СПОСОБЫ ВЫДЕЛЕНИЯ БЕЛКА, НАПРАВЛЕННЫЕ НА СНИЖЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ФИТИНОВОЙ КИСЛОТЫ
PROTEIN EXTRACTION METHODS IMPLEMENTED TO DECREASE CONTENT OF PHYTIC ACID

Ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка претендует согласно 35 Своду законов США 119(е) на дату приоритета, указанную в совместно рассматривающихся заявках на патенты США №60/568680 с датой подачи 7 мая 2004 г. и №60/605145 с датой подачи 30 августа 2004 г.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к производству белковых изолятов, в частности изолята белка канолы, из муки из масличных семян, целью которого является снижение содержания фитиновой кислоты в белковом изоляте.
Предшествующий уровень техники
Изоляты белка канолы можно получать из муки из масличных семян канолы. В совместно рассматривающейся заявке на патент США №10/137391 с датой подачи 3 мая 2002 г. (WO 02/089597), правопреемником которой является автор настоящей заявки и которая включена в перечень ссылок, принятых во внимание при составлении настоящей заявки, описан способ получения изолятов белка канолы из муки из масличных семян канолы, причем эти изоляты имеют содержание белка, по меньшей мере, 100 мас.% (Nx 6,25). Способ включает многостадийный процесс, состоящий из экстрагирования муки из масличных семян канолы с применением солевого раствора, предпочтительно водного раствора хлорида натрия; отделения полученного водного белкового раствора от остаточной муки из масличных семян; повышения концентрации белка в водном растворе, по меньшей мере, примерно до 200 г/л при одновременном поддержании ионной силы раствора в основном постоянной с применением селективной мембранной технологии; разбавления полученного концентрированного белкового раствора в охлажденной воде с целью вызвать образование белковых мицелл; осаждения белковых мицелл отстаиванием с получением аморфной, клейкой, студенистой, похожей на клейковину белковой мицеллярной массы (РММ) и извлечения белковой мицеллярной массы из супернатанта, причем РММ имеет содержание белка, по меньшей мере, примерно 100 мас.% при определении его по Кьельдалю - азот (N) × 6,25. В контексте описания содержание белка определяется в пересчете на сухое вещество. Извлеченная РММ может подвергаться сушке.
В одном из вариантов описанного выше способа и особенно, как описано в заявке №10/137391, супернатант от стадии отстаивания РММ подвергается последующей обработке с целью извлечения белкового изолята, включающего сухой белок из влажной РММ и супернатанта. Эта процедура может осуществляться путем начального концентрирования супернатанта с применением ультрафильтрационных мембран, смешивания концентрированного супернатанта с влажной РММ и сушки смеси. Полученный изолят белка канолы имеет высокую степень чистоты, по меньшей мере, примерно 90 мас.% белка (N×6,25), предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 мас.% белка (N×6,25).
В другом варианте описанного выше способа и особенно, как описано в заявке №10/137391, супернатант от стадии отстаивания РММ подвергается обработке с целью извлечения белка из супернатанта. Эта процедура может осуществляться путем начального концентрирования супернатанта с применением ультрафильтрационных мембран и сушки концентрата. Полученный изолят белка канолы имеет высокую степень чистоты, по меньшей мере, примерно 90 мас.% белка (N×6,25), предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 мас.% белка (N×6,25).
Способы, описанные в вышеупомянутых заявках на патенты США, являются преимущественно периодическими способами. В совместно рассматривающейся заявке на патент США №10/298678 с датой подачи 19 ноября 2002 г. (WO 03/043439), правопреемником которой является автор настоящей заявки и которая включена в перечень ссылок, принятых во внимание при составлении настоящей заявки, описан непрерывный способ получения изолятов белка канолы. В соответствии с этим способом мука из масличных семян канолы непрерывно смешивается с солевым раствором, предпочтительно водным раствором хлорида натрия; смесь транспортируется по трубопроводу с одновременной экстракцией белка из муки из масличных семян канолы с образованием водного белкового раствора; водный белковый раствор непрерывно отделяется от остаточной муки из масличных семян канолы; водный белковый раствор непрерывно пропускается через операцию с селективной мембраной с целью увеличения содержания белка в водном белковом растворе, по меньшей мере, примерно до 200 г/л при одновременном поддержании ионной силы раствора в основном постоянной; полученный концентрированный белковый раствор непрерывно смешивается с охлажденной водой с тем, чтобы вызвать образование белковых мицелл, и белковые мицеллы непрерывно осаждаются отстаиванием, в то время как супернатант непрерывно сливается с осадка до тех пор, пока в отстойнике не накопится требуемое количество РММ. РММ выгружается из отстойника и может подвергаться сушке. РММ имеет содержание белка, по меньшей мере, примерно 90 мас.% при определении его по Кьельдалю - азот (N) × 6,25, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 мас.% (N×6,25).
Как описано в вышеупомянутой заявке на патент США №10/137391, сливаемый с осадка супернатант может подвергаться обработке с целью извлечения из него изолята белка канолы.
Как описано в совместно рассматривающейся заявке на патент США №10/413371 с датой подачи 15 апреля 2003 г. и соответствующей РСТ публикации №WO 03/088760, правопреемником которых является автор настоящей заявки и которые включены в перечень ссылок, принятых во внимание при составлении настоящей заявки, изолят белка канолы, выделенный из РММ, состоит преимущественно из белка 7S наряду с некоторым количеством белка 12S, в то время как изолят белка канолы, выделенный из супернатанта, состоит главным образом из белка 2S.
Мука из масличных семян, включая муку из масличных семян канолы, содержит антипитательные факторы, включая фитиновую кислоту, зачастую присутствующую в форме солей - фитатов. Термин "фитиновая кислота" в контексте настоящего описания включает и эти формы солей. В зависимости от вида масличных семян содержание фитиновой кислоты в муке из масличных семян может колебаться примерно от 0,3 до 10 мас.% Обычно мука из масличных семян канолы содержит примерно от 2 до 6 мас.% фитиновой кислоты.
