flavor and odor properties, and the retention of high dispersibility well over 75% and even about 85%. Preferably, the suspension is then dried, but this is not necessary, to a white powder with a strongly redispersible sweet flavor.
More particularly, the soybeans are crushed or ground in a suitable manner, and passed through a conventional apparatus for separating the oil. Preferably the oil is separated by extraction with solvents, using the solvents normally used for this purpose.
The solids obtained, commonly called soybean flour, and normally in the form of flakes, contain many ingredients including complex proteins, sugars, fibers, etc. Preferably, the proteins and sugars are then separated by dissolution from the solids. This can be done by adding the flakes to an aqueous bath and then adding a food grade alkaline material to raise the pH substantially above 7. Examples of these alkaline reagents are:
Sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, or other food grade alkaline reagents.
strongly accepted. The material is then cooked for a sufficient time to dissolve the proteins and sugars, habi
approximately 30 minutes.
The liquid solution obtained is separated
bare solids for example by passing the material through a sieve and / or centrifuging it. Preferably we then pass
the liquid through a clarifier to remove mid particles
lowercase.
The soy protein is then precipitated from the liquid by lowering
the pH up to an acid value of the isoelectric point of the pro
tein, in general a pH of 4.6 to 4.9, by the addition of additives of
common food grade such as acetic acid, Acid
phosphoric. Citric acid, Tartaric acid, etc. The precipitate is then separated, for example by centrifugation, and washed with water to remove the remaining sugars except a tiny trace which is practically impossible to remove. The precipitate is then converted into an aqueous suspension by adding water. The suspension as treated beforehand forms the most advantageous product as regards the characteristics currently sought, when it is subsequently treated in the manner which will be described.
However, it is also possible to process what is called whole soy milk, defatted soy milk or a suspension of finely ground soybeans in water, all of these products being known. It is also possible to treat other suspended vegetable proteins in the same way.
The suspension can then be treated as will be described in detail below. However, it should be noted that this isolated soy protein suspension can also be dried and then rehydrated thereafter and processed again in the same manner as described below. Preferably, the isolated soy protein is dried by an expansion spray technique, for example spray drying or the like, because of the retaining power of the redispersion. The dried material can be stored for a period of time or resuspended immediately for further processing. It has been found that the resuspended dried material gives a slightly different end product from the end product obtained by the immediate further processing of the isolated protein suspension.
The technical explanation for this is not fully understood. The final product from isolated, dried and resuspended soy protein is slightly less for uses such as imitation dairy milk, etc.
The pH of the suspension is then adjusted. This is important in order to obtain a final product having high water dispersibility. The pH is adjusted to a range of between about 5.7 and 7.5, and preferably about 6.5 and 7.1. When the pH is less than about 5.7, the water dispersibility of the final product is very low and it is not useful for many purposes. However, such a product when heated as described hereinafter can be used to advantage in cases where a flavor free of bitterness and a product of low dispersibility is useful, for example in baked products, in materials. cereals, etc.
When the pH is above 7.5 and approaching 8, the end product tends to acquire a disadvantageous soapy taste. The level of dispersibility in the final product can be controlled by varying the pH within the range of about 5.7 to 7.5, to match the product to the final food being prepared. It is easy to adjust the pH by adding a food grade alkaline reagent such as sodium bicarbonate, or even washing it with water for a while.
The slurry to be further processed should have a controlled solids content of about 3% to 30% by weight and preferably about 5% to 17% by weight. If this content is less than about 3%, subsequent processing steps are not economically advisable when using a continuous process. Drying is particularly expensive. When the content is greater than about 17% solids, the product obtained does not subsequently lend itself to expansion spray drying techniques such as spray drying using a jet or a rotating jet, or such as a spray installation. hammer mill type, so that other drying techniques must be used to obtain a product which is less advantageous in terms of its functional properties.
When the solids content is above about 30%, a brownish discolouration of the product tends to occur during processing, possibly due to caramelization of the very small amount of sugar that remains in the suspension.
Each small portion of this suspension is then subjected to dynamic instantaneous heating to an elevated temperature, while at the same time it is physically worked dynamically, preferably almost simultaneously. Currently the most satisfactory way of doing this is to pass the suspension through a device commonly called a Jet Cooker. The latter comprises adjacent, normally concentric nozzle orifices, through which the slurry and pressurized vapor used as a heating medium are ejected at high speed in intersecting flow directions, so that each tiny particle of slurry is instantly dynamically heated by steam while it is simultaneously subjected to intense physical labor largely in the nature of shear.
