СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОДНОГО ИЛИ НЕСКОЛЬКИХ ПРИГОДНЫХ ДЛЯ ВТОРИЧНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ИЗ СЕМЯН
METHOD FOR OBTAINING ONE OR SEVERAL RECYCLABLE MATERIALS FROM SEEDS

Данное изобретение относится к способу получения по меньшей мере одного или нескольких пригодных для вторичного использования материалов из объема природного материала, содержащего фитиновую кислоту.
Из уровня техники известно получение (извлечение) протеиновой фазы в виде фазы пригодного для вторичного использования материала из семян с твердыми, разбиваемыми оболочками, в частности, из плодов рапса. В частности, способ в документе DE 102011050905 А1 позволяет получать протеины с высокой степенью чистоты, поскольку среди прочего, например, за счет увеличения растворимости протеинов, очевидно, также ослабляются связи с загрязняющими веществами, состоящими из целлюлозы, оболочек и т.п. Многие семена, используемые для этой цели, содержат фитиновую кислоту. Среди прочего, фитиновая кислота поддерживает рост в растениях, однако она не обязательно является необходимой в протеиновой фазе. Если объем материала или семя, используемые для извлечения протеина, содержат фитиновую кислоту, то представляет интерес отделение этого материала или соответствующей фитиновой кислоты, возможно также в виде фитата, из протеина и извлечение его либо отдельно, либо в дополнение к протеиновой фазе в виде фазы пригодного для вторичного использования материала.
На этом фоне задача данного изобретения заключается в создании способа извлечения фитинового продукта, в частности, фитиновой кислоты или фитата, из объема природного материала, содержащего фитиновую кислоту, а также, возможно, извлечения дополнительных пригодных для вторичного использования материалов, таких как вышеупомянутая протеиновая фаза.
Изобретение решает эту задачу посредством признаков п. 1 и п. 12 формулы изобретения.
Другие предпочтительные варианты осуществления данного изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Способ согласно данному изобретению по п. 1 формулы изобретения для извлечения по меньшей мере одного или нескольких пригодных для вторичного использования материалов из объемов природного материала, содержащего фитиновую кислоту, причем по меньшей мере один пригодный для вторичного использования материал представляет собой продукт фитиновой кислоты, в частности фитиновую кислоту и/или фитат, содержит следующие этапы:
- этап А: подают объем природного материала, содержащего фитиновую кислоту, из семян, содержащих фитиновую кислоту, с твердыми разрушаемыми оболочками, в частности, из плодов рапса, в частности в виде объема материала из цельных семян или из семян, из которых уже (частично) удалили масло, в частности, в виде жмыха, оставшегося в виде отхода при извлечении масла, в частности с помощью пресса, или в виде экспеллерного шрота, оставшегося в виде отхода после экстракции гексаном,
- этап В: если объем материала из этапа А еще не был измельчен: измельчают объем материала, причем в любом случае разрушают оболочки;
- этап С: диспергируют объем измельченного материала из этапа А или В с водой или водным раствором, причем к одной части объема измельченного материала добавляют предпочтительно максимально до 8 частей, особенно предпочтительно максимально до 6 частей, в частности максимально 5 частей воды, при этом воду и объем измельченного материала перемешивают так, чтобы подучить текучую пульпу или дисперсию;
- этап D: регулируют значение рН пульпы (I) из этапа С в щелочной области рН>9,5;
- этап Е: добавляют водорастворимый органический растворитель, предпочтительно водорастворимый спирт, в частности этанол, в пульпу D, в частности после регулировки рН пульпы на этапе D; в частности так, что достигается концентрация спирта, составляющая менее 30%, для отделения оболочек от эндосперма семян/плодов;
- этап F1: отделяют твердую фазу, имеющую преобладающую фракцию оболочек, от пульпы из этапа Е, предпочтительно в центрифуге в центробежном поле;
- этап F2: выделяют фитиновую кислоту или фитаты из твердой фазы на этапе F.
Ниже в основном описывается фитиновая кислота и ее получение (извлечение). Однако следует понимать, что также можно извлекать соли фитиновой кислоты или фитаты или, возможно, они присутствуют в растворенном виде. Также может присутствовать фитиновая кислота или фитат в зависимости от рН.
Пункт 1 формулы изобретения не следует понимать как ограничение в отношении последовательности этапов В, С и D. Этапы В, С и D также могут быть выполнены одновременно или в перестановленной последовательности. Тем не менее, предпочтение отдается хронологической последовательности В, затем С и затем D.