Экстракция муки из масличных семян канолы водным раствором хлорида натрия для образования водного белкового раствора солюбилизирует антипитательные факторы, включая фитиновую кислоту, из муки из масличных семян, что приводит к наличию фитиновой кислоты в белковом изоляте, извлеченном из водного белкового раствора. Увеличение количества фитиновой кислоты в белковом изоляте отрицательно сказывается на переваримости белкового изолята. Переваримость белкового изолята имеет важное значение в определенных областях его применения, включая аквакультуру. Поэтому желательно уменьшить содержание фитиновой кислоты в белковом изоляте, предназначенном для такого применения.
Канола известна также как рапс или масличный рапс.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение касается способов, которые приводят к пониженному содержанию фитиновой кислоты в белковых изолятах, выделенных из муки из масличных семян. Авторами настоящей заявки установлено, что если начальную экстракцию муки из масличных семян, предпочтительно муки из масличных семян канолы, проводить в определенных условиях, то можно получить белковые изоляты с пониженным содержанием фитиновой кислоты и повышенной питательной ценностью.
В одном из вариантов практического осуществления настоящего изобретения установлено, что если экстракцию муки из масличных семян, предпочтительно из масличных семян канолы, водным раствором хлорида натрия проводить при повышенной температуре, то это приведет к получению после отделения от остаточной муки из масличных семян водного белкового раствора, который имеет более низкое содержание фитиновой кислоты, чем водный раствор белка канолы, полученный экстракцией, проведенной при температуре окружающей среды.
Не стремясь связываться с теорией, авторы настоящей заявки выдвинули предположение, что фитиновая кислота, экстрагированная из муки из масличных семян при повышенной температуре, выпадает в осадок из полученного водного белкового раствора и удаляется в процессе фильтрации, применяемой для отделения водного белкового раствора от остаточной муки из масличных семян. Кроме того, фитиновая кислота не может экстрагироваться в водный белковый раствор вследствие обратного эффекта растворимости фитиновой кислоты в водном растворе хлорида натрия при повышенной температуре.
В настоящее время установлено также в соответствии с другим вариантом практического осуществления настоящего изобретения, что если хлорид натрия, предпочтительно используемый на стадии экстракции в способах, описанных в вышеприведенных патентных заявках, заменить хлоридом кальция, то количество фитиновой кислоты, присутствующей в водном белковом растворе, отделенном от остаточной муки из масличных семян канолы, уменьшится.
Не желая останавливаться на теории, авторы настоящей заявки выдвинули предположение, что при этих способах ионы кальция образуют комплексы с фитиновой кислотой в форме нерастворимого осадка, который остается в отработанной муке или удаляется в процессе осветления водного белкового раствора.
Таким образом, в одном аспекте настоящего изобретения обеспечивается способ получения белкового изолята, который включает: (а) экстракцию муки из масличных семян с целью вызвать солюбилизацию белка в указанной муке из масличных семян с образованием водного белкового раствора при одновременном ингибировании экстракции фитиновой кислоты из муки из масличных семян в белковый раствор; (б) отделение водного белкового раствора от остаточной муки из масличных семян; (в) увеличение концентрации белка в водном белковом растворе до концентрации, по меньшей мере, примерно 50 г/л при одновременном поддержании ионной силы раствора в основном постоянной для обеспечения концентрированного белкового раствора; (г) разбавление указанного концентрированного белкового раствора в охлажденной воде, имеющей температуру ниже примерно 15°С, с целью вызвать образование белковых мицелл; (д) осаждение белковых мицелл отстаиванием с получением аморфной, клейкой, студенистой, похожей на клейковину мицеллярной массы и (е) отделение белковой мицеллярной массы от супернатанта, имеющего содержание белка, по меньшей мере, примерно 90 мас.% (N×6,25) в сухом веществе.
Дальнейшее снижение количества фитиновой кислоты в водном белковом растворе от экстракции муки из масличных семян может достигаться путем комбинирования двух вышеописанных вариантов, а именно - проведение экстракции с использованием хлорида кальция при повышенной температуре.
Изоляты белка канолы, полученные согласно описываемому здесь способу, могут применяться в традиционных областях использования белковых изолятов, например, для обогащения белком пищевых продуктов технологической обработки, для эмульгирования масел, в качестве структурообразователя в хлебопекарных изделиях и пенообразователя во взбитых продуктах. В дополнение к этому изоляты белка канолы могут формоваться в виде белковых волокон, пригодных для использования в аналогах мяса; могут использоваться как заменитель яичного белка или как наполнитель, удешевляющий стоимость тех пищевых продуктов, в которых в качестве связующего агента традиционно использовался яичный белок. Изолят белка канолы может использоваться и как питательная добавка. К другим сферам его применения относятся производство кормов для домашних животных, животных кормов, аквакультуры, а также промышленное использование и применение в косметических изделиях и средствах личной гигиены.
Краткое описание фигур
Фиг.1 представляет собой схематическое изображение способа производства изолятов белка канолы с разными белковыми профилями согласно одному варианту практического осуществления изобретения и
Фиг.2 представляет собой схематическое изображение непрерывного способа производства изолятов белка канолы с разными белковыми профилями согласно другому варианту практического осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
Соответствующие изолят белка канолы, полученный из РММ, и изолят белка канолы, полученный из супернатанта, могут выделяться из муки из масличных семян канолы либо периодическим способом, либо непрерывным способом, либо полунепрерывным способом, как описано в общих чертах в вышеупомянутых заявках на патенты США. Хотя настоящее изобретение описывается, главным образом, применительно к каноле, настоящее изобретение применимо также и к муке из семян других масличных культур, в которой фитиновая кислота солюбилизируется на стадии экстракции, включая муку из семян льна, конопли и сои.
