ПРОИЗВОДСТВО БЕЛКОВОГО ПРОДУКТА ИЗ КАНОЛЫ БЕЗ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ (С200САС)
CANOLA PROTEIN PRODUCT MANUFACTURE WITHOUT HEAT TREATMENT (C200CAC)

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к белковому продукту из канолы.
Предшествующий уровень техники
В одновременно рассматриваемой заявке на патент США №12/542,922, поданной 18 августа 2009 (7865-402), принадлежащей правообладателю настоящей заявки, раскрытие которой включено настоящим посредством ссылки, описано производство изолята белка канолы, обладающего растворимостью в широком диапазоне кислых значений рН и прозрачностью в водной среде, что делает возможным, например, приготовление обогащенных белком напитков, в частности, с кислыми значениями рН, в которых прозрачность не нарушается при добавлении изолята белка канолы.
Процедура, применяемая в предшествующей заявке на патент США №12/542922, включает добавление хлорида кальция к надосадочной жидкости, полученной при осаждении белковой мицеллярной массы канолы, для обеспечения проводимости примерно от 5 мСм до 30 мСм, предпочтительно примерно от 8 до 10 мСм; удаление осажденного фитатного материала из полученного раствора до получения прозрачного раствора; факультативное регулирование рН прозрачного раствора примерно до значения 2,0-4,0, предпочтительно примерно до значения 2,9-3,2, таким способом, как добавление соляной кислоты; концентрирование прозрачного раствора с факультативно установленным рН до содержания белка примерно от 50 до 500 г/л, предпочтительно примерно от 100 до 250 г/л, для обеспечения прозрачного концентрированного раствора белка канолы; факультативную диафильтрацию прозрачного концентрированного раствора белка канолы, такую как с водой с рН 3; факультативное проведение этапа обесцвечивания, такого как обработка гранулированным активированным углем; и сушку концентрированного раствора.
Эта предыдущая заявка описывает такой продукт, как изолят белка канолы, т.е. белковый продукт из канолы, содержащий по меньшей мере 90 масс.% (N×6,25) на основе массы сухого вещества.
Канола также известна как рапс или масличный рапс.
Изложение сущности изобретения
Было установлено, что если процедуру, описанную в вышеупомянутой заявке US 12/542922, проводить так, чтобы полученный продукт из белка канолы содержал менее примерно 90 масс.% (N×6,25) белка на основе сухого вещества, например около 60 масс.% (N×6,25) при концентрации, при которой продукт считается концентрированным, то полученный продукт из белка канолы становится удовлетворительным. Этот результат достигается путем пропускания этапа диафильтрации или путем более ранней остановки этапа ультрафильтрации, так чтобы меньшие количества примесей удалялись во время этих этапов.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения обеспечивается способ приготовления белкового продукта из канолы, включающий:
- добавление соли кальция, предпочтительно хлорида кальция, в надосадочную жидкость, полученную при осаждении белковой мицеллярной массы канолы, для обеспечения проводимости примерно от 5 мСм до 30 мСм, предпочтительно примерно от 8 до 10 мСм, до получения осадка кальция фитата,
- удаление осажденного кальция фитата из полученного раствора до обеспечения прозрачного раствора,
- факультативное регулирование рН прозрачного раствора примерно до значения от 2,0 до 4,0, предпочтительно примерно от 2,9 до 3,2, таким способом, как добавление соляной кислоты,
- концентрированно прозрачного раствора с факультативно установленным рН до содержания белка по меньшей мере примерно 50 г/л, предпочтительно примерно от 50 до 500 г/л, более предпочтительно примерно от 100 до 250 г/л, до получения прозрачного концентрированного раствора белка канолы,
- факультативную диафильтрацию прозрачного концентрированного раствора белка канолы, например, с водой с рН 3 или с естественным рН,
- факультативное проведение этапа обесцвечивания, такого как с применением гранулированного активированного угля, и
- сушку концентрированного белкового раствора до получения сухого белкового продукта из канолы,
где указанные этапы концентрирования и/или факультативной диафильтрации выполняют так, чтобы сухой продукт из белка канолы содержал примерно от 60 до менее чем 90 масс.% (N×6,25) на основе массы сухого вещества.
Надосадочную жидкость можно частично сконцентрировать до промежуточной концентрации перед добавлением соли кальция. Образующийся осадок удаляют, а полученный раствор подкисляют, как описано выше, дополнительно концентрируют до конечной концентрации, а затем факультативно диафильтруют и сушат.
Альтернативно надосадочную жидкость можно сконцентрировать до конечной концентрации, добавить соль кальция к концентрированной надосадочной жидкости, удалить полученный осадок и подкислить раствор, а затем факультативно подвергнуть диафильтрации и высушить.
В другом варианте вышеописанного способа исходно добавляют малое количество соли кальция к надосадочной жидкости так, чтобы не формировался осадок, раствор подкисляют и частично концентрируют до промежуточной концентрации, добавляют дополнительное количество соли кальция к частично концентрированной надосадочной жидкости до образования осадка.
Осадок удаляют, раствор концентрируют до конечной концентрации,  факультативно подвергают диафильтрации и сушат.
В варианте вышеописанных процедур пропускают удаление осадка, что ведет к повышению содержания фитата в продукте. В такой процедуре соль кальция добавляют к надосадочной жидкости, частично концентрированной надосадочной жидкости или полностью концентрированной надосадочной жидкости и осадок не удаляют. Подкисление ведет к повторному растворению осадка.