В качестве исходного материала подается объем природного материала из семян с твердыми, разрушаемыми оболочками, в частности, из цельных семян/плодов крестоцветных (Brassicaceae), в частности, из плодов рапса. После этапа А, фракция оболочек в особенно предпочтительном варианте осуществления все еще может содержать 100% от фракции оболочек неочищенных от оболочек семян. Однако также возможна обработка семян с меньшей фракцией оболочек.
В соответствии с изобретением вопреки ожиданиям было показано, что посредством предварительной обработки этапов С, D и Е фитаты или фитиновая кислота семени в пригодной для вторичного использования форме относятся к твердой фазе, содержащей оболочки. После отделения фракции оболочек от твердой фазы в соответствии этапом F1 можно, таким образом, извлечь фитиновую кислоту в виде пригодного для вторичного использования материала либо непосредственно из твердой фазы с фитиновой кислотой и фракцией оболочек, либо, что особенно предпочтительно, после выполнения дополнительных этапов способа.
В соответствии с особенно предпочтительным вариантом данного способа для этой цели этап F2 имеет следующие подэтапы:
- этап F2-A: смешивание твердой фазы из этапа F1 с водой и/или водным раствором, в частности, с разбавленной хлористоводородной кислотой так, чтобы образовалась текучая фаза, содержащая оболочки и насыщенная водой, которая содержит фитиновую кислоту и/или фитаты, значение рН которой смещено в кислую область рН, предпочтительно рН<4; и
- этап F2-B: отделение твердой фазы, имеющей преобладающую фракцию оболочек, от жидкой фазы, содержащей фитиновую кислоту и/или фитаты, и
- F2-C: отделение фитиновой кислоты от жидкой фазы, содержащей фитиновую кислоту или фитаты.
Посредством смешивания твердой фазы из этапа F1 с водой или водным раствором и смещения значения рН в кислую область, в частности до значения рН<5,1 образуется простым образом объем твердого вещества/жидкости, жидкая фаза которого по меньшей мере содержит значительную фракцию фитиновой кислоты, которая содержалась в семени, используемом в качестве исходного материала.
При этом следующий дополнительный подэтап между этапами F2-B и F2-C для извлечения фитиновой кислоты является предпочтительным:
- этап F2-B1: смещение рН жидкости из этапа F2-B1 в менее кислую область, предпочтительно со значением рН>5.
Таким образом, фитиновая кислота может быть извлечена простым образом в качестве продукта фитиновой кислоты и (опционально после отделения этапа F2) выделена в относительно чистом виде.
В целом это простым образом обеспечивает возможность извлечения фитиновой кислоты из семени, содержащего фитиновую кислоту, или из промежуточного продукта, содержащего фитиновую кислоту, полученную из семени.
Кроме того, изобретением обеспечивается общий способ извлечения по меньшей мере одного или нескольких пригодных для вторичного использования материалов, в частности продукта, предпочтительно фитиновой кислоты или фитата, из объема природного материала, содержащего фитиновую кислоту, посредством нижеследующих этапов:
100) подача объема измельченного природного материала, содержащего фитиновую кислоту и/или фитат, из семени, содержащего фитиновую кислоту, и/или из промежуточных продуктов семян, которые содержат фитат;
200) предварительная обработка объема измельченного материала для получения текучей щелочной, предпочтительно спирто-щелочной, пульпы;
300) отделение твердой фазы, содержащей фитиновую кислоту и/или по меньшей мере один фитат, от текучей пульпы, предпочтительно в центрифуге в центробежном поле; и
400) выделение фитиновой кислоты и/или по меньшей мере одного фитата из твердой фазы после выполнения дополнительных этапов.
При этом особенно предпочтительно, если объем измельченного природного материала, содержащего фитиновую кислоту, состоит из содержащих фитиновую кислоту семян со всеми оболочками или частью (в частности, более 30%, предпочтительно более 50%) оболочек семян и если во время этапа предварительной обработки фитиновая кислота смещается в содержащую оболочки твердую фракцию объема материала. Тем не менее, также возможна обработка объема материала без фракции оболочек. Таким образом, также целесообразно, если объем измельченного природного материала, содержащего фитиновую кислоту и/или содержащего фитат, состоит из содержащих фитиновую кислоту семян без их оболочек и если фитиновая кислота и/или по меньшей мере один фитат сначала смещается в твердую фракцию объема материала.
