СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕННЫХ ПРОДУКТОВ, В ЧАСТНОСТИ БЕЛКОВ, ИЗ ПРИРОДНОЙ СМЕСИ ВЕЩЕСТВ
METHOD OF THE VALUABLE FOODS PRODUCTION, IN PARTICULAR, PROTEINS, FROM THE NATURAL MIXTURE OF SUBSTANCES

Настоящее изобретение относится к способу получения ценных продуктов, в частности белков, из природной смеси веществ.
В данном случае, используя настоящее изобретение, как можно более всесторонняя обработка данной смеси веществ заключается в обработке с получением ценных продуктов.
В DE 19529795 С2 описан способ, который позволяет получать масла или жиры. В данном способе водную массу разделяют на центрифуге на твердый и жидкий компоненты. К водной массе добавляют фракцию 5-75 масс. %, на основе жидкой фракции массы, органического растворителя. В данном документе DE 19529795 C2 решается проблема выделения прозрачной масляной фазы, водной фазы и твердой фазы, не содержащей масла, из водной суспензии. Данный способ оказался по существу успешным в отношении получения масел, восков и жиров.
Известные способы получения белков представляют собой получение белкового изолята при щелочном pH или получение белкового концентрата при кислом pH, которые предпочтительно используют в случае муки, экстрагированной гексаном, но которые, в сочетании со способом DE 19529795 С2, неприменимы к белок-лецитиновой смеси без предшествующей стадии энергоемкой сушки.
В литературе приведены дополнительные публикации, касающиеся получения белковых продуктов из обезжиренного сырья, например, Kroll et al., "Rapssamenproteine - Struktur, Eigenschaften, Gewinnung und Modifizierung" [Белки семян рапса - Структура, свойства, получение и модификация], Deutsche Lebensmittel-Rundschau, номер 3, 2007, с. 109.
Данные способы обычно исходят из обезжиренного сырья. Обычные тестируемые содержания масла составляют от 1 до 4%. В противном случае, проводят экстракции растворителем для снижения значения содержания масла до неизбежного минимума. Таким образом, данное сырье должно быть обезжирено, поскольку масло неоднократно служит помехой в известных способах. Оно всегда остается в водной фазе и, вследствие этого, является частью сухого вещества. Вследствие этого, оно остается в отжатом белковом осадке или белковом концентрате, иными словами, в виде примеси белка.
В некоторых способах также используются методики с использованием фильтров. Фильтры могут блокироваться масляной фракцией, которая присутствует в эмульгированной форме. С этим связаны потери белка в белковом изоляте.
Это общепринятый подход к получению белкового концентрата: промывка муки (тщательно обезжиренной), которая обеднена растворимыми экстрагированными веществами. Ценность обезжиренных промежуточных продуктов главным образом зависит от концентрации сопутствующих веществ, таких как волокна, сахара и вторичные растительные вещества (Menner, М. et al. "Fraktionierung pflanzlicher Rohstoffe zur simultanen Erzeugung von Lebensmitteln, technischen Rohstoffen und Energieträgern" [Фракционирование растительного сырья для одновременного производства продуктов питания, сырья для промышленности и энергоносителей], Chemie Ingenieur Technik, том 81, издание 11, страницы 1743-1756, Ноябрь 2009).
Данные сопутствующие вещества также включают полифенолы, такие как синапин. Для того чтобы отделить данные вещества, выбирают сильные разведения, также денатурируют белки (температура, спирт), ферментативно разрушают целлюлозу с образованием короткоцепочечных углеводов; данные способы выбирают для возможности лучшей экстракции веществ.
Остаются белковые концентраты, белковая фракция которых повышена, если предварительно проводили шелушение, которое снижает фракцию шелухи и/или фракцию целлюлозы.
Общим между всеми способами является то, что растворимые белки (альбумины, некоторые глобулины) экстрагируются совместно с полифенолами, углеводами и другими растворенными веществами.
Другие подходы основываются на очень тонком измельчении, но затем также от белка нужно отделять фрагменты целлюлозной шелухи. Чем они меньше, тем сложнее классификация и отделение вещества, в общем. Фаза белкового концентрата остается загрязненной. Таким образом, механическое измельчение муки/отжатого осадка или интенсивное сдвигающее усилие, прикладываемое к дисперсии муки или отжатого осадка, возможно дополнительно связанное с ферментативной обработкой, всегда приводит к меньшим целлюлозным остаткам вплоть до короткоцепочечных углеводов. В приложении (фиг. 4а, б) можно видеть, в качестве примера, что измельченный отжатый осадок имеет максимум в гранулометрическом распределении примерно на уровне 600 мкм, и только слабовыраженный относительный максимум на уровне 8-10 мкм.
Посредством сдвигающего усилия объемная доля глобального максимума на уровне приблизительно 600 мкм невыгодно снижена с приблизительно 5,5% до приблизительно 4,5%, и, вследствие этого, относительный максимум небольших частиц на уровне приблизительно 8 мкм увеличивается до более чем 1%. Белковая фаза в результате является более серой.
Данные небольшие частицы сложно отделять от белка. В качестве способа остается экстракция, в сильных разведениях или многостадийная.