Начальная стадия способа обеспечения изолятов белка канолы включает солюбилизацию белкового материала из муки из масличных семян канолы. Белковый материал, извлекаемый из муки из семян канолы, может представлять собой нативный белок семян канолы, либо белковый материал может быть белком, модифицированным генетической манипуляцией, но обладающим характерными для нативного белка гидрофобными и полярными свойствами. Мука канолы может быть любой мукой канолы, полученной от удаления масла канолы из масличных семян канолы, с варьирующими уровнями неденатурированного белка, например, от удаления масла методами экстракции горячим гексаном или холодной экструзии. Удаление масла канолы из масличных семян канолы обычно осуществляется как операция, отдельная от описываемого здесь способа извлечения белкового изолята.
Солюбилизация белка осуществляется таким образом, чтобы обеспечить более низкое количество фитиновой кислоты, присутствующей в водном растворе белка канолы, по сравнению со способами, описанными в вышеупомянутых заявках на патенты США. Солюбилизация белка проводится с использованием водного солевого раствора, который может быть водным раствором хлорида натрия или, в предпочтительном варианте, водным раствором хлорида кальция.
Для того чтобы иметь пониженную концентрацию фитиновой кислоты в водном растворе белка канолы, полученном от экстракции муки из масличных семян канолы, экстракция может осуществляться с использованием водного раствора хлорида кальция в определенном диапазоне температур, либо, в случае если водный хлорид кальция не используется, экстракция проводится скорее при повышенной температуре, чем при температуре окружающей среды.
Такая экстракция при повышенной температуре может осуществляться при температуре примерно от 45°С до 70°С. Предпочтительно такая экстракция проводится с использованием водного раствора хлорида натрия при температуре примерно от 55°С до 65°С.
Водный раствор соли, используемый при экстракции белка, если это не хлорид кальция, а предпочтительно хлорид натрия, может иметь значения ионной силы, рН и концентрации муки, которые обсуждаются ниже для экстракции с хлоридом кальция.
Солюбилизация белка предпочтительно проводится в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения с использованием раствора хлорида кальция. Солевой раствор имеет ионную силу, по меньшей мере, примерно 0,05, предпочтительно по меньшей мере, примерно 0,1, с тем чтобы обеспечить солюбилизацию значительных количеств белка. По мере увеличения ионной силы раствора хлорида кальция степень солюбилизации белка в муке из масличных семян первоначально возрастает до тех пор, пока не достигнет максимального значения. Любое последующее увеличение ионной силы не приводит к увеличению общего количества солюбилизированного белка. Ионная сила раствора хлорида кальция, которая вызывает максимальную солюбилизацию белка, варьирует в зависимости от выбранной муки из масличных семян.
С учетом того, что с увеличением ионной силы требуется более высокая степень разбавления для осаждения белка, обычно предпочитается, чтобы значение ионной силы было ниже примерно 0,08 и более предпочтительным является значение примерно от 0,1 до 0,15.
В периодическом способе солюбилизация белка солью осуществляется при температуре, по меньшей мере, примерно от 5°С и предпочтительно до 35°С и предпочтительно сопровождается перемешиванием для сокращения времени солюбилизации, которое обычно составляет примерно от 10 до 60 минут. Предпочтительно солюбилизация проводится так, чтобы экстрагировать в основном максимально возможное на практике количество белка из муки из масличных семян с тем, чтобы обеспечить высокий общий выход продукта.
В качестве нижнего температурного предела выбрана температура примерно 5°С, поскольку при температуре ниже этой солюбилизация замедляется, становясь неэффективной, в то время как в качестве верхнего предпочтительного температурного предела выбрана температура примерно 35°С, поскольку при более высоких температурных уровнях способ становится неэкономичным в периодическом режиме. Однако повышенные температуры могут быть желательными в случае экстракции хлоридом кальция, поскольку способствуют дальнейшему снижению содержания фитиновой кислоты в водном белковом растворе, что обсуждалось выше.
В непрерывном способе экстракция белка из муки из масличных семян канолы проводится любым путем, совместимым с проведением непрерывной экстракции белка из муки из масличных семян канолы. В одном варианте практического осуществления изобретения мука из масличных семян канолы непрерывно смешивается с раствором хлорида кальция и смесь транспортируется по трубопроводу, длина которого и скорость потока в котором обеспечивают время пребывания, достаточное для осуществления требуемой экстракции в соответствии с описанными здесь параметрами. В таком непрерывном способе стадия солюбилизации солью происходит быстро - в течение примерно до 10 минут; предпочтительно солюбилизация осуществляется таким образом, чтобы экстрагировать в основном максимально достижимое на практике количество белка из муки из масличных семян канолы. Солюбилизация в непрерывном способе предпочтительно проводится при повышенных температурах, предпочтительно выше примерно 35°С, в большинстве случаев - примерно до 65°С. Как отмечалось ранее, повышенные температуры приводят к пониженным уровням фитиновой кислоты в водном белковом растворе.
Водный раствор хлорида кальция и мука из масличных семян канолы имеют естественный рН - примерно от 5 до 6,8, что позволяет получать белковый изолят мицеллярным путем, как более подробно описывается ниже.
При предельных и близких к предельным значениях рН образование белкового изолята мицеллярным путем происходит только частично и с более низкими выходами, чем при других значениях указанного диапазона рН. По этим причинам предпочтительными являются значения рН примерно от 5,3 до 6,2.
Величина рН солевого раствора может регулироваться на стадии экстракции до требуемого значения в диапазоне примерно от 5 до 6,8 с помощью любой пригодной для данной цели кислоты, обычно соляной кислоты, или щелочи, обычно гидроксида натрия, в зависимости от требований.
Концентрация муки из масличных семян в растворе хлорида кальция на стадии солюбилизации может варьировать в широких пределах. Типичные значения концентрации составляют примерно от 5 до 15 мас./об.%.
В солевом растворе может присутствовать антиоксидант в течение, по меньшей мере, части стадии экстракции. Антиоксидант может быть любым пригодным для данной цели, антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество антиоксиданта, применяемого на стадии экстракции, зависит от используемых материалов и может варьировать примерно от 0,01 до 1 мас.%, предпочтительно - примерно 0,05 мас.%. Антиоксидант служит для ингибирования окисления фенольных соединений, присутствующих в водном белковом растворе, которые могут отрицательно влиять на цвет готового продукта.