Для извлечения фитиновой кислоты предпочтительно, если этап 400 имеет нижеследующие подэтапы:
- этап 400-А: смешивание твердой фазы из этапа 300 с водой и/или водным раствором, в частности, с разбавленной хлористоводородной кислотой, так, чтобы образовалась текучая фаза, содержащая оболочки и насыщенная водой, которая содержит фитиновую кислоту и/или фитат, значение рН которой смещено в кислую область рН; и
- этап 400-В: отделение твердой фазы, опционально имеющей преобладающую фракцию оболочек, от жидкой фазы, содержащей фитиновую кислоту и/или содержащей фитат, и
- F400-C: отделение фитиновой кислоты от жидкой фазы, содержащей фитиновую кислоту и/или содержащей фитат, непосредственно или после выполнения одного или нескольких дополнительных этапов.
При этом предпочтительно выполняют следующий подэтап между этапами F400-B и F400-C:
- F400-B1: смещение значения рН жидкой фазы из этапа F400-B в область со значением рН>5.
Пункт 17 формулы изобретения также относится к продукту фитиновой кислоты, предпочтительно фитиновой кислоте или фитату, полученным из объема природного материала, содержащего фитиновую кислоту или фитат в соответствии со способом, описанным в одном или более предыдущих пунктов.
Этап предварительной обработки в этом процессе предпочтительно содержит этапы С-Е. При этом этапы отделения и извлечения фитиновой кислоты могут иметь несколько дополнительных подэтапов, как описано выше.
В отношении этапов A-F1 следует отметить следующее.
Этап А
Объем материала в контексте данного изобретения может состоять из цельных, однако измельченных семян.
Однако в качестве альтернативы объем материала также может состоять из уже обезмасленного продукта, в частности, «промежуточного продукта», а именно: жмыха, оставшиеся в виде отхода извлечения масла после «предварительного этапа», например, извлечения масла, в частности, с помощью пресса (например, шнекового пресса).
Особо предпочтительно в качестве исходного материала обрабатывается «полученный незадолго перед этим промежуточный продукт», другими словами от предварительного этапа должно пройти не более 31 дня.
В то время как урожай семян может быть свежеубранным или может быть убран за несколько дней, недель или месяцев, промежуточный этап (прессование) должен произойти в ближайшее время или даже непосредственно перед дальнейшей обработкой, так чтобы материал, то есть семя, не изменилось слишком сильно после извлечения масла.
Особенно предпочтительно в качестве исходного материала обрабатывается «свежий материал», другими словами, после предварительного этапа или предварительной обработки (извлечение масла) должно пройти не более 3 дней, предпочтительно даже менее 48 часов или 24 часов или 12 часов или менее 1 часа.
С точки зрения выхода и чистоты пригодных для вторичного использования продуктов хорошие результаты получаются с материалом из промежутка времени вскоре после предварительной этапа, при этом, как правило, даже лучшие результаты получаются со свежим материалом.
Жмых может также иметь остаточное содержание масла 20% по объему или больше. Несмотря на такое высокое остаточное содержание масла, при помощи изобретения простым образом также достижимо извлечение протеиновой фазы.
Этап В
Если она еще не находится в измельченном виде: измельчение объема материала из этапа А для разламывания оболочек. Если используется жмых, то он разламывается пока он еще теплый, в идеальном случае сразу же после прессования. Таким образом, из жмыха получают измельченный материал, в частности в виде гранулированного материала. Как правило, материал объема, (частично) обезмасленный перед этим с помощью процесса прессования, только измельчают, например, размалывают, или во всяком случае разламывают оболочки.
Этап С
Объем материалов, полученных и измельченных на этапе А или В, диспергируют с водой. К одной части «размельченного продукта» добавляют предпочтительно максимально до 8 частей, предпочтительно максимально до 5 частей воды. Вода и измельченный продукт затем перемешивают таким образом, чтобы получить текучую пульпу или дисперсию. Перемешивание предпочтительно осуществляют в течение 15 минут или более, также более 30 минут, в частности более 1 часа. Водный раствор может быть также использован в качестве альтернативы или в дополнение к воде. Этот раствор может содержать другие растворенные органические или неорганические компоненты (например, соли или растворимые в воде органические растворители).