Дополнительным вариантом является пропуск подкисления и выполнение обработки раствора при естественном рН. При этом варианте соль кальция добавляют к надосадочной жидкости, частично концентрированной надосадочной жидкости или концентрированной надосадочной жидкости до получения осадка, который удаляют. Полученный раствор затем обрабатывают, как описано выше, без этапа подкисления.
Если надосадочную жидкость частично концентрируют перед добавлением соли кальция и полностью концентрируют после удаления осадка, надосадочную жидкость вначале концентрируют до концентрации белка около 50 г/л или меньше, а после удаления осадка концентрируют до концентрации белка по меньшей мере примерно 50 г/л, предпочтительно примерно от 50 до 500 г/л, более предпочтительно примерно от 100 до 250 г/л.
В другом воплощении изобретения соль кальция можно добавлять в два этапа. В этом воплощении малое количество соли кальция добавляют к надосадочной жидкости для обеспечения проводимости примерно от 1 мСм до 3,5 мСм, предпочтительно примерно от 1 мСм до 2 мСм, что является недостаточным для формирования осадка.
Полученный раствор подкисляют и частично концентрируют при условиях, описанных выше. Баланс соли кальция осуществляют добавлением в частично концентрированный раствор до обеспечения проводимости примерно от 4 мСм до 30 мСм, предпочтительно примерно от 4 мСм до 10 мСм, до формирования осадка. Затем осадок удаляют. Полученный прозрачный раствор затем концентрируют в условиях, описанных выше.
Белковый продукт из канолы, произведенный в соответствии с описанным способом, пригоден не только для обогащения белком кислой среды, но также может использоваться в обычных областях применения изолятов белков, включая без ограничения обогащение белком пищевых полуфабрикатов и напитков, эмульгирование масел, или в качестве средства обеспечения консистенции в печеных продуктах и пенообразующего агента в продуктах, содержащих газы. Кроме того, из белкового продукта из канолы можно сформировать белковые волокна, пригодные для мясных аналогов, и его можно применять в качестве заменителя яичного белка или наполнителя в продуктах питания, в которых яичный белок используется в качестве связующего агента. Белковые продукты из канолы можно применять в качестве пищевых добавок. Белковый продукт из канолы можно применять в кормах для домашних животных, в кормах для сельскохозяйственных животных, в промышленных и косметических приложениях и в продуктах личной гигиены.
Подробное изложение сущности изобретения
Исходный этап способа получения белкового продукта из канолы включает солюбилизацию белкового материала из муки масличных семян канолы. Белковый материал, полученный из муки семян канолы, может быть белком натуральных семян канолы или белком, модифицированным путем генетической манипуляции, но обладающим характерными гидрофобными и полярными свойствами природного белка. Мука канолы может быть любой мукой канолы, полученной при извлечении масла канолы из семян канолы, с различными уровнями неденатурированного белка, полученного, например, с помощью способов горячей экстракции гексаном или холодного прессования. Извлечение масла канолы из масличных семян канолы обычно проводят в качестве операции, отдельной от процедуры извлечения изолята белка, описанного здесь.
Солюбилизацию белка наиболее эффективно проводят с помощью раствора соли пищевого качества, поскольку наличие солей усиливает удаление растворимого белка из муки масличных семян канолы. Когда изолят белка канолы предназначен для непищевого применения, можно применять химикаты непищевого качества. В качестве соли обычно применяют хлорид натрия, хотя можно применять другие соли, такие как хлорид калия. Солевой раствор имеет ионную силу по меньшей мере примерно 0,05, предпочтительно по меньшей мере примерно 0,10, для обеспечения солюбилизации значительных количеств белка. Когда ионная сила солевого раствора возрастает, степень солюбилизации белка в муке масличных семян канолы вначале возрастает, пока не достигнет максимального значения. Любое последующее увеличение ионной силы не увеличивает общей солюбилизации белка. Ионная сила раствора соли пищевого качества, вызывающая максимальную солюбилизацию белка, варьирует в зависимости от используемой соли и от выбранной муки масличных семян канолы.
Принимая во внимание высокую степень разбавления, необходимую для осаждения белка при повышении ионной силы, обычно предпочтительно применять значение ионной силы менее примерно 0,8; и более предпочтительно значение примерно от 0,1 до 0,15.
В периодическом способе солевую солюбилизацию белка проводят при температуре примерно от 5ºС до 75ºС, предпочтительно при перемешивании для снижения времени солюбилизации, которое обычно составляет примерно от 10 до 60 минут. Предпочтительно проводить солюбилизацию для экстракции как можно большего количества белка из муки масличных семян канолы, для обеспечения высокого общего выхода продукта.
Нижний предел температуры около 5ºС выбран потому, что солюбилизация невыгодно замедляется при температуре ниже данного значения, в то время как верхний предпочтительный предел температуры около 75ºС выбран из-за температуры денатурации некоторых из присутствующих белков.
В непрерывном процессе экстракцию белка из муки масличных семян канолы проводят любым способом, согласующимся с выполнением непрерывной экстракции белка из муки масличных семян канолы. В одном воплощении муку из масличных семян канолы постоянно смешивают с раствором соли пищевого качества, и смесь подают насосом или трубопроводом, имеющим длину и скорость потока для продолжительности выдержки, достаточной для необходимой экстракции в соответствии с параметрами, описанными выше. В такой непрерывной процедуре этап солевой солюбилизации проводят быстро, во время примерно до 10 минут, предпочтительно для выполнения солюбилизации с экстракцией как можно большего количества белка из муки масличных семян канолы. Солюбилизацию в непрерывной процедуре проводят при температуре примерно от 10ºС до 75ºС, предпочтительно примерно от 15ºС до 35ºС.