Стадия экстракции белка водным раствором хлорида кальция имеет дополнительный эффект солюбилизации жиров, которые могут присутствовать в муке канолы, а затем перейти в жиры, присутствующие в водной фазе.
Белковый раствор, полученный на стадии экстракции, в большинстве случаев имеет концентрацию белка примерно от 5 до 40 г/л, предпочтительно - примерно от 10 до 30 г/л. Экстракция белка из муки из масличных семян канолы с использованием водного раствора хлорида кальция приводит к присутствию фитиновой кислоты в белковом растворе, но на значительно сниженном уровне по сравнению с белковым раствором, полученным от экстракции муки из масличных семян канолы с использованием водного раствора хлорида натрия при таких же условиях экстракции.
Водная фаза, полученная на стадии экстракции, может затем отделяться от остаточной муки из семян канолы любым пригодным для этой цели способом, например путем применения центрифуги-декантатора с последующим центрифугированием в тарельчатой центрифуге и/или фильтрацией для удаления остаточной муки. Отделенная остаточная мука может подвергаться сушке перед дальнейшим использованием.
Цвет готового изолята белка канолы можно улучшить, т.е. сделать его более светлым и менее интенсивным желтым, путем смешивания активированного угля в порошке или другого агента, адсорбирующего пигменты, с отделенным водным белковым раствором и последующего удаления адсорбента, обычно фильтрацией, для обеспечения белкового раствора. Для удаления пигментов может применяться также диафильтрация.
Указанная стадия удаления пигментов может проводиться в любых удобных для этой цели условиях, в большинстве случаев при комнатной температуре отделенного водного белкового раствора с использованием любого пригодного агента, адсорбирующего пигменты. Активированный уголь в порошке используется в количестве примерно от 0,025% до 5 мас./об.%, предпочтительно - примерно от 0,05% до 2 мас./об.%.
Если мука из семян канолы содержит значительные количества жира, как описано в патентах США №5844086 и 6005076, правопреемником которых является автор настоящей заявки и которые включены в перечень ссылок, принятых во внимание при составлении настоящей заявки, то могут проводиться описанные в указанных патентах стадии обезжиривания отделенного водного белкового раствора и концентрированного водного белкового раствора, что обсуждается ниже. Если проводится стадия улучшения цвета, то эта стадия может осуществляться после первой стадии обезжиривания.
Альтернативным вариантом является экстракция муки из масличных семян с применением водного раствора хлорида кальция при относительно высоком значении рН - выше примерно 6,8, в большинстве случаев - примерно до 9,9. Величина рН раствора хлорида кальция может регулироваться до требуемого значения в щелочной области рН с помощью любой пригодной для данной цели щелочи пищевого качества, такой как водный раствор гидроксида натрия. Альтернативно мука из масличных семян может экстрагироваться раствором хлорида кальция при относительно низком рН - ниже примерно 5, в большинстве случаев - ниже примерно 3. В случае использования такого альтернативного варианта водная фаза, полученная от стадии экстракции муки из масличных семян, отделяется затем от остаточной муки канолы любым удобным способом, например с использованием центрифуги-декантатора с последующим центрифугированием в тарельчатой центрифуге и/или фильтрацией для удаления остаточной муки. Отделенная остаточная мука может подвергаться сушке перед дальнейшим использованием.
Величина рН водного белкового раствора, полученного на стадии экстракции при высоком или низком рН, может устанавливаться в диапазоне рН примерно от 5 до 6,8, предпочтительно - примерно от 5,3 до 6,2, что обсуждалось выше, перед последующей обработкой, что обсуждается ниже. Такое регулирование рН может проводиться с использованием любой пригодной для данной цели кислоты, такой как соляная, или щелочи, такой как гидроксид натрия, в зависимости от потребности.
Затем водный белковый раствор концентрируется с целью повышения концентрации белка в нем при одновременном поддержании его ионной силы в основном постоянной. Указанное концентрирование в большинстве случаев проводится таким образом, чтобы обеспечить концентрированный белковый раствор, имеющий концентрацию 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.
Стадия концентрирования может осуществляться любым удобным образом, совместимым с периодическим или непрерывным режимом, например с применением любой удобной селективной мембранной технологии, такой как ультрафильтрация или диафильтрация, использующей мембраны, например мембраны из полых волокон или спиралеобразные мембраны, с соответствующей молекулярной проницаемостью, например с проницаемостью для веществ с молекулярной массой примерно от 3000 до 100000 дальтон, предпочтительно - примерно от 5000 до 10000 дальтон, в зависимости от различных материалов, из которых изготовлены мембраны, и конфигураций мембран, а в непрерывном способе - с использованием мембран такого размера, который обеспечивает требуемую степень концентрирования водного белкового раствора при пропускании его через мембраны.
Концентрированный белковый раствор может подвергаться затем стадии диафильтрации с использованием водного солевого раствора, который может быть водным раствором хлорида натрия или водным раствором хлорида кальция такой же молярности и с таким же рН, что и экстракционный раствор. Указанная диафильтрация может осуществляться с использованием примерно от 2 до 20 объемов диафильтрационного раствора, предпочтительно - примерно от 5 до 10 объемов диафильтрационного раствора В ходе операции диафильтрации из водного белкового раствора удаляются дополнительные количества загрязняющих веществ, включая фенольные соединения и красящие вещества с заметной окраской, которые проходят через мембрану с пермеатом. Операция диафильтрации может проводиться до тех пор, пока в пермеат не перейдут значительные дополнительные количества фенольных соединений и красящих веществ с заметной окраской. Такая диафильтрация может осуществляться с применением мембраны, проницаемой для веществ с молекулярной массой примерно от 3000 до 100000 дальтон, предпочтительно - примерно от 5000 до 10000 дальтон, в зависимости от различных материалов, из которых изготовлена мембрана, и ее конфигурации.