It is believed that the physical treatment of each small portion exposes the disadvantageous substances to further action and that this physical treatment with the high temperature heat treatment weakens and / or breaks the stubborn bond between these substances and the complex protein molecules, to a to such a degree that these substances can be entrained by entraining vapors as described below. This physical processing and heating also tends to remove some of the unique soy flavor, but more importantly, it prepares the material for the later stages of processing.
The temperature range to which the suspension is heated to obtain the desired results is between about 104 and 204 "C, although the temperature should not be in the lower end of this range unless the product is subsequently vented. in a vacuum chamber after keeping it under pressure in a special retention chamber as explained below. Normally, the temperature should be around 141 to 160 "C for best results. If higher temperatures are used above about 1600C, the final product will tend to be gelable, the rate of gelation being generally proportional to the increase in temperature above that range.
Normally temperatures above about 240 "C are not advisable because of the processing difficulties that arise and the poorer quality of the product obtained. With temperatures between about 104" C and 141 "C, the flavor disadvantageous is not entirely removed although high dispersibility is maintained.
The product is introduced into the nozzle of the cooking appliance with positive pressure. This pressure must be close to that of the water vapor injected into the suspension, it must be sufficient to cause a discharge of the suspension at high speed through the nozzle and it must not be greater than the pressure in the pressure chamber. special retention immediately downstream of the nozzle.
Normally the vapor pressure is about 5.60 to 5.95 kg / cm2, the pressure in the slurry duct is slightly higher than the vapor pressure, usually about 5.95 to 7.00 kg / cm2 and the discharge pressure in the chamber downstream of the nozzle is about 5.25 to 5.60 kg / cm2. The pressure drop of the slurry across the nozzle is about 0.35 to 1.05 kg / cm2, depending on other pressures, and often 0.42 to 0.70 kg / cm2.
It is estimated that the time interval of the suspension in the nozzle is about 1 second or less. The nozzle orifice for the suspension is small, about 3.175mm, so that the suspension solids are subjected to severe dynamic physical work as they pass. The vapor mixes intimately with the solids in the ejected suspension. The amount of steam required is not very large, normally sufficient to lower the solids content of the slurry from about 1% to 2% by weight.
Preferably the orifices of the nozzle are concentric, the suspension being ejected from the central orifice, for example, and the vapor being ejected from an annular orifice surrounding the latter, oriented so that its exit path intersects the exit path. of the central hole. However, it would be possible to eject the suspension and the vapor from other orifices. In addition, the adjacent orifices are not necessarily concentric to achieve this interaction.
As indicated above, the vapor and the suspension are ejected into a special retention chamber. This may include an elongated tube through which the mixed suspension and vapor travel from the nozzle at one end of the tube to a controlled pressure relief at the other end.
The discharge can be regulated by a conventional pressure release valve adjusted to allow continuous flow of the process from the nozzle to the relief valve and to its outlet.
This valve regulates the pressure in the retention chamber.
This chamber pressure should be sufficient to prevent significant evaporation of moisture in the chamber, even if the temperature is well above the boiling point of water.
This effect is easily obtained by means of a pressure of about 5.25 to 5.60 kg / cm2. As the slurry and vapor must flow continuously through this pressure chamber, the back pressure of the slurry and vapor must be higher than the pressure in the chamber to ensure this continuous flow.
The heated suspension is kept in the retention chamber for a defined but relatively short period of time for a few seconds to a few minutes, normally about 7 seconds to about 100 seconds. It suffices to maintain the product in this heated state for a few seconds to obtain an optimum product. Time is not too critical in this range, although the longer the suspension is held the more likely the product will gel with subsequent release of pressure, especially at elevated processing temperatures. If you want a degree of gelation, this is an efficient way to do it.
In fact, if the retention time is increased, and / or the temperature of the suspension is increased, and / or the percentage of solids in the suspension is increased, the operator can increase the gelation of the final product by the desired amount and in an adjustable manner.
The pressure on the suspension is then instantly released by discharging the suspension in a zone at reduced pressure, in suitable reception means. This causes part of the moisture to vaporize by expansion in the form of water vapor laden with entrained foul-smelling unpleasant chemicals, or substances of unknown composition from the soy product. The expansion vaporization also causes significant cooling of the remaining slurry due to the heat of vaporization absorbed from the slurry, so that the total time that the product is subjected to the high temperatures is very short and controlled. The separation of the vapors loaded with substances removes the characteristic of unpleasant flavor and odor.