Водный раствор соли пищевого качества обычно имеет рН примерно от 5 до 6,8, предпочтительно примерно от 5,3 до 6,2; рН солевого раствора можно регулировать до любого необходимого значения в диапазоне примерно от 5 до 6,8 для применения на этапе экстракции, с помощью любой подходящей кислоты, обычно соляной кислоты, или щелочи, обычно гидроксида натрия, если необходимо.
Концентрация муки масличных семян канолы в растворе соли пищевого качества во время этапа солюбилизации может широко варьировать. Обычно значения концентрации составляют примерно от 5 до 15% м/о.
Этап экстракции белка с водным раствором соли оказывает дополнительное влияние на солюбилизацию жиров, которые могут присутствовать в муке канолы, что приводит к присутствию жиров в водной фазе.
Белковый раствор, полученный на этапе экстракции, обычно имеет концентрацию белка примерно от 5 до 40 г/л, предпочтительно примерно от 10 до 30 г/л.
Водный раствор соли может содержать антиоксидант. Антиоксидант может быть обычным антиоксидантом, таким как натрия сульфит или аскорбиновая кислота. Количество используемого антиоксиданта может варьировать примерно от 0,01 до 1 масс.% от раствора, предпочтительно составляя около 0,05 масс.%. Антиоксидант служит для подавления окисления фенольных соединений в растворе белка.
Водную фазу, полученную на этапе экстракции, затем можно отделить от оставшейся муки канолы любым подходящим образом, таким как с помощью декантерной центрифуги, с последующим применением дисковой центрифуги и/или фильтрации для удаления остаточной муки. Отделенную остаточную муку можно высушить для утилизации.
Окраску готового продукта белка канолы можно улучшить с точки зрения обеспечения более светлого цвета и менее интенсивной желтой окраски путем смешивания порошкового активированного угля или другого агента, абсорбирующего пигмент, с отделенным водным раствором белка, с последующим удалением адсорбента, предпочтительно путем фильтрации, до получения белкового раствора. Для удаления пигмента можно также применять диафильтрацию.
Такой этап обесцвечивания можно проводить в любых подходящих условиях, обычно при комнатной температуре отделенного водного белкового раствора, с применением любого подходящего агента, адсорбирующего пигмент. Для порошкового активированного угля применяется количество примерно от 0,025% до 5% м/о, предпочтительно примерно от 0,05% до 2% м/о.
Если мука семян канолы содержит значительные количества жира, как описано в патентах США №5844086 и №6005076, принадлежащих тому же правообладателю, что и настоящая заявка, раскрытия которых включены посредством ссылки, могут выполняться описанные этапы обезжиривания отделенного водного белкового раствора и концентрированного водного белкового раствора, обсуждаемого ниже. Когда проводят этап обесцвечивания, такой этап можно проводить после первого этапа обезжиривания.
В качестве альтернативы экстракции муки семян канолы водным раствором соли, такую экстракцию можно проводить с применением только воды, хотя применение одной только воды ведет к снижению экстракции белка из муки семян канолы по сравнению с водным раствором соли. Если применяют такую альтернативу, то соль в концентрациях, описанных выше, можно добавлять к белковому раствору после отделения от остаточной муки масличных семян канолы для сохранения белка в растворе во время этапа концентрирования, описанного ниже. Когда проводят первый этап обезжиривания, соль обычно добавляют после завершения этих операций.
Другой альтернативной процедурой является экстракция муки масличных семян канолы с раствором соли пищевого качества при относительно высоком значении рН выше примерно 6,8, обычно вплоть до примерно 9,9. Можно регулировать рН раствора соли пищевого качества до необходимого щелочного значения с применением любой подходящей щелочи пищевого качества, такой как водный раствор гидроксида натрия. Альтернативно, муку масличных семян канолы можно экстрагировать при относительно низком рН ниже примерно рН 5, обычно примерно до рН 3. Когда применяют такой вариант, водную фазу, полученную на этапе экстракции муки масличных семян канолы, отделяют от остаточной муки канолы любым подходящим способом, таким как с помощью декантерной центрифуги, с последующим применением дисковой центрифуги и/или фильтрации для удаления остаточной муки. Отделенную остаточную муку можно высушить для утилизации.
В водном белковом растворе, полученном на этапе экстракции с высоким или низким рН, регулируют рН до диапазона примерно от 5 до 6,8, предпочтительно примерно от 5,3 до 6,2, как обсуждалось выше, перед дополнительной обработкой, как описано ниже. Такую регулировку рН можно проводить с применением любой подходящей кислоты, такой как соляная кислота, или щелочи, такой как натрия гидроксид, если необходимо.
Водный белковый раствор концентрируют до повышения концентрации белка при сохранении по существу постоянной ионной силы. Такое концентрирование обычно проводят для обеспечения концентрированного белкового раствора с концентрацией белка по меньшей мере примерно 50 г/л, предпочтительно по меньшей мере примерно 200 г/л, более предпочтительно по меньшей мере примерно 250 г/л.
Этап концентрирования можно проводить любым подходящим способом, подходящим для периодической или непрерывной операции, таким как с помощью любой методики с избирательными мембранами, такой как ультрафильтрация или диафильтрация, с применением таких мембран, как половолоконные мембраны или спирально-навитые мембраны, с такой номинально отсекаемой молекулярной массой, как примерно от 3000 до 100000 дальтон, предпочтительно примерно от 5000 до 10000 дальтон, с учетом различных материалов и конфигураций мембран, и для непрерывной операции с размером, обеспечивающим необходимую степень концентрирования по мере прохождения водного белкового раствора через мембраны.