В диафильтрационной среде может присутствовать антиоксидант, по меньшей мере, на какой-то части стадии диафильтрации. Антиоксидант может быть любым пригодным для данной цели антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество антиоксиданта, используемого в диафильтрационной среде, зависит от используемых материалов и может варьировать примерно от 0,01 до 1 мас.%, предпочтительно - примерно 0,05 мас.% Антиоксидант служит для ингибирования окисления фенольных соединений, присутствующих в концентрированном растворе изолята белка канолы, которые могут отрицательно влиять на цвет готового продукта.
Стадия концентрирования и стадия диафильтрации могут проводиться при любой удобной температуре, в большинстве случаев примерно от 20°С до 60°С, предпочтительно - примерно от 20°С до 30°С, и в течение периода времени, достаточного для достижения требуемой степени концентрирования. Температура и другие применяемые параметры зависят в определенной степени от мембранного оборудования, используемого для осуществления концентрирования, и требуемой концентрации белка в растворе.
Концентрирование белкового раствора до предпочтительной концентрации белка выше примерно 200 г/л на этой стадии не только повышает выход продукта до уровня выше примерно 40% в пределах того относительного количества экстрагированного белка, которое извлекается в виде сухого белкового изолята, предпочтительно - выше примерно 80%, но и снижает концентрацию соли в готовом белковом изоляте после сушки. Возможность контролировать концентрацию соли в изоляте имеет важное значение в рамках практического использования этого изолята, в котором колебания концентраций соли могут отрицательно сказаться на функциональных и сенсорных свойствах изолята в составе тех специфических продуктов, в которых он используется.
Как хорошо известно, ультрафильтрация и аналогичные селективные мембранные технологии обеспечивают прохождение низкомолекулярных веществ при одновременном удерживании на мембране высокомолекулярных веществ. Низкомолекулярные вещества включают не только ионные формы соли, но и низкомолекулярные материалы, экстрагируемые из исходного сырья, такие как углеводы, пигменты и антипитательные факторы, а также низкомолекулярные формы белка. Обычно подбирается мембрана с такой молекулярной проницаемостью, которая гарантирует удержание значительного количества белка в растворе и в то же время обеспечивает прохождение загрязняющих веществ в зависимости от различных материалов, из которых изготовлена мембрана, и ее конфигурации.
Концентрированный и необязательно диафильтрованный белковый раствор может подвергаться последующей операции обезжиривания, если таковая требуется, как описано в патентах США №5844086 и 6005076.
Концентрированный и необязательно диафильтрованный белковый раствор может подвергаться операции удаления красящих веществ как альтернативы описанной выше операции удаления красящих веществ. В этой операции может использоваться активированный уголь в порошке, а также гранулированный активированный уголь (GAC). Другим материалом, который может применяться на этой стадии в качестве агента, адсорбирующего красящие вещества, является поливинилпирролидон.
Стадия обработки агентом, абсорбирующим красящие вещества, может проводиться в любых удобных условиях, в большинстве случаев при температуре окружающей среды раствора белка канолы. В случае применения активированного угля в порошке его количество может составлять примерно от 0,025% до 5 мас./об.%, предпочтительно - примерно от 0,05% до 2 мас./об.%. Если в качестве агента, адсорбирующего красящие вещества, используется поливинилпирролидон, то его количество может составлять примерно от 0,5 до 5 мас./об.%, предпочтительно - примерно от 2% до 3 мас./об.%. Агент, адсорбирующий красящие вещества, может удаляться из раствора белка канолы любым удобным методом, например фильтрацией.
Концентрированный и необязательно диафильтрованный белковый раствор от необязательной стадии удаления красящих веществ может подвергаться пастеризации в целях уничтожения любых бактерий, которые могут присутствовать в исходной муке как следствие ее хранения или т.п., и экстрагироваться из муки в раствор изолята белка канолы на стадии экстракции. Указанная пастеризация может проводиться при любых требуемых режимах пастеризации. В большинстве случаев концентрированный и необязательно диафильтрованный белковый раствор нагревается до температуры примерно от 55°С до 70°С, предпочтительно - примерно от 60°С до 65°С, в течение примерно от 10 до 15 минут, предпочтительно - в течение примерно 10 минут. Затем пастеризованный концентрированный белковый раствор может охлаждаться для последующей обработки, как описано ниже, предпочтительно до температуры примерно от 25°до 40°С.
В зависимости от температуры, применяемой на стадии концентрирования и необязательной стадии диафильтрации, и независимо от того, проводилась стадия пастеризации или нет, концентрированный белковый раствор может подогреваться до температуры, по меньшей мере, примерно от 20°С до 60°С, предпочтительно - примерно от 25°С до 40°С, в целях снижения вязкости концентрированного белкового раствора для облегчения проведения последующей стадии разбавления и образования мицелл. Концентрированный белковый раствор не следует нагревать до температуры выше указанной, поскольку при такой температуре не будет происходить образования мицелл при разбавлении охлажденной водой.
Затем концентрированный белковый раствор, полученный от стадии концентрирования, необязательной стадии диафильтрации, необязательной стадии удаления красящих веществ, необязательной стадии пастеризации и необязательной стадии обезжиривания, разбавляется с тем, чтобы вызвать образование мицелл при смешивании концентрированного белкового раствора с охлажденной водой, взятой в объеме, требуемом для достижения требуемой степени разбавления. Степень разбавления концентрированного белкового раствора может варьировать в зависимости от количества белка канолы, которое требуется получить мицеллярным путем, и количества белка канолы, выделенного из супернатанта. В большинстве случаев чем выше уровни разбавления, тем большее количество белка канолы остается в водной фазе.
Если желательно обеспечить максимальное количество белка мицеллярным путем, то в этом случае концентрированный белковый раствор разбавляется примерно в 15 раз или менее, предпочтительно - примерно в 10 раз или менее.
Охлажденная вода, с которой смешивается концентрированный белковый раствор, имеет температуру ниже примерно 15°С, в большинстве случаев - примерно от 3°С до 15°С, предпочтительно ниже примерно 10°С, поскольку именно при этих более холодных температурах достигается повышенный выход белкового изолята в форме белковой мицеллярной массы при используемых факторах разбавления.