В DE 102011050905 А1 дополнительно описан способ получения белков из природных смесей веществ, при котором природную смесь веществ сначала тонко измельчают и возможно, путем добавления жидкости, обрабатывают с образованием свободно текучей массы. Кроме того, способ имеет следующие стадии: доведение pH массы до щелочного уровня; добавление по меньшей мере одного водорастворимого органического растворителя после доведения pH массы; и отделение белковой фазы от массы после добавления водорастворимого растворителя. Кроме того, описано отделение от массы твердой фазы, имеющей фракцию шелухи, перед данной фазой отделения. Поддержание последовательности данных стадий является особенно преимущественным. В данном случае, в отличие от DE 19529795 С2, перед добавлением водорастворимого органического растворителя pH массы доводят до щелочного диапазона. В результате, растворимость белков в водной среде повышается, они частично солюбилизируются и, если они не полностью растворяются, то по меньшей мере находятся в растворе, будучи тонко распределенными и объемными, а не в компактной форме, как остальная твердая фаза. Полной солюбилизации белков мешает присутствие белок-лецитиновой смеси. После доведения pH добавляют органический водорастворимый растворитель, в результате чего, помимо прочего, масло, в частности триглицериды и неполярные вещества, вытесняется из солюбилизированной белковой суспензии.
Способ DE 102011050905 А1, таким образом, позволяет получать белки высокой чистоты, так как, помимо прочего, благодаря повышению растворимости белков, связи, например с примесями целлюлозы и/или шелухи и тому подобное, также очевидно ослабляются.
Обычно, первая стадия представляет собой процесс прессования для обезжиривания или частичного обезжиривания. В данном случае шелуха образует основу для образования фильтр-прессного осадка. Даже в случае очищенных от шелухи семян во время прессования остается необходимый минимум шелухи.
В результате процесса прессования происходит прилипание белков к шелухе. В данном случае, чем выше давление при прессовании или температура, тем плотнее семядоля прилипает к шелухе и тем сложнее затем отделить ее от шелухи для получения белка. Этим вызваны потери белка.
С учетом вышесказанного, тем не менее, целью изобретения остается дальнейшая оптимизация получения ценных веществ из природной смеси веществ.
Данная цель достигается в изобретении посредством признаков по п. 1.
Дополнительные преимущественные воплощения изобретения представляют собой предмет подпунктов.
Ниже в данном документе преимущественный вариант способа по изобретению будет объясняться более подробно, где также будут использованы графические материалы. В графических материалах:
На фиг. 1 показан декантатор 1, имеющий подающее устройство 2, где шелуха 3 отделяется от остальной массы 4;
На фиг. 2 схематично показаны: сверху - контейнер шелухи от отжатого осадка теплого прессования, имеющей белое налипание белка, и снизу -шелуха от отжатого осадка холодного прессования, без налипания белка.
На фиг. 3 показаны схематичные изображения стеклянных пробирок, содержащих образцы.
На фиг. 4а, б показаны диаграммы, которые иллюстрируют эффект сдвигового усилия на измельчение шелухи.
Способ по изобретению предпочтительно имеет следующие стадии:
Стадия А:
Предоставленный исходный материал представляет собой природную смесь веществ из семян, имеющих твердую раздробленную шелуху, в частности:
- цельных семян/плодов бобовых,
- цельных семян подсолнечника (семена или плоды Helianthus annuus) или соевых бобов, и/или
- цельных семян/плодов Brassicaceae, в частности плодов рапса. Смесь веществ в контексте данной заявки может состоять из цельных, но раздробленных, семян.
В качестве альтернативы, смесь веществ может также состоять из предварительно обезжиренного продукта, в частности «промежуточного продукта», иными словами фильтр-прессного осадка, который остается в виде остатка после экстракции масла после «предварительной стадии», например, отжима масла, в частности с использованием пресса (например, винтового пресса).
Особенно предпочтительным является то, что обрабатываемый исходный материал представляет собой «промежуточный продукт, полученный накануне», иными словами, спустя не более, чем 31 день после предварительной стадии.
Семя может быть свежесобранным, или также быть собранным несколько дней, недель или месяцев назад, промежуточная стадия (прессование) должна проходить незадолго до или даже непосредственно перед дальнейшей обработкой для того, чтобы после экстракции масла, материал - семя - не изменился слишком сильно.
Весьма предпочтительным является то, что обрабатываемый исходный материал представляет собой «свежий материал», иными словами, прошло не более чем 3 дня, и предпочтительно даже меньше чем 48 часов или 24 часа, или 12 ч или меньше чем 1 ч после предварительной стадии или предварительной обработки (экстракция масла).
Используя материал, полученный вскоре после предварительной стадии, достигают хороших результатов, и, используя свежий материал, обычно достигают еще более лучших результатов в отношении выхода и чистоты ценных продуктов.
Фильтр-прессный осадок может иметь остаточное содержание масла, которое может также составлять 20 % и выше. Несмотря на такие высокие остаточные содержания масла, получение белковой фазы по изобретению также просто достигается.
Стадия Б:
В том случае, если смесь находится в неизмельченной форме: измельчение смеси веществ со стадии А) для дезинтеграции шелухи. Если используют фильтр-прессный осадок, данный осадок дезинтегрируют, в идеале сразу после прессования, еще теплым. Таким образом, измельченный материал - тип гранул - образуется из фильтр-прессного осадка. Смесь веществ, которая предварительно (частично) обезжирена посредством процесса прессования, обычно только измельчают, например, размалывают, или в любом случае шелуху дезинтегрируют.