Этап D
Затем регулируют рН пульпы (I) из этапа С в щелочной области; рН пульпы или дисперсии предпочтительно доводится до 10-11 с помощью щелочного раствора. При этом перемешивание продолжают (щадящим образом). Время перемешивания составляет 15 минут или более, предпочтительно более 30 минут и предпочтительно 1 час или более.
Этап Е
На этом дополнительном этапе по меньшей мере один растворимый в воде органический растворитель добавляют к пульпе после регулирования ее рН на этапа D. При этом дисперсию, значение рН которой было регулировано в щелочной области, предпочтительно доводят до концентрации спирта 15-20% по объему или меньше, в частности 12% по объему, с помощью этанолового спирта (предпочтительно 30-60%). Количество воды на этапе С может быть уменьшено на величину, соответствующую количеству воды в используемом спирте, в частности, в этаноле 30-60%. При этом оболочки отделяются от семядоли с остаточным маслом и могут быть выделены, в частности, под действием центробежных сил.
Этапы С-Е предпочтительно выполняют последовательно, однако в качестве альтернативы они также могут быть выполнены совместно, то есть одновременно. Последовательность является менее решающей для извлечения фитиновой кислоты. Это одновременное добавление может быть достигнуто путем добавления, например, разбавленного раствора этанола, в котором NaOH присутствует в растворенном виде. В этом случае добавление спирта, воды или водного раствора, а также смещение к щелочному рН путем добавления указанного выше объема происходят в виде комбинации этапов С-Е.
Этап F1
На этапе F твердую фазу, содержащую преобладающую фракцию оболочек, отделяют от пульпы, предпочтительно в центрифуге в центробежном поле, или пульпу очищают от твердых фракций оболочек путем осаждения, в частности в декантаторе.
Ниже термин «верхняя секция» иногда используется для обозначения легкой фазы центробежного разделения фаз, при этом твердая фаза - для обозначения тяжелой фазы. Соответственно, с точки зрения ее плотности средняя фаза находится между этими двумя.
Особое преимущество способа согласно изобретению состоит в том, что после этапа F из фаз могут быть извлечены дополнительные пригодные для вторичного использования материалы, отделенные на этом этапе. Это будет понятно из нижеследующего описания.
Дополнительная пригодная для вторичного использования фаза может быть извлечена из верхней секции (то есть, из жидкой фазы).
Для этой цели после этапа F1 выполняют нижеследующие дополнительные этапы.
Этап G
Дополнительно также обрабатывают пульпу верхней секции из этапа F1, которая по меньшей мере, насколько возможно, освобождена от оболочек. При этой дополнительной обработке растворенную протеиновую фракцию предпочтительно осаждают из освобожденной от оболочек пульпы, которая вместе с нерастворенной или растворенной протеиновой частью образует фракцию, известную как творог. В этом процессе значение рН снова смещается дальше в кислую область, в частности, в область от рН=4,5 до рН=7.
Этап Н
Освобожденную от оболочек пульпу верхней секции, значение рН которой снова сместилось в кислую область, затем разделяют (предпочтительно в центрифуге, в частности в по меньшей мере одном декантаторе или в сепараторе) на одном или двух этапах на фазы пригодного для вторичного использования материала, из которых одна фаза представляет собой концентрированную протеиновую фазу.
Особое предпочтительно выполняют разделение на следующие две или три фазы:
- маслосодержащая фаза:
- водная фаза (содержащая полифенолы, углеводы и синапиновую кислоту);
- фаза протеинового концентрата (ниже называется «протеиновый творог»); или
- водная фаза с содержанием альбумина и остаточным содержанием масла; и
- фаза протеинового концентрата (протеиновый творог).
Разделение на две фазы выбирают, если сырой материал был относительно сильно обезмаслен и/или связан в твердом материале, или если жидкая фаза не была подвергнута интенсивному смещению на этапе 1. На подэтапах также могут быть добавлены вода или спирт, или щелочной раствор, или т.п. В качестве легкой фазы масло содержит триглицериды и является одним из извлекаемых пригодных для вторичного использования материалов.
Температура на всех этапов способа предпочтительно лежит ниже 60°С, в частности, ниже 50°С, предпочтительно от 40°С до 50°С, посредством чего можно извлечь щадящим образом особенно ценные, в некоторых случаях чувствительные к температуре продукты.