Как хорошо известно, ультрафильтрация и подобные методики с избирательными мембранами обеспечивают прохождение веществ с низкой молекулярной массой через мембрану, задерживая вещества с высокой молекулярной массой. Вещества с низкой молекулярной массой включают не только разновидности ионов соли пищевого качества, но также материалы с низкой молекулярной массой, экстрагированные из материала источника, такие как углеводы, пигменты и антипитательные факторы, а также любые формы белка с низкой молекулярной массой. Номинально отсекаемую молекулярную массу мембраны обычно подбирают для обеспечения удерживания существенной части белка в растворе, при прохождении через мембрану загрязняющих веществ, с учетом различных материалов и конфигураций мембран.
Концентрированный белковый раствор можно подвергать этапу диафильтрации с применением водного раствора соли с той же самой молярностью и рН, как у экстрагирующего раствора. Такую диафильтрацию можно проводить с применением примерно от 2 до 20 объемов раствора для диафильтрации, предпочтительно примерно от 5 до 10 объемов раствора для диафильтрации. При операции диафильтрации удаляют дополнительные количества загрязняющих веществ из водного белкового раствора при прохождении через мембрану с пермеатом. Операцию диафильтрации можно проводить до тех пор, пока в пермеате не останется существенных количеств загрязняющих веществ и видимой окраски. Такую диафильтрацию можно проводить с применением той же самой мембраны, как на этапе концентрирования. Однако, если необходимо, этап диафильтрации можно проводить с применением отдельной мембраны с другой номинально отсекаемой молекулярной массой, такой как мембрана с номинально отсекаемой молекулярной массой в диапазоне примерно от 3000 до 100000 дальтон, предпочтительно примерно от 5000 до 10000 дальтон, с учетом различных материалов и конфигураций мембран.
В среде для диафильтрации может присутствовать антиоксидант во время по меньшей мере части этапа диафильтрации. Антиоксидант может быть любым подходящим антиоксидантом, таким как натрия сульфит или аскорбиновая кислота. Количество антиоксиданта, применяемое в среде для диафильтрации, зависит от используемых материалов и может варьировать примерно от 0,01 до 1 масс.%, предпочтительно составляя примерно 0,05 масс.%. Антиоксидант служит для подавления окисления фенольных соединений, присутствующих в растворе изолята белков канолы.
Этап концентрирования и этап диафильтрации можно проводить при любой подходящей температуре, обычно примерно от 20ºС до 60ºС, предпочтительно примерно от 20ºС до 30ºС, и в течение периода времени для необходимой степени концентрирования. Температура и другие используемые условия в определенной степени зависят от мембранного оборудования, используемого для выполнения концентрирования, и необходимой концентрации белка в растворе.
Концентрированный и факультативно диафильтрованный белковый раствор можно подвергать дополнительной операции обезжиривания, если необходимо, как описано в патентах США №5844086 и №6005076.
Концентрированный и факультативно диафильтрованный белковый раствор можно подвергать операции обесцвечивания, в качестве альтернативы операции обесцвечивания, описанной выше. Можно применять порошковый активированный уголь, а также гранулированный активированный уголь (ГАУ). Другим материалом, который можно применять в качестве агента, адсорбирующего окраску, является поливинилпирролидон.
Этап обработки агентом, абсорбирующим пигмент, можно проводить в любых подходящих условиях, обычно при комнатной температуре раствора белков канолы. Для порошкового активированного угля можно применять количество примерно от 0,025% до 5% м/о, предпочтительно примерно от 0,05% до 2% м/о. Если в качестве агента, абсорбирующего пигмент, применяют поливинилпирролидон, можно применять количество примерно от 0,5% до 5% м/о, предпочтительно примерно от 2% до 3% м/о. Агент, адсорбирующий пигмент, можно удалять из раствора белков канолы любыми подходящими средствами, такими как фильтрация.
Концентрированный и факультативно диафильтрованный белковый раствор, полученный на факультативном этапе обесцвечивания, можно подвергать пастеризации для снижения микробной нагрузки. Такую пастеризацию можно проводить в любых необходимых условиях пастеризации. Обычно концентрированный и факультативно диафильтрованный белковый раствор нагревают до температуры примерно от 55ºС до 70ºС, предпочтительно примерно от 60ºС до 65ºС, в течение примерно от 10 до 15 минут, предпочтительно около 10 минут. Пастеризованный концентрированный белковый раствор затем можно охладить для дальнейшей обработки, как описано ниже, предпочтительно до температуры примерно от 25ºС до 40ºС.
В зависимости от температуры, используемой на этапе концентрирования и факультативном этапе диафильтрации, и от того, применяется или не применяется этап пастеризации, концентрированный белковый раствор можно нагреть до температуры по меньшей мере примерно от 20ºС до 60ºС, предпочтительно примерно от 25ºС до 40ºС, для снижения вязкости концентрированного белкового раствора с целью облегчения производительности на последующем этапе разбавления и формирования мицелл. Концентрированный белковый раствор нельзя нагревать выше температуры, при которой не происходит формирования мицелл при разбавлении охлажденной водой.
Концентрированный белковый раствор, полученный на этапе концентрирования и факультативном этапе диафильтрации, факультативном этапе обесцвечивания, факультативном этапе пастеризации и факультативном этапе обезжиривания, затем разбавляют для формирования мицелл путем смешивания концентрированного белкового раствора с охлажденной водой, имеющей объем, необходимый для достижения требуемой степени разбавления. В зависимости от необходимой пропорции получения белка канолы из мицелл и доли надосадочной жидкости, степень разбавления концентрированного белкового раствора может варьировать. В целом, при более низких уровнях разбавления большая доля белка канолы остается в водной фазе.