Стадия В:
Смесь веществ со стадии А) или Б), которая предоставлена и измельчена, диспергируют с водой. К одной части «измельченного продукта» добавляют предпочтительно вплоть до максимум 8, предпочтительно вплоть до максимум 5 частей воды. Затем, воду и измельченный продукт перемешивают, таким образом, чтобы образовывалась свободно текучая масса и/или дисперсия. Перемешивание продолжается предпочтительно в течение более чем 30 мин, в частности в течение более чем 1 ч.
Стадия Г)
Далее, pH массы (I) со стадии В) доводят до щелочного уровня; предпочтительно, pH массы или дисперсии доводят щелочным раствором до pH 10-11. В ходе этого (осторожно) продолжают перемешивание. Время перемешивания предпочтительно составляет больше чем 30 мин, предпочтительно оно составляет 1 ч или более.
Стадия Д)
На данной дальнейшей стадии добавляют по меньшей мере один водорастворимый органический растворитель после доведения pH массы на стадии Г. Предпочтительно, дисперсию, pH которой был доведен до щелочного уровня, доводят до концентрации спирта 20-15% или ниже, в частности 12% EtOH, используя спирт EtOH (предпочтительно крепостью 30-60%). В соответствии с количеством воды используемого спирта, количество воды на стадии В можно уменьшать за счет воды, присутствующей в спирте, в частности в EtOH крепостью 30-60%. Вследствие этого, шелуха отделяется от эндосперма (семядоль) с остаточным маслом, и ее можно отделять, в частности центрифугированием.
Стадия Е)
Таким образом, На стадии Е) от массы отделяют твердую фазу, которая содержит шелуху в качестве преобладающей фракции, предпочтительно на центрифуге в поле центробежных сил, или массу очищают от твердых фракций шелухи, в частности в декантаторе.
Данная стадия проиллюстрирована на фиг. 1, на которой показан декантатор 1, имеющий подающее устройство 2, где шелуху 3 отделяют от оставшейся массы 4.
Более легкую фазу, полученную разделением фаз с помощью центрифугирования, ниже в данном документе также иногда называют верхней фазой, а твердую фазу - тяжелой фазой. Средняя фаза будет находиться соответственно посередине в соответствии с ее плотностью.
На фиг. 2 лишь схематично показаны: сверху - контейнер шелухи от фильтр-прессного осадка теплого прессования, имеющей белое налипание белка, и снизу - шелуха от фильтр-прессного осадка холодного прессования, без налипания белка.
Стадия Ж)
В любом случае, весьма по существу не содержащую шелухи массу со стадии Е) затем дополнительно обрабатывают. Предпочтительно, из не содержащей шелухи массы осаждают растворенную белковую фракцию, которая, вместе с нерастворенной или солюбилизированной белковой частью, образует фракцию, творожистый осадок. pH в данном случае снова дополнительно сдвигается в кислый диапазон, в частности в диапазон pH от pH равною 4,5 до pH равного 7.
Стадия З)
Затем не содержащую шелухи массу, pH которой был сдвинут обратно в кислый диапазон, разделяют - предпочтительно на центрифуге, в частности по меньшей мере в одном декантаторе или в сепараторе - на ценные фазы за одну или две стадии, из которых одна фаза представляет собой фазу белкового концентрата.
Особенно предпочтительно, происходит разделение на следующие две или три фазы:
- масляная фаза
- водная фаза (содержащая полифенол, углевод и синаповую кислоту)
- фаза белкового концентрата (ниже в данном документе также называемая «белковым творожистым осадком»)
или
- водная фаза, содержащая альбумин и остаточное масло; и
- фаза белкового концентрата (белковый творожистый осадок);
Затем проводят разделение двух фаз, когда сырье относительно сильно обезжирено и/или находится связанным в твердой фазе, или в том случае, если на стадии 1 не осуществляли интенсивного сдвигового действия в отношении жидкой фазы. На подстадиях также может осуществляться добавление воды или спирта, или щелочного раствора или тому подобное. Масло в виде более легкой фазы содержит триглицериды и представляет собой одно из ценных получаемых веществ.
Предпочтительно, температура во время всех стадий способа составляет ниже 60°С, в частности ниже 50°С, предпочтительно от 40°С до 50°С, в результате чего можно получать особенно ценные продукты.
Денатурация белков представляет собой процесс, зависящий от температуры и времени. Кроме того, существует условие спиртовой среды. Чем выше температура, тем быстрее происходит денатурация белка. В водной среде, даже в случае действия нагревания 45-50°С, нельзя ожидать необратимой денатурации белка. Однако, ситуация меняется с концентрацией спирта. Даже при температуре окружающей среды в присутствии сильно концентрированного спирта можно наблюдать осаждение белка. Чем ниже концентрация спирта, тем выше должна быть температура для денатурации белков. Или, наоборот: чем более спирт разбавлен водой, тем выше может быть рабочая температура без необратимо поврежденных белков.
Вследствие этого, выбирают как можно более высокую температуру (для чистой воды), то есть по возможности достигающую 60°С, для выхода в раствор как можно большего количества веществ, таких как белки, лецитины, гликолипиды и т.д. Вследствие этого, целлюлозу, лигнин и соли, такие как фитат Ca, можно отделять в виде нерастворимых компонентов или с фракцией шелухи. Однако следует убедиться в том, что температура остается достаточно низкой в соответствии с технологическими параметрами времени и концентрации спирта (при необходимости, давления).