This special treatment of vegetable proteins causes the retention of the high dispersibility of the raw product in the final product. It generally only decreases by 1 to 2%, for example from 87% to about 85% -86% for soy protein materials. This contrasts sharply with the decrease from about 87% to about 20% or less when heat treated according to conventional teachings.
In addition, the product is completely sterilized by this treatment.
As the prior treatment involved marked difficulties at elevated temperatures, sterilization was never entirely satisfactory prior to the present invention. However, because of the rather high temperatures here, and the intimate mixing of the hot steam with the slurry. sterilization is greatly improved.
The zone of reduced pressure into which the suspension is discharged is normally at atmospheric pressure. but sometimes at a pressure below atmospheric pressure. that is to say under a partial vacuum. In either case the vapors should be removed immediately from the slurry, preferably by a stream of air moving through the slurry or by drawing a continuous vacuum at the discharge zone to remove the vapors. The vapors can be condensed specially so as to positively remove the condensate from the collection area of the discharged suspension.
During production, the slurry can be discharged from the regulated back pressure relief valve directly into an open air vessel where the vapors are allowed to rise directly and away from the slurry, or requires them to do so, and they are prevented from condensing so as to allow the condensed substance to flow back into the product.
In order to ensure complete separation of the vapors from the purified suspension, without allowing the vapors to re-condense in the suspension, the suspension and the vapor must be separated immediately after discharge, i.e. immediately after the release of pressure. In this respect, it is disadvantageous to pass the two components through a common duct downstream of the relief valve, and if this is done it should be minimal.
As indicated, the preferred method of physically and thermally releasing disadvantageous substances from molecular protein bundles, for subsequent removal, is through the use of a jet cooker. It is conceivable that it is possible to carry out the violent and intimate physical treatment to break up the protein bundles and expose these substances by using another installation, for example by the shear effect of high pressure pumps, followed by 'momentary heating in a high pressure area, before releasing the pressure and vaporizing by expansion. In addition, presumably the heating effect of the subdivided protein bundles, or the heating plus physical labor can be carried out with another installation, for example a hot zone flow tube or coil.
Such a device causes rapid flow through a constriction tube, an area of which is exposed to a heat source such as a gas flame. Other devices include devices operating on the magneto-necking principle, devices using high-frequency heating and stirring. electrostatic heaters, ultrasonic wave devices, film diaphragm vibration equipment, and reso-jet resonance flame apparatus. In fact. one could combine one or more of these devices with the <(jet cooker to increase the action of physical work.
The product obtained in suspension can then be used directly for food products. This product is white and attractive. If the pH before processing was within the stated limits, the suspension contains most of the material in a partially dissolved state and in a partially dispersed colloidal state which does not tend to settle. Another possibility is to dry it, the dried product having excellent redispersibility in an aqueous medium.
If we then dry the suspension. the product is preferably vaporized by expansion, because a fine and uniform pulverulent product is thus obtained, because the continuous processing is economical and the powder has excellent redispersion properties. Among the expansion drying techniques, spray drying is generally used. The product can be freeze-dried, but this is more expensive. However, if the solids content of the slurry is above about 16 to 17%, expansion drying becomes difficult or impossible. Other drying techniques such as drum drying must then be used. tray drying, etc., but the dried product tends to be quite lumpy.
The dried powder has a very sweet taste. The bitter flavor characteristic of soy protein is gone. the product can be quickly and simply rehydrated into a suspension by simply adding water and stirring. because of its high redispersion power. The product can be used as a substitute for dairy product derivatives, even dried skimmed milk, for various purposes. It does not have the characteristic strong smell or taste of soy. even when heated, and despite its high dispersibility which makes the flavor so noticeable.
The new process not only greatly increases flavor and odor, provides functionality and causes quality sterilization, it also produces a distinct and beneficial change in appearance. That is, before processing, the color is yellowish, especially when suspended. After treatment the product is whitish. When dried, the whitish colored product has the attractive appearance of dried skim milk.
If the product is at least partially gelled by adjusting the operating variables according to the teachings given herein, only partial drying or no drying at all is required.
The following examples illustrate the invention and the preparation of the protein starting material.