Когда необходимо обеспечить большую долю белка посредством мицелл, концентрированный белковый раствор разбавляют примерно в 5-25 раз, предпочтительно примерно в 10-20 раз.
Охлажденная вода, с которой смешивают концентрированный белковый раствор, имеет температуру менее примерно 15ºС, обычно примерно от 1ºС до 15ºС, предпочтительно менее примерно 10ºС, поскольку повышенный выход белкового изолята в форме белковой мицеллярной массы достигается при этих более низких температурах при используемых факторах разбавления.
При периодической операции партию концентрированного белкового раствора добавляют к стационарной емкости с охлажденной водой необходимого объема, как обсуждалось выше. Разбавление концентрированного белкового раствора и последующее снижение ионной силы вызывает формирование мутной массы высоко ассоциированных белковых молекул в форме дискретных белковых капелек в мицеллярной форме. При периодической процедуре белковым мицеллам дают осесть в емкости с охлажденной водой до формирования агрегированной, слившейся, плотной, аморфной липкой глютено-подобной белковой мицеллярной массы (БММ). Осаждение может быть ускорено, например, центрифугированием. Такое индуцированное осаждение снижает содержание жидкости в белковой мицеллярной массе, таким образом уменьшая содержание влаги в целом примерно от 70 масс.% до 95 масс.% до значения в целом примерно от 50 масс.% до 80 масс.% от общей мицеллярной массы. Снижение содержания влаги в мицеллярной массе таким образом позволяет также снизить содержание окклюдированной соли в мицеллярной массе и, следовательно, содержание соли в сухом изоляте.
Альтернативно операцию разбавления можно проводить непрерывно путем постоянного пропускания концентрированного белкового раствора в один ввод Т-образной трубки, в то время как разбавляющую воду подают в другой ввод Т-образной трубки, производя смешивание в трубке. Разбавляющую воду подают в Т-образную трубку со скоростью, достаточной для достижения необходимой степени разбавления концентрированного белкового раствора.
Смешивание концентрированного белкового раствора с разбавляющей воды в трубке стимулирует формирование белковых мицелл, и смесь непрерывно подают из выхода Т-образной трубки в сосуд для осаждения, из которого при наполнении вытекает надосадочная жидкость. Смесь предпочтительно подают в жидкость в сосуде для осаждения таким образом, чтобы снизить турбуленцию в жидкости.
В непрерывной процедуре белковым мицеллам позволяют осесть в сосуде для осаждения с образованием агрегированной, слившейся, плотной, аморфной, липкой глютено-подобной белковой мицеллярной массы (БММ) и процедуру продолжают до накопления необходимого количества БММ на дне сосуда для осаждения, после чего накопленную БММ удаляют из сосуда для осаждения. Вместо осаждения седиментацией, БММ можно непрерывно удалять центрифугированием.
Комбинация параметров процесса концентрирования белкового раствора до предпочтительного содержания белка менее примерно 200 г/л и применение фактора разбавления примерно от 10 до 20 обеспечивают более высокий выход, часто существенно увеличенный выход с точки зрения извлечения белка в форме белковой мицеллярной массы из исходного экстракта муки, и более чистые изоляты с точки зрения содержания белка, чем те, что достигаются с применением любых процедур получения белковых изолятов из предшествующего уровня техники, описанных в вышеупомянутых патентах США.
С помощью применения непрерывного способа извлечения продукта из белка канолы по сравнению с периодическим способом, исходный этап экстракции белка можно существенно ускорить при том же самом уровне экстракции белка и при существенно более высоких температурах, применяемых на этапе экстракции. Кроме того, при непрерывной операции имеется меньше шансов контаминации, чем при периодической процедуре, что ведет к повышению качества продукта, а процесс можно проводить в более компактном оборудовании.
Осажденный белковый продукт из канолы отделяют от остаточной водной фазы или надосадочной жидкости, например, декантацией остаточной водной фазы от осажденной массы или центрифугированием. БММ можно применять в мокрой форме или высушить с помощью любой подходящей методики, такой как распылительная сушка или лиофилизация, до сухой формы. Сухая БММ имеет высокое содержание белка, свыше примерно 90 масс.% белка, предпочтительно по меньшей мере примерно 100 масс.% белка (расчет по методу Кьельдаля N×6,25), и по существу неденатурированного (по результатам определения с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии). Сухая БММ, выделенная из муки жирных масличных семян канолы, также имеет низкое содержание остаточного жира, когда при необходимости применяют процедуры из патентов США №5844086 и №6005076, которое может быть ниже примерно 1 масс.%.
Как известно из патента США №7662922 (WO 03/086760), принадлежащего тому же правообладателю, что и настоящая заявка, БММ состоит преимущественно из 7S белка канолы с содержанием белковых компонентов примерно от 60 до 98 масс.% 7S белка, примерно от 1 до 15 масс.% 12S белка и примерно от 0 до 25 масс.% 2S белка.
Надосадочная жидкость от этапа формирования и осаждения БММ содержит значительные количества белка канолы, не осажденного на этапе разведения, и ее обрабатывают для извлечения изолята белка канолы. Как обсуждается в вышеупомянутом патенте США №7662922, изолят белка канолы, полученный из надосадочной жидкости, состоит преимущественно из 2S белка канолы с содержанием белковых компонентов примерно от 60 до 95 масс.% 2S белка, примерно от 5 до 40 масс.% 7S белка и примерно от 0 до 5 масс.% 12S белка.