В периодическом способе партия концентрированного белкового раствора добавляется в статическую массу охлажденной воды, имеющей требуемый объем, что обсуждалось выше. Разбавление концентрированного белкового раствора и, как следствие этого, уменьшение его ионной силы вызывает образование в виде помутнения массы высокоассоциированных белковых молекул в форме дискретных белковых капель в мицеллярной форме. В периодическом способе белковые мицеллы осаждаются отстаиванием в толще охлажденной воды с образованием агрегированной, коалесцентной, плотной, аморфной, клейкой, похожей на клейковину белковой мицеллярной массы (РММ). Осаждение можно ускорить, например, центрифугированием. Такое индуцируемое осаждение снижает содержание жидкости в белковой мицеллярной массе, уменьшая, тем самым, ее влагосодержание обычно примерно с 70 мас.% - 95 мас.% до значения, составляющего в большинстве случаев примерно 50 мас.% - 80 мас.% общей мицеллярной массы. Уменьшение влагосодержания мицеллярной массы таким путем способствует также снижению содержания окклюдированной соли в мицеллярной массе и, следовательно, содержания соли в сухом изоляте.
Альтернативно операция разбавления может проводиться непрерывно путем непрерывной подачи концентрированного белкового раствора через одно входное отверстие Т-образного трубопровода, а воды для разбавления - через другое входное отверстие Т-образного трубопровода, благодаря чему смешивание осуществляется в трубопроводе. Вода для разбавления подается в Т-образный трубопровод в количестве, достаточном для достижения требуемой степени разбавления концентрированного белкового раствора.
Смешивание концентрированного белкового раствора с водой для разбавления в трубопроводе инициирует образование белковых мицелл; полученная смесь непрерывно выгружается из выходного отверстия Т-образного трубопровода в отстойник, из которого при его наполнении сливается супернатант. Смесь предпочтительно подается в толщу жидкости в отстойнике таким образом, чтобы минимизировать турбулентность в толще жидкости.
В непрерывном способе белковые мицеллы оставляются в покое для осаждения в отстойнике с образованием агрегированной, коалесцентной, плотной, аморфной, клейкой, похожей на клейковину белковой мицеллярной массы (РММ), и процедура продолжается до тех пор, пока на дне отстойника не накопится требуемое количество РММ, после чего накопленная РММ выгружается из отстойника. Вместо осаждения седиментацией РММ может отделяться непрерывно путем центрифугирования.
Комбинация параметров процесса концентрирования белкового раствора до предпочтительного содержания белка, по меньшей мере, примерно 200 г/л, и применение фактора разбавления ниже примерно 15 обеспечивают более высокий выход, зачастую значительно более высокий выход, в пределах количества белка, извлекаемого из экстракта исходной муки в форме белковой мицеллярной массы, и получение более чистых изолятов с точки зрения содержания в них белка, чем это достигается при использовании любого из способов получения белкового изолята предшествующего уровня техники, описанных, например, в патентах США №5844086, 6055076 и 4208323.
По сравнению с периодическим способом применение непрерывного способа извлечения изолята белка канолы позволяет значительно сократить во времени начальную стадию экстракции белка при том же уровне экстракции белка и применять стадии экстракции значительно более высокие температуры. В дополнение к этому в непрерывном способе риск загрязнения меньше, чем в периодическом, что приводит к получению продукта более высокого качества, а сам способ может осуществляться на более компактном оборудовании.
Осажденный изолят отделяется от остаточной водной фазы или супернатанта, например, декантацией остаточной водной фазы из осевшей массы или центрифугированием. РММ может использоваться во влажном виде или может подвергаться сушке любым удобным способом, таким как распылительная сушка, сублимационная сушка или вакуумная вальцовая сушка, для получения ее в сухом виде. Высушенная РММ имеет высокое содержание белка, превышающее примерно 90 мас.% белка, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 мас.% белка (рассчитанное по Кьельдалю N × 6,25), который является в основном неденатурированным (что подтвердила дифференциальная сканирующая калориметрия).
Как описано в вышеупомянутой заявке на патент США №10/413371, изолят белка канолы, полученный из РММ, состоит преимущественно из белка 7S и характеризуется белковым профилем, который включает:
примерно от 60 до 90 мас.% белка 7S,
примерно от 1 до 15 мас.% белка 12S и
от 0 до примерно 15 мас.% белка 2S;
предпочтительно:
примерно от 88 до 95 мас.% белка 7S,
примерно от 1 до 12 мас.% белка 12S и
от 0 до примерно 1 мас.% белка 2S.
Сухая РММ, выделенная из муки из масличных семян, имеет также низкое остаточное содержание жира, если применялись при необходимости операции, описанные в патентах США №5844086 и 6005076, которое может составлять ниже примерно 1 мас.%. Изолят белка канолы содержит пониженные количества фитиновой кислоты по сравнению с экстракцией муки водным раствором хлорида натрия при тех же условиях реакции или при температуре окружающей среды, которые предпочтительно могут составлять ниже примерно 1 мас.%.
Супернатант от стадии образования и осаждения РММ содержит значительные количества белка канолы, не осажденного на стадии разбавления, и подвергается обработке с целью извлечения из него изолята белка канолы. Супернатант от стадии разбавления после выгрузки РММ концентрируется для увеличения концентрации белка в нем. Такое концентрирование осуществляется с помощью любой удобной селективной мембранной технологии, такой как ультрафильтрация, с применением мембран с соответствующей молекулярной проницаемостью, пропускающих низкомолекулярные вещества, включая соль и другие небелковые низкомолекулярные материалы, и одновременно удерживающих белок канолы в растворе. Могут использоваться ультрафильтрационные мембраны, обладающие проницаемостью для веществ с молекулярной массой примерно от 3000 до 100000 дальтон, предпочтительно - примерно от 5000 до 10000 дальтон, в зависимости от материалов, из которых изготовлены эти мембраны, и конфигурации мембран. Концентрирование супернатанта таким путем снижает также объем жидкости, который требуется удалить в процессе сушки для извлечения белка. В большинстве случаев Супернатант концентрируется перед сушкой до концентрации белка, по меньшей мере, примерно 50 г/л, предпочтительно - примерно от 100 до 400 г/л, более предпочтительно - примерно от 200 до 300 г/л. Эта операция концентрирования может проводиться в периодическом режиме или в непрерывном режиме, как описано выше для стадии концентрирования белкового раствора.