Example 1
A. Soybeans are ground and the oil extracted with hexane to obtain flakes commonly known as soybean flour. The flakes are added to an aqueous bath. and adding a food grade alkaline reagent, i.e. sodium hydroxide, until a pH of 10. The material is baked for 30 minutes and then centrifuged. The soy protein material is precipitated from the liquid by the addition of acetic acid until the isoelectric point is reached at a pH of about 4.7. The precipitate is washed with water and then added to water to obtain an aqueous suspension having a solids content of 15% by weight.
B. The pH is then adjusted to 6.7 by adding sodium bicarbonate.
C. The suspension is then passed through a jet cooker under a pressure of 5.95 kg / cm2, while simultaneously ejecting the steam from the jet cooker under a pressure of 6.65 kg / cm2 into a holding chamber under a pressure of 5.25 kg / cm2.
The steam heats the suspension through the jet cooker up to a temperature of 143 C. After 7 seconds, progressive portions of the heated suspension are suddenly discharged into a receiver at atmospheric pressure or at a pressure lower than this, which causes vaporization by expansion of vapors loaded with substances having a foul taste and odor.
The suspension is cooled by expansion vaporization. The vapors charged with these substances are removed from the purified suspension.
D. The slurry is pressure-dried in a spray dryer to a moisture content of 3%.
Example 2
Steps A and B of Example 1 are carried out, but in Step C the suspension is heated to 127 ° C., kept in the retention chamber for 15 seconds and then ejected under pressure into a vacuum chamber.
Example 3
Stage A is carried out as in Example 1, then the pH is adjusted to 5.7 in Stage B. In Stage C, when the suspension is passed through the jet cooker, it is heated to a temperature of 171 ° C, holds it for 30 seconds under pressure before discharging. When the product is discharged and vaporized by expansion, it is partially gelled.
Example 4
Ground soybeans, having their full fat content, but without the husks, are introduced into the water to obtain an aqueous suspension having a solids content of 20%. The suspension is passed through a jet cooker at a pressure of 5.25 kg / cm2, with steam and heated to 155 ° C. The suspension is maintained under a pressure of 4.9 kg / cm2 for 50 seconds then discharge to atmospheric pressure The suspension obtained is dried on a drum and then used as animal feed.
Example 5
Steps A and B of Example 1 are carried out except that the pH in Step B is equal to 7.1. The slurry is then passed through a high pressure pump and then subjected to a pressure of several tens of kg / cm2, then passed through a hot zone flow tube and rapidly heated to a temperature of 121 " C, maintains it under pressure for 12 seconds and then discharges it into a vacuum chamber from which the vapors laden with substances are removed, and the product is then freeze-dried.
The functional characteristics of the new product include the ability to serve well as a binding agent for water and fat in the slurry for homogeneous dispersion of these rather than their separation. This facilitates its utility in many products as direct substitutes for dairy products. In addition, it is very useful as a high protein, low calorie food. The protein content can be varied greatly depending on removing other components such as sugars, fiber, etc., initially, adding controlled amounts of isolated soy protein (about 90% or more of proteins) to suspension before physical and heat treatment stages, etc.
As long as the product can be used as a liquid suspension with an edible liquid carrier such as water which dissolves some of the protein and keeps the rest in a finely divided suspension, it is useful for high strength beverages. in proteins of various types, as a liquid protein additive to food products or as a thickening agent.
The product can also be used in powder or flake form as a cereal, as an additive to increase the protein content of foods such as spaghetti and macaroni, as a thickening agent for foods, and as a protein additive, for example for cooking. meat or meat imitations. It could be used as a basic ingredient for desserts, as an additive to baked goods such as cakes, cookies and bread. Even when used in products that are baked, roasted, fried, baked or otherwise heated, no unpleasant odor appears with the presence of the soy product, eliminating an important objection. to its use by various sectors of the food industry.
The new product can be converted in powder form into a paste which results in a high protein spread with selected tastes.
It can also be used in the form of a partially or fully gelled product useful for high protein, low calorie desserts, thickening agents, confectionery products or fruit imitations of various types.
Other food items which can be prepared with the product itself or as additives include bleaches for coffee, spun protein fiber, in ice cream or as an ice cream mimic, candy, ice cream. cake batter, cookies, chocolate, in butter and oleomargarine, in snack sauces, snack chips, sauces, e.g. white sauce, cheese sauces and hollandaise sauce, as thinning agents for meats, such as in sausages, for filling pies, in frozen desserts, for whipped creams, and marshmallows. Present experiences have produced many other remarkable uses of novel, very low calorie, non-dairy, vegetable protein food products.
The new product can also be added to dairy products in various special ways to obtain completely new food products.