В настоящем изобретении соль кальция, предпочтительно хлорид кальция, добавляют к надосадочной жидкости, которую вначале можно сконцентрировать или частично сконцентрировать способом, описанным выше, для обеспечения проводимости примерно от 5 мСм до 30 мСм, предпочтительно примерно от 8 мСм до 10 мСм. Хлорид кальция, добавляемый к надосадочной жидкости, может быть в любой требуемой форме, такой как концентрированный водный раствор хлорида кальция.
Добавление хлорида кальция вызывает эффект осаждения фитиновой кислоты в форме фитата из надосадочной жидкости и сохранения глобулиновой и альбуминовой фракций в надосадочной жидкости. Осажденный фитат извлекают из надосадочной жидкости, например, центрифугированием и/или фильтрацией, оставляя прозрачный раствор. При необходимости осажденный фитат можно не удалять, в этом случае дополнительная обработка приводит к получению продукта с повышенным содержанием фитата.
Затем регулируют рН прозрачного раствора до значения примерно от 2,0 до 4,0, предпочтительно примерно от 2,9 до 3,2. Регулирование рН можно проводить любым подходящим способом, таким как добавление соляной кислоты. Если необходимо, этап подкисления можно пропустить в различных вариантах, описанных здесь.
Прозрачный раствор с установленным рН, если он еще не сконцентрирован, концентрируют до повышения концентрации белка. Такое концентрирование выполняют с помощью любой подходящей методики с избирательными мембранами, такой как ультрафильтрация, с применением мембран с подходящей номинально отсекаемой молекулярной массой, обеспечивающих прохождение через мембрану веществ с низкой молекулярной массой, включая соль, углеводы, пигменты и другие низкомолекулярные материалы, экстрагированные из исходного белкового материала, при удерживании значительной части белка канолы в растворе. Можно применять мембраны для ультрафильтрации с номинально отсекаемой молекулярной массой примерно от 3000 до 100000 дальтон, предпочтительно примерно от 5000 до 10000 дальтон, с учетом различных материалов и конфигураций мембран. Концентрирование надосадочной жидкости таким способом также позволяет снизить объем жидкости, которую необходимо высушить для извлечения белка. Надосадочную жидкость обычно концентрируют перед сушкой до концентрации белка по меньшей мере примерно 50 г/л, предпочтительно примерно от 50 до 500 г/л, более предпочтительно примерно от 100 до 150 г/л. Такую операцию концентрирования можно проводить в периодическом режиме или в непрерывном режиме, как описано выше для этапа концентрирования белкового раствора.
Если надосадочную жидкость частично концентрируют перед добавлением соли кальция и полностью концентрируют после удаления осадка, то надосадочную жидкость вначале концентрируют до концентрации белка примерно 50 г/л или меньше, а после удаления осадка ее концентрируют до концентрации по меньшей мере примерно 50 г/л, предпочтительно примерно от 50 до 500 г/л, более предпочтительно примерно от 100 до 250 г/л.
В одном воплощении изобретения соль кальция можно добавлять в два этапа. В этом воплощении небольшое количество соли кальция добавляют к надосадочной жидкости для обеспечения проводимости примерно от 1 мСм до 3,5 мСм, предпочтительно примерно от 1 мСм до 2 мСм, что недостаточно для стимуляции образования осадка.
Полученный раствор подкисляют и частично концентрируют при условиях, описанных выше. Соль кальция добавляют к частично концентрированному раствору до обеспечения проводимости примерно от 4 мСм до 30 мСм, предпочтительно примерно от 4 до 10 мСм, до формирования осадка. Затем осадок удаляют. Полученный прозрачный раствор затем концентрируют при условиях, описанных выше.
Концентрированную надосадочную жидкость затем можно подвергать этапу диафильтрации с применением воды, солевого раствора или подкисленной воды. Вода может иметь естественный рН, равный рН диафильтрованного раствора, или любой рН среди прочего. Такую диафильтрацию можно проводить с применением примерно от 2 до 20 объемов раствора для диафильтрации, с таким рН, как рН 3 или естественный рН воды, предпочтительно примерно от 5 до 10 объемов раствора для диафильтрации. При операции диафильтрации удаляют дополнительные количества загрязняющих веществ из водной надосадочной жидкости при прохождении через мембрану с пермеатом. Операцию диафильтрации можно проводить, пока не останется загрязняющих веществ и видимой окраски в пермеате. Такую диафильтрацию можно проводить с применением той же самой мембраны, как на этапе концентрирования. Однако, если необходимо, диафильтрацию можно проводить с применением отдельной мембраны, такой как мембрана с номинальной отсекаемой молекулярной массой в диапазоне примерно от 3000 до 100000 дальтон, предпочтительно примерно от 5000 до 10000 дальтон, с учетом различных материалов и конфигурации мембран.
Этап концентрирования и диафильтрации проводят таким образом, чтобы изолят белков канолы, извлекаемый впоследствии, содержал менее примерно 90 масс.% белка (N×6,25), например, по меньшей мере примерно 60 масс.% белка (N×6,25). Как обсуждалось выше, хорошо известно, что процессы концентрирования и диафильтрации обеспечивают удаление воды и низкомолекулярных загрязняющих веществ из раствора. С помощью частичного концентрирования и/или диафильтрации раствора, можно только частично удалить загрязняющие вещества, получая белковый продукт с низкими уровнями очистки при выполнении этапа сушки.