Осажденные белки находятся в виде белкового творожистого осадка (тяжелая фаза). Они образуют еще одно из ценных получаемых веществ. Данная фаза может быть быстро высушена до порошка.
В целом, получают фазу белкового концентрата, которая также имеет привлекательный вид и, следовательно, может легко использоваться далее, и которой по шкале классификации цвета RAL может быть приписаны значения RAL 1015 (светлый цвет слоновой кости) или RAL 1013 (белый цвет с зеленовато-серым или желтовато-серым оттенком). Стандартизованные цвета обозначаются цветом RAL (RAL GmbH, подразделение Института RAL). Каждому цвету приписывают четырехзначный индекс цвета. Теоретически, для способа можно использовать любой фильтр-прессный осадок.
Преимущественные температурные характеристики для стадий способа А-З не связаны с температурой прессования при образовании фильтр-прессного осадка при получении масла. Чем выше была температура на предшествующих стадиях процесса, тем более коричневой становится белковая фаза или творожистая фракция. Во-первых, это обусловлено реакцией Майларда сахаров с белками и, во-вторых, окислением фенолов. По сравнению с DE 102011050905 А1, в частности посредством использования оптимизированного выбираемого исходного материала (предпочтительно, рапсовый фильтр-прессный осадок холодного прессования, предпочтительно очень свежий), получают особенно привлекательный, особенно легко используемый далее продукт.
Использование материала холодного прессования, в частности рапсового фильтр-прессного осадка холодного прессования (температура во время прессования преимущественно ниже 70°С, особенно предпочтительно даже ниже 60°С) в качестве исходного материала и/или в качестве предоставляемой смеси веществ, является особенно преимущественным. Материал теплого прессования подвергают во время прессования значительно более высоким температурам (вплоть до выше 100°С). Посредством использования материала холодного прессования в качестве исходного материала для способа по изобретению, можно получать белковую фазу или «белковую или творожистую фазу», имеющую значительно более лучшие свойства (в частности, в отношении цвета значительно более яркую и, вследствие этого, более удобную для обработки) и с заметно более высоким выходом, чем при использовании исходного материала теплого или горячего прессования. Это не было ранее признанно в предшествующем уровне техники. Это обусловлено тем, что обычные способы на основе прессования рапса нацелены на высокий выход масла, в связи с чем, во время прессования с готовностью используют относительно высокие температуры. В качестве побочного эффекта, необходимо отметить, что синапин (полифенол) разрушается, что само по себе было бы полезно для белковой фракции. В способе по изобретению исходное, то есть непониженное, содержание синапина в осадке холодного прессования, однако, тем не мене, не является проблемой для конечного продукта, так как полифенольные соединения по существу не найдены в творожистой фазе, так как они переходят в водную фазу.
Таким образом, творожистой фазе, которая согласно способу по изобретению была получена из фильтр-прессного осадка, дополнительно предварительно обезжиренного гексаном, скорее должен был быть приписан буровато-желтый цвет RAL 1024 или цвет слоновой кости 1014. Обработка предпочтительно проходит под давлением окружающей среды.
В водной фазе также еще присутствуют ценные компоненты, в частности, она имеет относительно высокое содержание альбумина. В этом отношении фильтрация водной фазы из S8 для концентрирования альбумина является разумной и преимущественной для того, чтобы данным образом получать альбуминовую фазу в качестве дополнительного ценного вещества.
Особенно преимущественный вариант способа может быть проиллюстрирован со ссылкой на следующий пример. В данном случае, процессы проходят через множество стадий «S»:
S1. Исходный материал в данном примере представляет собой фильтр-прессный рапсовый осадок (а также муку семян подсолнечника или муку соевых бобов), в идеале спрессованный в мягких и холодный условиях, с обычными остаточными содержаниями масла 20%; более высокие содержания также не являются проблемой.
S2. Отжатый осадок дезинтегрируют, в идеале сразу после прессования, еще теплым.
S3. Гранулы осадка диспергируют с водой (одна часть отжатого осадка и максимум шесть частей воды) и осторожно перемешивают (1 ч).
S4. Данную дисперсию нужно довести до pH 10-11, используя щелочной раствор, и осторожно перемешать, обычно в течение 1 ч.
S5. Дисперсия S4 должна быть доведена до концентрации EtOH 12%, используя EtOH (предпочтительно крепостью 30-60%), вследствие этого количество воды на стадии 3 уменьшают за счет воды, присутствующей в данном EtOH крепостью 30-60%.
S6. Шелуху, таким образом, отделяют от эндосперма (семядоль) с остаточным маслом, и ее можно отделять центрифугированием.
S7. Осаждение белка из верхней фазы посредством подкисления до уровня pH предпочтительно равного от 4,5 до 7,2 (верхняя фаза: легкая фаза разделения стадии S6, имеющая pH предпочтительно от 9,7 до 10,5) во время разделения: масло - водная фаза - фаза белкового концентрата (белковый творожистый осадок) или разделения на фазу масло/вода и фазу белкового концентрата; данную стадию можно поддерживать интенсивным сдвигающим усилием для облегчения высвобождения масла.
S8. Отделение осажденных белков в виде творожистого осадка (тяжелая фаза (обычно твердая фаза или здесь творожистая.; фаза)) и возможно триглицеридов (в виде легкого масла) из верхней фазы (легкая фаза), в частности, центрифугированием.
S9. Фильтрация водной фазы из S8 для концентрирования альбумина.