Концентрированный супернатант может затем подвергаться стадии диафильтрации с использованием воды. Такая диафильтрация может проводиться с использованием примерно от 2 до 20 объемов диафильтрационного раствора, предпочтительно - примерно от 5 до 10 объемов диафильтрационного раствора. В процессе операции диафильтрации из водного супернатанта удаляются дополнительные количества загрязняющих веществ путем прохождения их через мембрану с пермеатом. Операция диафильтрации может проводиться до тех пор, пока в пермеате не будут присутствовать значительные дополнительные количества фенольных соединений и красящих веществ с видимой окраской. Такая диафильтрация может осуществляться с использованием той же мембраны, какая использовалась на стадии концентрирования. Однако при необходимости диафильтрация может осуществляться с применением отдельной мембраны, например мембраны с молекулярной проницаемостью примерно от 3000 до 100000 дальтон, предпочтительно - примерно от 5000 до 10000 дальтон, в зависимости от материалов, из которых изготовлена эта мембрана, и конфигурации мембраны.
В диафильтрационной среде может присутствовать антиоксидант в течение, по меньшей мере, части стадии диафильтрации. Антиоксидант может быть любым пригодным для данной цели антиоксидантом, таким как сульфит натрия или аскорбиновая кислота. Количество антиоксиданта, используемого в диафильтрационной среде, зависит от используемых материалов и может варьировать примерно от 0,01 до 1 мас.%, предпочтительно - примерно 0,05 мас.%. Антиоксидант служит для ингибирования окисления фенольных соединений, присутствующих в концентрированном растворе изолята белка канолы.
Концентрированный и необязательно диафильтрованный супернатант может подвергаться сушке любым удобным способом, таким как распылительная сушка, сублимационная сушка или вакуумная вальцовая сушка, до сухой формы для обеспечения дополнительного изолята белка канолы. Этот дополнительный изолят белка канолы имеет высокое содержание белка, превышающее примерно 90 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 мас.% (при расчете по Кьельдалю N × 6,25), который является в основном неденатурированным (что подтвердила дифференциальная сканирующая калориметрия).
Как описано в вышеупомянутой заявке на патент США №10/413371, изолят белка канолы, выделенный из супернатанта, состоит преимущественно из белка 2S и обладает белковым профилем, включающим:
примерно от 60 до 95 мас.% белка 2S,
примерно от 5 до 40 мас.% белка 7S и
от 0 до примерно 5 мас.% белка 12S,
предпочтительно
примерно от 70 до 75 мас.% белка 2S,
примерно от 5 до 30 мас.% белка 7S и
от 0 до примерно 2 мас.% белка 12S.
Содержание фитиновой кислоты в изоляте белка канолы снижено по сравнению со способом экстракции белка из муки водным раствором хлорида натрия при тех же условиях экстракции или при температуре окружающей среды и предпочтительно может составлять ниже примерно 1 мас.%.
В случае необходимости, по меньшей мере, часть влажной РММ может комбинироваться, по меньшей мере, с частью концентрированного супернатанта перед сушкой комбинированных потоков белка любым удобным способом для обеспечения комбинированной композиции изолята белка канолы. Относительные количества белковых материалов, смешиваемых вместе, могут подбираться таким образом, чтобы обеспечить готовую композицию изолята белка канолы, имеющую требуемый белковый профиль 2S/7S/12S. Альтернативно сухие изоляты белка могут комбинироваться в любых требуемых соотношениях с целью обеспечения в смеси требуемых специфических белковых профилей 2S/7S/12S. Комбинированная композиция изолятов белка канолы имеет высокое содержание белка, превышающее примерно 90 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 мас.% (при расчете по Кьельдалю N × 6,25), который является в основном неденатурированным (что подтвердила дифференциальная сканирующая калориметрия).
В другом альтернативном варианте, в котором только часть концентрированного супернатанта смешивается только с частью РММ и полученная смесь подвергается сушке, оставшаяся порция концентрированного супернатанта может подвергаться сушке, равно как и оставшаяся порция РММ. Кроме того, сухая РММ и сухой супернатант также могут смешиваться сухим способом в требуемых соотношениях, что обсуждалось выше.
Действуя таким образом, можно получить целый ряд изолятов белка канолы - в форме сухой РММ, сухого супернатанта и сухих смесей из смешанных в различных массовых соотношениях изолята белка канолы, извлеченного из РММ, и изолята белка канолы, извлеченного из супернатанта, в большинстве случаев в массовых соотношениях примерно от 5:95 до 95:5, что может быть желательным для достижения разнообразных функциональных и питательных свойств, обусловленных разными соотношениями между белками 2S/7S/12S в композициях.
В качестве альтернативы разбавлению концентрированного белкового раствора в охлажденной воде и обработке полученных осадка и супернатанта, как описано выше, белок может извлекаться из концентрированного белкового раствора диализом концентрированного белкового раствора для снижения содержания соли в нем. Снижение содержания соли в концентрированном белковом растворе приводит к образованию белковых мицелл в диализных трубках. После диализа белковые мицеллы можно выдержать в покое для их отстаивания, накопления и сушки, как обсуждалось выше. Супернатант от стадии отстаивания белковых мицелл может подвергаться обработке, как описано выше, с целью извлечения из него дополнительного белка. Альтернативно сушке можно подвергать непосредственно содержимое диализных трубок. Этот последний альтернативный вариант полезен в том случае, когда требуется получить небольшие количества белка в лабораторном масштабе.
Наблюдениями установлено, что если разбавить ретентат от стадии концентрирования при экстракции хлоридом кальция, то РММ в этом случае будет осаждаться плохо, что приведет к тому, что в супернатанте останется, как было обнаружено, больше белка 7S, чем в варианте с экстракцией хлоридом натрия при тех же условиях экстракции.