Денатурации протеинов представляет собой зависящий от температуры и от времени процесс. Дополнительно существует требование к спиртовой среде. Чем выше температура, тем быстрее происходит денатурация протеина. В водной среде не следует ожидать необратимой денатурации протеина под воздействием тепла при температуре 45-50°С. Однако эта ситуация изменяется с концентрацией спирта. В случае спирта с высокой концентрацией, осаждение протеина наблюдается даже при температуре окружающей среды. Чем ниже концентрация спирта, тем выше должна быть температура для денатурации протеинов. Или наоборот: чем больше разбавлена концентрация спирта, тем выше может быть температура процесса без необратимого повреждения протеинов.
Таким образом, выбирается как можно более высокая температура, другими словами, как можно ближе к 60°С (для чистой воды) для того, чтобы растворить как можно больше материалов, например, протеинов, лецитинов, гликолипидов и т.д. Целлюлоза, лигнин и такие материалы, как натрий или фитаты кальция могут, таким образом, быть выделены как труднорастворимые или нерастворимые компоненты фракции оболочек или с фракцией оболочек. Тем не менее, следует быть внимательным, чтобы температура оставалась достаточно низкой в соответствии с параметрами процесса: временем и концентрацией спирта (и, возможно, давлением).
Осажденные протеины присутствуют в виде протеинового творога (тяжелая фаза). Они представляют собой еще один материал из извлекаемых пригодных для вторичного использования материалов. Эта фаза может быть легко высушена с получением порошка.
В целом, получают фазу протеинового концентрата, которая также визуально привлекательна и, таким образом, хорошо подходит для вторичного использования и которой можно присвоить значения RAL 1015 (цвет светлой слоновой кости) или RAL 1013 (жемчужно-белый), или классифицировать как смесь этих двух тонов на шкале классификации цветов RAL. Унифицированные цвета обозначены как цвета RAL (RAL GmbH, дочернее предприятие Института RAL). Четырехзначный номер цвета присваивается каждому цвету. Теоретически для способа можно использовать любой жмых.
Предпочтительная температурная характеристика для этапов способа А-Н не относится к температуре прессования в процессе производства жмыха во время извлечения масла. Чем выше была температура в течение предшествующих этапов процесса, тем коричневей становится протеиновая фаза или протеиновая фракция. Это происходит вследствие реакции Майяра сахаров с протеинами с одной стороны и окисления фенола с другой стороны. По сравнению с DE 102011050905 А1 получается особенно привлекательный продукт, который в частности хорошо подходит для вторичного использования, в частности, за счет использования оптимально выбранного исходного материала (предпочтительно рапсовый жмых холодного прессования, предпочтительно очень свежий).
Особенно предпочтительно использование материала холодного прессования, в частности рапсового жмыха холодного прессования (температура во время процесса прессования предпочтительно меньше 70°С, особенно предпочтительно даже меньше 60°С) в качестве исходного материала или в качестве подаваемого объема материала. Во время процесса прессования материал горячего прессования подвергается воздействию гораздо более высоких температурах (до 100°С и выше). При использовании материала холодного прессования в качестве исходного материала в способе по данному изобретению можно получить протеиновую фазу или протеин и/или творожистую фазу со значительно лучшими свойствами (с точки зрения цвета значительно более светлую и, таким образом, лучше подходящую для обработки, с значительно более высокой способностью к связыванию воды, например, 1 часть творожистого порошка + 3 части воды), и со значительно более высоким выходом, чем при использовании исходного материала горячего или холодного прессования. До настоящего момента это не было известно в предшествующем уровне техники. Задачей обычных способов прессования рапса является высокий выход масла, поэтому предпочтение отдается использованию более высоких температур во время процесса прессования. В качестве побочного эффекта следует констатировать, что полифенол деградирует, что само по себе было бы предпочтительно для протеиновой фракции. Тем не менее, первоначальное (то есть, нередуцированное) содержание полифенола в жмыхе холодного прессования не создает никаких проблем для конечного продукта в случае способа согласно данному изобретению, так как полифенольные соединения переносятся в водную фазу и, таким образом, по существу, они не присутствуют в творожистой фазе.
Таким образом, творожистая фаза (которая в соответствии со способом согласно изобретению была извлечена из жмыха, который перед этим был дополнительно обезмаслен гексаном) скорее соответствует тону RAL охры 1024 или слоновой кости 1014. Предпочтительно обработка происходит при давлении окружающей среды.
В водной фазе также содержатся дополнительные ценные ингредиенты, которая в частности относительно богата альбумином. Таким образом, практично и предпочтительно повышать концентрацию альбумина, например, путем фильтрации водной фазы из предыдущего этапа для получения альбуминовой фазы в качестве другого пригодного для вторичного использования материала.