В качестве дополнительной стадии 10 здесь можно упомянуть повторную промывку творожистого осадка некрепкой смесью EtOH-вода, представляющую собой повышение чистоты.
Мокрое отделение шелухи от растворенных и набухших белков с, происходящей параллельно, вытесняющей экстракцией триглицеридов (масляная фаза) из фильтр-прессного осадка, содержащего масло или остаточное масло, или муки бобовых и параллельно протекающая экстракция полифенолов также являются особенно преимущественными.
Преимущества способа по изобретению являются следующими:
1. Слабые разведения: вследствие этого, низкие объемные скорости потока в процессе,
2. Более высокие концентрации полифенолов во время экстракции в водной фазе (стадии способа 2-5),
3. Нативные белки в конечном продукте, так как процесс осуществляют максимум при 50-55°С или ниже,
4. Высокие выходы белка с вплоть до 45% (вплоть до 70%) в «творожистой фазе» плюс приблизительно 22-24% в альбуминовой фазе,
5. Более ценный конечный продукт, поскольку шелуха и полифенол, углевод, фитиновая кислота или фитаты, лигнин и целлюлоза полностью удалены или их содержание уменьшено, содержится «нативный» белок, поддающаяся набуханию фракция которого остается поддающейся набуханию, фракция, отделяемая в водных условиях, остается водорастворимой, фактически не содержащей триглицеридов (масла), низкие значения остаточного масла (главным образом полярные липиды),
6. Неблагоприятные условия для роста микроорганизмов благодаря тому, что небольшая концентрация спирта упрощает гигиену процесса, и
7. Спирт может циркулировать в разбавленном виде.
Повторные стадии S1-S2
Вместо экстрагирования нежелательных веществ из сильно обезжиренной, очень тонко измельченной рапсовой муки или рапсового отжатого осадка в качестве исходного материала - что является общепринятым в известных способах - здесь, сначала шелуху отделяют во влажном состоянии. Этого достигают в многостадийном процессе сначала посредством дезинтеграции отжатого осадка, без дополнительного измельчения фрагментов семян.
В частности, важно оставлять шелуху такой крупной, как это возможно. Предпочтительно, она должна иметь медианный диаметр 0,5 мм или более. Капли масла не должны быть больше, важно, чтобы они представляли собой не индивидуальные молекулы или небольшие ассоциации молекул, а скорее «частицы».
Затем, добавляют воду и в щелочных условиях смесь осторожно перемешивают. Посредством этого отделяют водорастворимую часть белков, другая часть набухает. Добавление водного спирта замещает свободные триглицериды из дисперсии в виде особенно легкой фазы. Пектины, в частности фосфатидилхолин, растворимы при низких концентрациях спирта (см. ЕР 1272048 В1 и связанное с ним семейство патентов-аналогов).
В данном сочетании щелочной раствор - водный спирт, существует две или три фазы:
1) Тяжелая = шелуха и 2) легкая = белок-лецитин-полифенол-углевод вместе с масляной пеной; или
1) Тяжелая = шелуха, 2) центральная = белок-лецитин-полифенол-углевод, 3) легкая = триглицерид, предпочтительно отделимый, таким образом, предпочтительно путем центрифугирования в эксперименте в стеклянной пробирке или в промышленном масштабе.
Чем более удачным является отделение шелухи, тем ниже потери белка и чище конечный продукт. Даже шелуха, набухшая вплоть до семи раз в результате добавления воды, тяжелее, чем белки в спиртово-водной дисперсии. Это является существенным для разделения самотеком. Однако разделение делается тяжелее в результате адгезии твердых тел: алейроновых зерен, содержащих белок (сотовый слой) с шелухой. Данные клетки являются толстостенными. Так как клеточная мембрана фактически всех клеток содержит лецитины (помимо белков и т.д.), в таком случае, подходящими средствами адгезию можно минимизировать путем «выхода в раствор» лецитинов.
Особенно, это достигается тем, что водная фаза имеет концентрацию спирта 5-40% (см. стадии S2-S4), в идеале от 12% до 20%.
В связи с этим, особенно важным является качество исходного материала. Обычно, в случае осадка холодного прессования, остаточное содержание масла выше. Это не мешает способу, представленному в данном документе. Наоборот: нежное прессование является чрезвычайно полезным, чем более умеренной является температура прессования и чем ниже давление прессования, тем легче последующее разделение шелухи и семядоли (зародышевые слои, внутренняя часть семени).
Способ также можно применять к «традиционному», то есть фильтр-прессному осадку горячего прессования, за исключением того, что в данном случае выходы белков соответственно ниже.
Повторные стадии S2-S4) Получение дисперсии
Получение дисперсии с водным раствором щелочи и спирта имеет две цели: во-первых, отделение от шелухи, во-вторых, экстракция фенольных соединений, таких как синапин, из сырья. В данном случае, увлажнение жидкостью является важным. Однако сдвигающее усилие в случае получения дисперсии на стадиях 2-5 приводило к образованию очень небольших частиц, что приводило к примесям в разделенных фазах. Без применения головной мешалки со сдвигающими усилиями или без использования пилообразной дисковой мешалки на стадиях 2-5, содержание белка в белковой фазе (после стадии 7 и сушки) составляло: более 60% в расчете на свежий материал.
Используя головную мешалку со сдвигающими усилиями или используя мешалку со сдвигающими усилиями Frisam, содержание белка в белковой фазе (после стадии 7 и сушки) составляло: приблизительно 50% в расчете на несвежий материал.