В среде для диафильтрации может присутствовать антиоксидант во время по меньшей мере части этапа диафильтрации. Антиоксидант может быть любым подходящим антиоксидантом, таким как натрия сульфит или аскорбиновая кислота. Количество антиоксиданта, используемого в среде диафильтрации, зависит от применяемых материалов, и может варьировать примерно от 0,01 до 1 масс.%, предпочтительно составляя около 0,05 масс.%. Антиоксидант служит для подавления окисления фенольных соединений, присутствующих в концентрированном растворе изолята белков канолы.
Концентрированный и факультативно диафильтрованный белковый раствор можно подвергать операции обесцвечивания в качестве альтернативы операции обесцвечивания, описанной выше. Можно применять порошковый активированный уголь, а также гранулированный активированный уголь (ГАУ). Другим материалом, который можно применять в качестве агента, адсорбирующего пигмент, является поливинилпирролидон.
Этап обработки агентом, абсорбирующим пигмент, можно проводить в любых подходящих условиях, обычно при комнатной температуре раствора белков канолы. Для порошкового активированного угля можно применять количество примерно от 0,025% до 5% м/о, предпочтительно примерно от 0,05% до 2% м/о. Когда в качестве агента, адсорбирующего пигмент, применяют поливинилпирролидон, можно применять количество примерно от 0,5% до 5% м/о, предпочтительно от 2% до 3% м/о. Агент, адсорбирующий пигмент, можно удалять из раствора белков канолы любыми подходящими средствами, такими как фильтрация.
Концентрированный и факультативно диафильтрованный и факультативно обработанный агентом, удаляющим пигмент, белковый раствор можно сушить с применением любой подходящей методики, такой как распылительная сушка или лиофилизация, до сухой формы. Продукт из белков канолы содержит небольшое количество фитиновой кислоты, обычно менее примерно 1,5 масс.%.
Белковый продукт из канолы, полученный таким образом, содержит как альбуминовую, так и глобулиновую фракции, и растворим в кислой водной среде, что делает продукт идеальным для включения в напитки, как газированные, так и негазированные, для обеспечения обогащения белком. Такие напитки имеют широкий диапазон кислых значений рН, в диапазоне примерно от 2,5 до 5. Белковый продукт из канолы, полученный таким способом, можно добавлять к таким напиткам в любом подходящем количестве для обеспечения обогащения белком таких напитков, например по меньшей мере 5 г продукта из белков канолы на 12 унций жидкости. Добавленный белковый продукт из канолы растворяется в напитке и не нарушает прозрачность напитка. Белковый продукт из канолы можно смешать с сухим напитком перед восстановлением напитка путем растворения в воде
Примеры
Пример 1
В данном примере описано получение нового белкового продукта из канолы с содержанием менее 90 масс.% белка в соответствии с одним воплощением изобретения.
Муку канолы массой «а» кг добавляли к объему «b» литров раствора NaCl с молярностью «с» моль при комнатной температуре и перемешивали в течение 30 минут до получения водного раствора белка. Удаляли остаточную муку канолы и полученный белковый раствор частично осветляли центрифугированием до получения «d» литров частично осветленного белкового раствора с содержанием белка «е» масс.%. Частично осветленный белковый раствор фильтровали для дополнительного осветления раствора, получая раствор с объемом «f» с содержанием белка «g» масс.%.
Раствор белкового экстракта объемом «h» литров концентрировали до объема «i» литров с применением полиэфирсульфоновой (ПЭС) мембраны с номинальной отсекаемой молекулярной массой «j» дальтон. Полученный концентрированный белковый раствор имел содержание белка «k» масс.%.
Концентрированный раствор при температуре «1»ºС разбавляли в «m» раз холодной водой, очищенной обратным осмосом, имеющей температуру «n»ºС. Белая мутность немедленно формировалась и осаждалась; вязкую липкую массу (БММ) извлекали центрифугированием с выходом «о» масс.% из фильтрованного белкового раствора. Было установлено, что белок, извлеченный из БММ, имел содержание белка «р» % (N×6,25) на основе сухого вещества. Продукт был обозначен «q» как С307С.
Параметры от «а» до «q» приведены в таблице 1.
Таблица 1
q
BW-SD092-J06-08A
а
100
b
1000
с
0,15
d
755
е
1,29
f
792
g
1,20
h
792
i
37,72
j
100,000
k
19,36
l
30
m
1:15
n
4
o
43,5
Р
101
q
BW-SD092-J06- 08A
Добавление хлорида кальция, описанное в настоящем изобретении, затем проводили в надосадочной жидкости после осаждения БММ.
В надосадочной жидкости объемом «r» литров подводили проводимость до «s» мСм путем добавления хлорида кальция из концентрированного раствора. Затем этот раствор центрифугировали и/или фильтровали для удаления осажденного фитатного материала, получая «t» литров осветленного белкового раствора со сниженным содержанием фитата с концентрацией «u» масс.%. В осветленной надосадочной жидкости со сниженным содержанием фитата затем доводили рН до «v» путем добавления HCl и снижали объем ультрафильтрацией до «w» литров с применением полиэфирсульфоновой (ПЭС) мембраны с номинальной отсекаемой молекулярной массой «х» дальтон. Концентрат затем подвергали диафильтрации с помощью той же самой мембраны с «y» литрами воды. Диафильтрованный концентрат содержал «z» масс.% белка. С извлечением дополнительного белка из надосадочной жидкости, общий выход белка из фильтрованного белкового раствора составил «aa» масс.%. Концентрат объемом «ab» литров подвергали этапу обесцвечивания путем пропускания через колонку с активированным углем с объемом слоя «ас» литров при скорости «ad» объема слоя в час при рН 3. Обработанный (ГАУ) обесцвеченный раствор с объемом «ае» литров и содержанием белка «af» масс.% подвергали распылительной сушке и давали обозначение «q» C200CaC; он имел содержание белка «ah».