Особенно предпочтительный вариант способа объяснен со ссылкой на нижеследующий пример.
Этапы А, В: в этом примере исходный материал представляет собой рапсовый жмых (или также шрот подсолнечника или шрот бобовых, в идеальном случае подаваемые посредством щадящего холодного прессования с типичным остаточным содержанием масла 10%, хотя даже более высокое содержание масла не будет представлять проблему). Жмых разбивают, в идеальном случае сразу же после прессования, пока он еще теплый.
Этап С: диспергируют в воде гранулят жмыха (1 часть жмыха и максимально 6 частей воды) и тщательно перемешивают (в течение 1 часа).
Этап D: после или во время этапа В, рН этой дисперсии регулируют щелочным раствором, предпочтительно щелочным раствором NaOH, от 10 до 11, и перемешивают щадящим образом, предпочтительно в течение от 15 минут до 1 часа.
Этап Е: дисперсию из этапа D доводят до концентрации 12% ЕtOН с помощью ЕtOН (этанол, предпочтительно 30-60% этанола); количество воды, таким образом, уменьшается на количество воды, содержащейся в этом 30-60% ЕtOН.
Этап F1: в этаноле оболочки отделяются от эндосперма (семядоли) с помощью остаточного масла, при этом они могут быть отделены, например, путем центрифугирования, с помощью фитиновой кислоты, которая неожиданно накапливается на фракции оболочек или на твердой фазе, содержащей оболочки, в виде части твердой фазы.
Также возможно выполнение способа с другими водорастворимыми органическими растворителями, такими как другие водорастворимые спирты, например, изопропанол.
В способе также может быть использован гидроксид кальция. При этом образуется фитат кальция, который менее растворим, чем фитат натрия. При этом последнем смещении рН от кислой в менее кислую область до нейтральной области, растворенная фитиновая кислота осаждается в виде фитата и, таким образом, может быть отделена от жидкости, например, центрифугированием, гравитационным взаимодействием или фильтрацией.
Эксперимент 1
Фракцию оболочек, содержащую фитиновую кислоту и извлеченную при помощи этапов A-F1, как описано выше, дополнительно обработали с целью извлечения фитиновой кислоты.
С этой целью 220 г фракции оболочек смешали с 300 г воды при комнатной температуре (в данном случае 20°С) на этапе F2-A. Время реакции составляло 5 минут. Через 5 минут значение рН объема из оболочек/воды сместилось в кислую область до рН=3,7 с использованием хлористоводородной кислоты (в данном случае 11,1 г 10%-ной хлористоводородной кислоты (HCl)) (этап F2-B). Время реакции составило 5 минут.
Испытание центрифугированием показало, что фаза оболочек, составляющая приблизительно 30% от объема образца, осадилась на самом дне химического стакана. Над ней лежала желтая протеиновая фаза, составляющая приблизительно 15% от объема, над которой собралась мутная, желтоватая фаза из воды, спирта и фитиновой кислоты, составляющая 54% от объема. И, наконец, над этой фазой из воды, спирта и фитиновой кислоты собрался плавающий сверху слой, который не мог быть четко определен и который составлял приблизительно 1% от объема в химическом стакане (этап F2-C1).
В промышленном масштабе твердая фаза может оседать из фазы воды, спирта и фитиновой кислоты или она может быть отделена от нее другим способом, например, под действием центробежных сил, в частности, в декантаторе.
Таким образом, предпочтительно, если значение рН жидкой фазы из этапа F2-G1 смещается в менее кислую, предпочтительно нейтральную область. В эксперименте это достигалось путем добавления 0,87 граммов 16%-ого раствора гидроксида натрия в желтую фазу из воды, спирта и фитиновой кислоты. В испытании центрифугированием фитиновая кислота собралась в нижней части химического стакана и составила приблизительно 5% (% по объему) жидкой фазы, при этом над ней осадилась фаза из воды/спирта, которая составила приблизительно 94% жидкой фазы. Над этой фазой из воды/спирта образовался плавающий слой, который не мог быть четко идентифицирован и который составлял около 1% по объему в химическом стакане (этап F2-C1).
В общей сложности несколько граммов фитиновой кислоты могут быть извлечены таким образом из фракции оболочек из этапа F1.