Другой тест проводили с использованием отжатого остатка с экспеллера горячего прессования. Количество шелухи, отделимое на первой стадии, уменьшается в результате сдвигающего усилия с 20% до 16%, и в то же самое время количество белка, способного к осаждению из прозрачной фазы, возрастает с 38% до 42%. Чистота остается относительно постоянной и низкой на уровне 39-40%.
Т=50°С, время реакции 30 мин (повторная стадия S5) спиртовая среда
Помимо раствора лецитинов в водно-спиртовом состоянии, для улучшенного отделения, во-первых, шелухи и, во-вторых, триглицеридов отделение вещества в слегка спиртовых условиях дополнительно имеет преимущество, заключающееся в том, что рост микроорганизмов в данном процессе становится более затруднительным. Это является значительным преимуществом, по сравнению с исключительно водными способами, и облегчает очищение на месте.
Повторная стадия S6) разделение 1
На фиг. 1, «холодный представляет собой отжатый осадок холодного прессования; теплый представляет собой отжатый осадок теплого прессования; горячий представляет собой кондиционированный отжатый осадок горячего прессования», пример:
В1) отжатый осадок холодного прессования: 17% тяжелой фазы в виде фракции шелухи из сырья с 20% белков отжатого осадка и 83% верхней фазы в виде фазы белок-полифенол-масло-фосфатид, имеющей 80% белков отжатого осадка.
2) отжатый осадок теплого прессования: 26% тяжелой фазы в виде фракции шелухи из сырья с 30% белков отжатого осадка и 74% верхней фазы в виде фазы белок-полифенол-масло-фосфатид, имеющей 70% белков отжатого осадка.
В3) отжатый осадок горячего прессования: 30% тяжелой фазы в виде фракции шелухи из сырья с 50% белков отжатого осадка и 70% верхней фазы в виде фазы белок-полифенол-масло-фосфатид, имеющей 50% белков отжатого осадка.
Повторная стадия S7) осаждение белка
Из верхней фазы (верхняя фаза = легкая фаза) разделения стадии S6 белки осаждают посредством сдвига pH к диапазону от 4,5 до приблизительно 7. Водорастворимые белки (набухающие белки) образуют, вместе с осажденными глобулинами, белковую фракцию «белкового творожистого осадка». Жидкость в данной фракции имеет такой же состав, как жидкость средней фазы (верхняя фаза без триглицеридов). Однако так как творожистая фаза составляет только 10-30% сырья, (содержащего 15-25% сухого вещества), количественно, также в творожистой фазе может быть найдено по существу меньшее количество полифенолов, чем в средней фазе, даже при том, что концентрация полифенолов, на основе воды, является такой же.
Белковая фаза водорастворимых, но набухших белков с глобулинами, вследствие этого, доступна, являясь обедненной полифенолами. Данное сочетание щелочно-спиртовых условий на стадиях S2-S5 с последующими кислотно-спиртовыми условиями для осаждения белков представляет собой очень хорошие условия для экстракции полифенолов. Неожиданно, в случае семени рапса (синапин и производные), в данном документе были подтверждены результаты наблюдения за другими полифенолами (среди прочего, тирозол и производные) из других областей, таких как обработка плодов оливы, хотя в суспензии находятся заметно более реакционноспособные вещества, такие как белки и сахара.
Разведения, как описано в литературе, вследствие этого устаревают для достижения эквивалентных степеней экстракции полифенолов в качестве водных систем (как например, опять же в Kroll et al., "Rapssamenproteine -Struktur, Eigenschaften, Gewinnung und Modifizierung" [Белки семян рапса - Структура, свойства, получение и модификация], Deutsche Lebensmittel-Rundschau, издание 3, 2007, с. 109).
Так как чистый триглицерид вытесняется из жидкости в виде легкой фазы, остаточное содержание масла в белковом конечном продукте может быть снижено ниже 15%, также ниже 13% на основе сухого вещества.
Так как температуры во время всего процесса могут быть менее 50°С, также возможно говорить о нативном конечном продукте.
Подвергание массы сдвигающему усилию для дальнейшей переработки перед стадией разделения стадии З) (перед отделением масла) и после стадии Е) или Ж) по п. 1 является преимущественным для улучшения вытесняющей экстракции. Данное сдвигающее усилие можно осуществлять, используя устройство, обеспечивающее сдвигающее усилие, такое как гомогенизатор или высокопроизводительную мешалку, для получения, таким образом, еще больше масла.
На фиг. 3 показаны образцы, в которых сдвигающее усилие осуществляли в течение разных периодов времени (0 мин, 2 мин, 5 мин, 10 мин). Можно видеть, что на правой картинке высвобождается больше масла (верхние кольца в стеклянной пробирке с образцом). В результате процесса сдвига локально образуются более высокие давления.
Сдвигающее усилие, с использованием устройства, обеспечивающего сдвигающее усилие, можно осуществлять в непрерывном процессе. В целом, предпочтительно осуществляют непрерывный процесс.
S8: Отделение белков в виде творожистого осадка посредством декантатора или сепаратора.
Для повышения чистоты белковый творожистый осадок можно промывать. Творожистый осадок можно затем высушивать до порошка.
S9: Затем, преимущественно, можно осуществлять экстракцию альбумина.