Параметры от «r» до «ah» установлены в следующей таблице.
Таблица 2
q
BW-SD092-J06-08A
r
578,5
S
8
t
570
u
0,63
v
3,0
w
25,86
х
10,000
y
150
z
8,98
аа
24
ab
25,86
ас
5,7
ad
5
ае
28,86
af
4,30
ah
88,57
Сухой белковый продукт из канолы добавляли в воду с получением раствора с содержанием белка 3,2% м/о. Раствор смешивали до солюбилизации, а затем анализировали на приборе HunterLab ColorQuest XE цветность и прозрачность. Значения цветности и прозрачности повторно солюбилизированных образцов при рН 3 приведены в таблице 3.
Таблица 3
Содержание белка
рН раствора
Содержание белка в растворе
«I»
«a»
«b»
Мутность (%)
BW-SD092-J06-08А
88,6%
3,08
3,2%
97,77
-6,80
35,92
4,5%
BW-SD092-А06-09А
93,5%
3,03
3,2%
94,03
-7,92
37,10
0,5%
BW-SD092-C23-09А
93,3%
3,2
3,2%
92,58
-6,45
38,75
3,1%
Значения цветности и прозрачности, приведенные в таблице 3 для концентрата, сопоставимы со значениями для подобного продукта с более высоким содержанием белка.
Пример 2
Этот пример описывает получение нового белкового продукта из канолы с содержанием белка менее 90 масс.% в соответствии с другим воплощением изобретения.
Муку канолы «а» кг добавляли к раствору NaCl объемом «b» литров с молярностью «с» моль при комнатной температуре и перемешивали в течение 30 минут до получения водного раствора белка. Остаточную муку канолы удаляли, полученный белковый раствор частично осветляли центрифугированием с получением «d» литров частично осветленного белкового раствора с содержанием белка «е» масс.%. Частично осветленный белковый раствор фильтровали до дополнительной прозрачности, получая раствор объемом «f» литров с содержанием белка «g» масс.%.
Осветленный раствор белкового экстракта объемом «h» литров концентрировали до объема «i» литров с помощью полиэфирсульфоновой мембраны (ПЭС) с номинальной отсекаемой молекулярной массой «j» дальтон. Полученный концентрированный белковый раствор имел содержание белка «k» масс.%.
Концентрированный раствор при температуре «1»ºС разбавляли в «m» раз холодной водой, очищенной обратным осмосом, имеющей температуру «n»ºС. Белая мутность немедленно формировалась и осаждалась; вязкую липкую массу (БММ) извлекали центрифугированием с выходом «о» масс.% из фильтрованного белкового раствора. Извлекали БММ из надосадочной жидкости и сушили. Было установлено, что белок, извлеченный из БММ, имел содержание белка «p» % (N×6,25) на основе сухого вещества. Продукт был обозначен «q» как С307С.
В надосадочной жидкости объемом «r» литров подводили проводимость до «s» мСм путем добавления хлорида кальция из концентрированного раствора. Затем этот раствор центрифугировали и/или фильтровали для удаления осажденного фитатного материала, получая «t» литров осветленного белкового раствора со сниженным содержанием фитата с концентрацией «u» масс.%. В осветленной надосадочной жидкости со сниженным содержанием фитата затем доводили рН до «v» путем добавления HCl и снижали объем ультрафильтрацией до «w» литров с применением полиэфирсульфоновой (ПЭС) мембраны с номинальной отсекаемой молекулярной массой «х» дальтон. В точках уменьшения объема 3, 5 и 7 отбирали 200 мл образцы концентрата и сушили. В сухой белковый продукт из канолы добавляли достаточное количество воды, очищенной обратным осмосом, до получения раствора с содержанием белка 3,2% м/о. Раствор перемешивали до полной солюбилизации, а затем анализировали на приборе HunterLab ColorQuest XE цветность и прозрачность. В сухих образцах анализировали содержание белка и прозрачность после повторной солюбилизации в кислых условиях. Результаты приведены в таблице 4.
Таблица 4
Анализ цветности
% белка на сухой основе
"L"
"а"
"b"
Мутность (%)
VRF3
70%
95,23
-7,54
34,68
0,0%
VRF5
78%
94,63
-7,84
38,13
1,5%
VRF7
81%
94,18
-8,07
40,90
1,9%
Параметры от «а» до «х» для одного цикла приведены в следующей таблице 5.
Таблица 5
q
BW-SD092-A06-09A
а
150
b
1500
с
0,15
d
1075,2
е
1,62
f
1047
е
1,47
h
1047
i
69,12
j
100,000
k
18,68
l
30
m
1:15
n
4
o
43,5
p
105
r
1058,1
s
8
t
974
u
0,63
v
3,0
w
48
x
10,000
Значения цветности и прозрачности, приведенные в таблице 4, сопоставимы со значениями для подобного продукта с более высоким содержанием белка, как можно видеть при сравнении изолятов в таблице 3.
Итоги описания
Подводя итоги описания, произведен белковый продукт из канолы с преимущественным содержанием 2S белка с эквивалентными свойствами изолята белка канолы с преимущественным содержанием 2S белка, полученного в вышеупомянутой заявке на патент США №12/542922. Возможны модификации в пределах объема изобретения.