Содержание фитиновой кислоты в рапсовом жмыхе как правило составляет 3-4% по весу сухой массы рапсового жмыха. Оно увеличивается до приблизительно 6-7% по весу, например, сухой массы рапсового жмыха, если используются очищенные от оболочек семена. При использовании семян рапса в рапсовом жмыхе, которые все еще содержат часть своих первоначальных оболочек (например, 30% или более оболочек), содержание фитиновой кислоты для конкретной оболочки соответственно увеличивается.
Эксперимент 2
Фракцию оболочек, содержащую фитиновую кислоту и извлеченную на этапах A-F1, как описано выше, дополнительно обрабатывали для получения фитиновой кислоты.
С этой целью 100 г фракции оболочек рапса смешали с 150 г воды при комнатной температуре (в данном случае 20°С) на этапе F2-A. Время реакции составляло 5 минут. После 5 минут значение рН объема оболочек/воды сместилось в кислую область до рН=3,7 с использованием хлористоводородной кислоты (в данном случае 3,4 г 10%-ной хлористоводородной кислоты (HCl)) (этап F2-B). Время реакции снова составляло 5 минут.
Испытание центрифугированием показало, что фаза оболочек, составляющая приблизительно 30% от объема образца, осадилась на самом дне химического стакана. Над ней лежала желтая протеиновая фаза, составляющая приблизительно 20% от объема, над которой собралась несколько более темная фаза фитиновой кислоты, составляющая 3% от объема. Фаза из воды/спирта, составляющая приблизительно 47% от объема, собралась над этой фазой фитиновой кислоты. Фаза фитиновой кислоты может быть в свою очередь отделена отдельно.
Кроме того, соответственно можно извлечь протеиновую фазу из жидкой фазы из этапа F1 в каждом случае.
С этой целью целесообразно осадить протеин из верхней секции путем подкисления легкой фазы, предпочтительно до рН=4,5-7,2. После разделения, перед подкислением эта легкая фаза сначала имеет значение рН предпочтительно 9,7-10,5.
Разделение на масляно-водянистую фазу - фазу протеинового концентрата (протеиновый творог) или разделения на фазу из масла/воды и фазу протеинового концентрата может поддерживаться посредством интенсивного сдвига, чтобы ускорить выпуск масла.
Таким образом, предпочтительно отделение осажденного протеина в виде творога происходит в тяжелой фазе, представляющей собой как правило твердую фазу или так называемую творожистую фазу. Кроме того, опционально могут быть извлечены триглицериды в виде легкого масла из верхней секции, т.е. легкой фазы, в частности, путем центрифугирования и, возможно, путем фильтрации водной фазы для повышения концентрации альбумина.
В качестве особенно предпочтительного следует отметить мокрое отделение оболочек от отщепленных и распухших протеинов с одновременным вытесняющим извлечением триглицеридов (фаза масла) из жмыха, содержащего масло или остаточное масло, или из муки из бобовых и одновременное извлечения фенола.
Конкретные преимущества способа
С помощью вышеописанного способа можно достичь низких разбавлений и тем самым низких объемных расходов в процессе при небольшом количестве отходов растворителей.
В результате обеспечивается более высокая концентрация полифенола во время извлечения в водной фазе (этапы способа 2-5).
Поскольку процесс выполняют при максимальной температуре 50-55°С или ниже, в конечном продукте также содержатся природные протеины, чувствительные к температуре.
В целом можно достичь сравнительно высоких выходов протеина до 70%, при этом до 45% и около 22-24% могут быть извлечены, соответственно, из «творожистой фазы» и из фазы альбумина.
Поскольку остатки оболочек, а также полифенолы, углеводы, фитиновая кислота и/или фитаты, лигнин и целлюлоза полностью удалены или обеднены, может быть получен конечный продукт более высокого качества (объем протеинов).
Протеиновая фаза содержит «природный» протеин, набухаемая фракция которого остается набухаемой после извлечения, при этом его растворимые в воде фракции остаются растворимыми в воде после извлечения. Кроме того, протеиновая фракция является почти свободной от триглицерида и имеет только низкое остаточное содержание масла, в основном полярные липиды.
Хорошая среда для роста микроорганизмов вследствие низкой концентрации спирта упрощает санитарию процесса.
Разбавленный спирт может быть повторно использоваться в цикле.