Подводя итог вышесказанному, также предложен преимущественный способ получения белков из природных смесей веществ, имеющий следующие стадии: А) предоставление природной смеси веществ из семян, имеющих жесткую способную к измельчению шелуху, Б) измельчение смеси веществ, как бы то ни было, для дезинтеграции шелухи без слишком тонкого ее диспергирования (предпочтительно, размер измельченных фракций шелухи в гранулометрическом распределении наподобие фиг. 4 должен составлять от 100 до 2000 мкм, в частности, имея максимум от 300 мкм до 900 мкм, в частности около 600 мкм, в каждом случае при относительной частоте более чем 5 %); В) диспергирование измельченной смеси веществ со стадии А) или Б) с водой; Г) доведение pH массы (I), полученной на стадии В) до щелочного уровня pH более 9,5; Д) добавление к массе стадии В) водорастворимого органического растворителя, спирта, после доведения pH массы на стадии Г); Е) отделение твердой фазы, которая содержит преобладающую фракцию шелухи, предпочтительно на центрифуге в поле центробежных сил; Ж) сдвиг pH массы со стадии Е), которая освобождена от шелухи, в диапазон pH от 4,5 до 7,2, и З) разделение массы, не содержащей шелухи, pH которой был сдвинут обратно в кислый диапазон - предпочтительно на центрифуге, в частности по меньшей мере в одном декантаторе - за одну или более чем одну стадию на следующие три фазы с ценными веществами: масляная фаза, содержащая триглицериды; водная фаза, содержащая альбумин, и фаза белкового концентрата (белковый творожистый осадок).
Еще более преимущественно, если фаза творожистого осадка высушена. В данном документе преимущественным является выпаривание из творожистого осадка какого-либо количества все еще присутствующего спирта, предпочтительно под вакуумом, для поддержания низкой температуры, и затем высушивание водного творожистого осадка, не содержащего спирта, до порошка. С этой целью, подходящей является, например, мельница-осушитель. Таким образом, предложен устойчивый при хранении, легкий в обращении и также приспособленный для транспортировки продукт.
Полезные свойства могут быть проиллюстрированы со ссылкой на белковую фазу, полученную в эксперименте:
Эксперимент 1 (для стадий А-Е): опытная партия: 95 кг водопроводной воды + 23 кг рапсового семени (теплое прессование) загружают в смесительный бак и нагревают до 40°С (стадии А и В). Затем, данная смесь продукт/вода циркулирует посредством мононасоса и мешалки Fristam при 1000 л/ч в течение приблизительно 8 мин (рН равен 6,2). Затем, добавляют 4,1 л NaOH крепостью 10% до рН равного 10 (стадия Г). Затем, смесь циркулирует без мешалки Fristam в течение 15 мин при 1000 л/ч, и ее перемешивают. Затем, 14,2 кг этанола (стадия Д за одну или более чем одну подстадию) добавляют посредством перистальтического насоса непосредственно в циркуляционный контур мононасоса. Время пребывания: 10 мин. После приблизительно 50 мин времени пребывания смешивают еще 2 кг этанола в 11 кг воды и добавляют в смесительный бак. Время пребывания 10 мин. Данную суспензию разделяют путем центрифугирования (стадия Е). В данном случае выход составляет: 96,5 кг прозрачной фазы, 34 кг твердой фазы. Шелуху можно легко отделять
Эксперимент 2: (А-Е): опытная партия: 116 кг водопроводной воды + 26 кг рапсового семени (холодное прессование) загружают в смесительный бак и нагревают до 40°С. Затем, данная смесь циркулирует посредством мононасоса и мешалки Fristam при 1000 л/ч в течение приблизительно 8 мин (рН равен 5,8). Добавляют 4,5 л NaOH крепостью 10% до рН равного 10. Затем, смесь циркулирует без мешалки Fristam при 1000 л/ч в течение 15 мин. 17,2 кг этанола добавляют посредством перистальтического насоса непосредственно в циркуляционный контур мононасоса. Время пребывания 10 мин. Затем, смесь разделяют для отделения фракции шелухи. Выход составляет: 129,6 кг прозрачной фазы, 26,5 кг твердой фазы. Шелуху таким образом можно легче отделять.
Эксперимент 3: (стадии Ж и З для эксперимента 1): 96,5 кг прозрачной фазы эксперимента I (изначально pH: 9,6) сдвигали до pH 5 посредством 0,8 л соляной кислоты крепостью 25 %, в данном документе преимущественно при 45°С (стадия Ж). Данную, массу можно затем центрифугировать, при этом получают белковую фазу в виде тяжелой фазы или твердой фазы (стадия З). Выход прозрачной фазы: 64,3 кг. Выход твердой фазы (подобной творожистому осадку) 9 кг.
Эксперимент 4 (стадии Ж и З для эксперимента 2): 129,6 кг прозрачной фазы эксперимента II (изначально pH: 9,5) сдвигали до pH 5 посредством 1,2 л соляной кислоты крепостью 25 % при 45°С (стадия Ж). Данную массу можно затем центрифугировать, при этом получают белковую фазу в виде тяжелой фазы или твердой фазы (стадия З). Выход: 83 кг прозрачной фазы, 29,5 кг твердой фазы (белковая фаза). В данном документе, выход твердой фазы является особенно высоким.