В этом случае вместо извлечения нежелательных материалов из высоко обезмасленного, очень мелко измельченного исходного материала в виде рапсового шрота или рапсового жмыха, что является типичным для обычных способов, сначала происходит мокрое разделение оболочек. Это достигается в многоступенчатом процессе посредством того, что жмых сначала разламывается без дополнительного измельчения фрагментов ядер.
Особенно предпочтительно оставить оболочки как можно большими. Предпочтительно они должны иметь средний диаметр 0,5 мм или более. Капли масла не должны быть больше; при этом важны не отдельные молекулы или небольшие кластеры из молекул, а «частицы».
Затем добавляют воду при щадящем перемешивании в щелочной области. Посредством этого растворяется водорастворимая часть протеинов, в то время как другая часть набухает. Добавление водного спирта вытесняет свободный триглицерид из дисперсии как специфически легкую фазу. Лецитины, в частности фосфатидилхолины, растворимы при низких концентрациях спирта (см. документ ЕР 1272048 В1 и связанное с ним семейство патентов).
В этой комбинации из щелочного раствора - водного спирта, две или три фазы
1) тяжелая = оболочки и 2) легкая = протеин-лецитин-полифенол-углевод вместе с пеной, содержащей масло; или
1) тяжелая = оболочки, 2) средняя = протеин-лецитин-полифенол-углевод, 3) легкая = триглицерид,
предпочтительно являются разделяемыми, предпочтительно центробежным способом, в эксперименте в химическом стакане или в промышленном масштабе.
Чем лучше отделение оболочек, тем меньше потери протеина и тем больше степень чистоты конечного продукта. Даже оболочки, распухшие семикратно при добавлении воды, тяжелее протеинов в спирто-водной дисперсии. Это является существенным для гравитационного разделения. Однако это разделение затрудняется прочным приклеиванием к оболочкам алейронных тел, содержащих протеины (альвеолярный слой). Эти ячейки являются толстостенными. Поскольку мембраны почти всех ячеек содержат лецитины (наряду с протеинами и другими веществами), приклеивание может быть сведено к минимуму посредством соответствующих мер по «растворению» лецитинов.
В частности, это достигается за счет того, что водная фаза имеет концентрацию спирта 5-40% по объему (см. этапы S2-S4), идеально от 12% до 20%.
Решающим фактором является уже качество исходного материала. Остаточное содержание масла, как правило, выше в жмыхе холодного прессования. Это не является препятствием в описанном в данном документе способе. Наоборот: щадящее прессование является чрезвычайно полезным; чем меньше температура пресса и чем меньше давление пресса, тем легче после этого отделить оболочки от семядолей (зародышевые листки, внутренность ядра).
Способ также может быть использован с «обычным», т.е. жмыхом горячего прессования. При этом соответственно ниже будет только выход протеинов.
На прилагаемых чертежах, на фиг. 1 и фиг. 2, объясняется примерный вариант осуществления способа согласно изобретению.
Для простоты подробно не показаны подача и опциональное измельчение в соответствии с этапами А и В.
После добавления воды, NaOH и этанола, которые предпочтительно добавляются отдельно, но также могут быть добавлены одновременно, происходит разделение на тяжелую фазу, содержащую оболочки, и на верхнюю секцию. Дополнительное предпочтительное извлечение пригодных для вторичного использования материалов из верхней секции описано в частности на фиг. 2.
На фиг. 1 добавляют разбавленную хлористоводородную кислоту (HCl) в тяжелую фазу, содержащую оболочки (этап F2-A). Обработка происходила при комнатной температуре и при рН, например, равном 3,7.
Диспергированную после этого фазу затем разделяют на фракцию оболочек и на фракцию верхней секции способом, уже описанным на этапе F2-B.
2
Фракцию верхней секции затем смещают в менее кислую область рН, предпочтительно от 5,5 до 7, путем добавления щелочного раствора (например, NaOH или Са(ОН) или КОН). Добавление щелочного раствора соответствует этапу F2-B1, в зависимости оттого, должна ли быть извлечена только фитиновая кислота в качестве фитата или дополнительно из этой фракции должны быть извлечены протеины.
Наконец, твердые вещества, такие как протеин, отделяют от воды и фитиновой кислоты сходно с этапами Н и F2-C. Вторая очистка (разделение фитиновой кислоты и воды) может быть осуществлена на опциональном этапе F2-D.
Фиг. 2 показывает извлечение других пригодных для вторичного использования продуктов в дополнение к фитиновой кислоте. Эти этапы извлечения описаны выше.