2
Порошок, полученный посредством упомянутых выше экспериментов и затем полученный из высушенного творожистого осадка, обычно имеет содержание сухого вещества от 5 до 9 %; в одном образце, полученном из традиционного фильтр-прессного осадка, 5,35 %. Содержание белка приблизительно составляет 60 %. Способность связывать воду определяли на уровне 1,8+/-0,2 мл НО на 1 г сухого вещества белкового порошка, способность связывать масло - на уровне от 0,49 до 0,63 г масла/г сухого вещества и также эмульгирующую способность - на уровне 700-780 мл масла/г сухого вещества белкового порошка. Обычные значения для растворимости белка NSI составляют от 9 до 16 %. Наилучших результатов достигают с использованием фильтр-прессного осадка холодного прессования.
В других экспериментах неожиданно обнаружили, что в способе также важна методика перемешивания, которая, в частности, относится к перемешиванию стадии В) (и возможно Г) и Д)) по п. 1.
Таким образом, фильтр-прессный осадок рапсового семени холодного прессования обрабатывали способом, описанном в п. 1. В данном случае, на стадии В) перемешивание осуществляют один раз посредством лопастной мешалки и один раз посредством пропеллерной мешалки.
Лопастная мешалка должна работать таким образом, чтобы во время перемешивания генерировать как можно меньшие сдвигающие усилия, и по существу равномерно ламинарный поток.
В случае пропеллерной мешалки в контексте данной заявки перемешивающие элементы также соединены снаружи от оси вращения, и, таким образом, посредством диска или кольца, или поблизости от нее, над элементами винта находятся элементы, такие как открытый колокол. Вследствие этого, они во время перемешивания генерируют относительно турбулентный поток и действуют на продукт с большей сдвигающей силой.
Лопастные мешалки, вследствие этого, представляют собой мешалки, которые генерируют по существу ламинарный поток во время перемешивания, которые имеют относительно длинные лопасти и которые работают при низкой скорости вращения. Кольцо или диск или тому подобное на внешней периферии лопастей или вблизи от них (наподобие клетки открытого типа или открытого колокола вокруг полостей) обычно отсутствует. Обычные скорости вращения составляют от 0 до 100, также вплоть до 150 об/мин. В отличие от этого, пропеллерная мешалка, диаметр лопасти которой является довольно небольшим, и скорость вращения ротора является довольно высокой вплоть до приблизительно от 700 до 800 об/мин, генерирует высокую турбулентность, в связи с чем, суспензию подвергают большему сдвиговому усилию.
В других экспериментах после стадий Г) и Д) - предпочтительно с дальнейшим перемешиванием с использованием лопастной мешалки или пропеллерной мешалки - твердую фазу, содержащую шелуху, отделяли согласно стадии Е).
Жидкая фаза после отделения шелухи от суспензии фильтр-прессного осадка рапсового семени, которая содержит 13,4 % масла, 31,4 % белка и 55,2 % другого вещества (такого как целлюлоза, фитиновая кислота, полифенолы, сахариды и т.д.), при использовании лопастной мешалки для перемешивания на стадии В) и возможно Г) и Д), была значительно более богата белком, чем при использовании пропеллерной мешалки. Приблизительно 75 % белков отжатого осадка находили в верхней фазе, сухое вещество которой содержало 52,3 % белка, 13,0% масла и приблизительно 34 % другого вещества. Напротив, только 62,5 % белков отжатого осадка находили в сравниваемой верхней фазе при использовании пропеллерной мешалки. В данном случае, сухое вещество верхней фазы содержало только приблизительно 37 % белка, приблизительно 14,7 % масла и только 48,0 % других компонентов.
Также, неожиданно, визуально находили значительные различия. Фракция шелухи образца центрифугирования из суспензии при использовании лопастной мешалки имела значительно более мраморный вид. В данном случае, только 42 % сухого вещества отделяли в виде верхней фазы, а при использовании пропеллерной мешалки фракция сухого вещества, которую отделяли, составляла 50 %.
На основе анализов фаз можно сделать вывод о том, что при использовании пропеллерной мешалки высвобождается нежелательное «другое вещество» (белый слой над шелухой значительно больше в случае пропеллерной мешалки (предполагают, что это может быть крахмалом), и в соответствии с этим, потери белка с фракцией шелухи слегка увеличивались (в случае лопастной мешалки 30 %, в случае пропеллерной мешалки 33 %).
Кроме того, смогли найти другие преимущественные варианты способа.
Таким образом, высокая концентрация спирта, в частности этанола, приводит к высокому содержанию масла в «глобулиновом творожистом осадке». Таким образом, особенно полезно, на стадии Д), когда концентрация спирта составляет менее чем 20 %, в частности от 13 до 18 %, особенно предпочтительно 15 %.
Слишком длительное время реакции при pH 10 (на протяжении ночи) подобным образом приводит к высоким содержаниям масла в глобулиновом творожистом осадке. Несколько пониженные температуры, в частности ниже 43°С, участвуют преимущественно в осаждении и выделении глобулинов и приводят к более высоким содержаниям белка в творожистом осадке (столбец Л, строки 34 и 35).
Кроме того, одно или более чем одно из следующих дополнительных средств выступает как особенно предпочтительное: применение свежего материала во время прессования масла; холодное прессование масла; осторожное перемешивание лопастной мешалкой (на стадии В), в данном случае материал нужно подвергать сдвиговому усилию или даже размалывать как можно мельче; содержание спирта, в частности содержание этанола, менее чем 20 % является особенно преимущественным, так как иначе в творожистом осадке получается более высокое содержание масла.