Можно использовать хлорид кальция на стадии экстракции, а перед разбавлением заменять хлорид кальция хлоридом натрия для диафильтрации ретентата раствором хлорида натрия.
Описание предпочтительных вариантов изобретения
На фиг.1 схематически представлена последовательность операций периодического способа получения изолятов белка канолы, имеющих пониженное содержание фитиновой кислоты. Мука из масличных семян канолы и водная экстракционная среда с хлоридом кальция поступают по трубопроводу 10 в экстрактор 12, в котором мука из масличных семян экстрагируется и образуется водный белковый раствор. Альтернативно мука их масличных семян канолы и водный раствор хлорида натрия поступают по трубопроводу 10 в экстрактор для экстракции при повышенной температуре.
Суспензия водного белкового раствора и остаточной муки из масличных семян проходит по трубопроводу 14 в центрифугу-декантатор 16 для отделения остаточной муки из масличных семян, которая отводится по трубопроводу 18. Затем водный белковый раствор проходит по трубопроводу 20 на операцию осветления 22, в процессе которой водный белковый раствор центрифугируется и фильтруется для удаления мелкого шлама, который отводится по трубопроводу 24.
Осветленный водный белковый раствор прокачивается насосом по трубопроводу 26 через ультрафильтрационные мембраны 28 для получения концентрированного белкового раствора в виде ретентата в трубопроводе 30, в то время как пермеат отводится по трубопроводу 32. Концентрированный белковый раствор поступает в отстойник 34, содержащий холодную воду, подаваемую по трубопроводу 36. Белковая мицеллярная масса, образующаяся в отстойнике 34, пропускается через отстойник шлама 35, а затем по трубопроводу 38 подается в распылительную сушилку 40 для обеспечения сухого изолята белка канолы 42.
Супернатант из отстойника шлама 35 удаляется по трубопроводу 44 и пропускается насосом через ультрафильтрационные мембраны 46 для получения концентрированного белкового раствора в виде ретентата в трубопроводе 48, в то время как пермеат отводится по трубопроводу 50. Концентрированный белковый раствор подается в распылительную сушилку 52 для обеспечения дополнительного сухого изолята белка канолы 54.
Альтернативно концентрированный белковый раствор в трубопроводе 48 может быть пущен по трубопроводу 56 для смешивания с белковой мицеллярной массой с последующей сушкой смеси в распылительной сушилке 40.
На фиг.2 схематически представлена последовательность операций непрерывного способа получения изолятов белка канолы, имеющих пониженное содержание фитиновой кислоты. Мука из масличных семян канолы и водная экстракционная среда с хлоридом кальция подаются соответственно по трубопроводам 110 и 112 в смеситель 114, в котором мука из масличных семян и водная экстракционная среда смешиваются, и смесь подается по трубопроводу 116 в смесительный трубопровод 118. В смесительном трубопроводе 118 мука из масличных семян экстрагируется и образуется водный белковый раствор. Альтернативно мука из масличных семян канолы и водный раствор хлорида натрия поступают соответственно по трубопроводам 110 и 112 в смеситель 114 для экстракции при повышенной температуре в смесительном трубопроводе 118. Суспензия водного белкового раствора и остаточной муки из масличных семян подается трубопроводом 120 в центрифугу-декантатор 122 для отделения остаточной муки из масличных семян, которая удаляется по трубопроводу 124. Водный белковый раствор отводится затем трубопроводом 126 на операцию осветления 128, в процессе которой водный белковый раствор центрифугируется и фильтруется для удаления тонкого шлама, который удаляется по трубопроводу 130.
Осветленный водный белковый раствор пропускается насосом по трубопроводу 132 через ультрафильтрационные мембраны 134, имеющие размеры, достаточные для обеспечения требуемой степени концентрирования водного белкового раствора, с получением концентрированного белкового раствора в виде ретентата в трубопроводе 136, в то время как пермеат отводится трубопроводом 138. Концентрированный белковый раствор поступает во входное отверстие смесительного тройника 140, в то время как холодная вода подается по трубопроводу 142 в объеме, достаточном для достижения требуемой степени разбавления. Полученный раствор поступает по трубопроводу 144 в уравнительный танк 146, а затем в отстойник шлама 147. Белковая мицеллярная масса удаляется из отстойника шлама по трубопроводу 148 и пропускается через распылительную сушилку 150 для получения сухого изолята белка канолы 152.
Супернатант из отстойника шлама 147 отводится по трубопроводу 154 и пропускается насосом через ультрафильтрационные мембраны 152 с получением концентрированного белкового раствора в виде ретентата в трубопроводе 158, в то время как пермеат удаляется по трубопроводу 160. Концентрированный белковый раствор пропускается через распылительную сушилку 162 для получения дополнительного сухого изолята белка канолы 164.
Альтернативно концентрированный белковый раствор в трубопроводе 158 может подаваться по трубопроводу 166 для смешивания с белковой мицеллярной массой перед последующей сушкой смеси в распылительной сушилке 150.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Пример 1
Настоящий пример описывает получение изолятов белка канолы.
2
"а" кг муки из масличных семян канолы промышленного производства добавлялись к "b" л экстракционного раствора, который представлял собой либо 0,1 М раствор NaCl, либо 0,075 М раствор CaCl, содержащий 0,05 мас.% аскорбиновой кислоты, при температуре окружающей среды, смесь перемешивалась в течение 30 минут для получения водного белкового раствора, имеющего содержание белка "с"  мас.%. Содержание белка во всех случаях определялось с помощью прибора для определения азота Leco FP528 Nitrogen Determinator. Остаточная мука канолы удалялась, а полученный белковый раствор осветлялся путем центрифугирования и фильтрации с получением "d" л фильтрованного белкового раствора, имеющего содержание белка "е"  мас.%.
Аликвотное количество "f" л раствора белкового экстракта сокращалось в объеме до "g" л путем концентрирования на полиэфирно-сульфоновой мембране (PES), обладающей проницаемостью для веществ с молекулярной массой 100000 дальтон, а затем пастеризовалось при 60°С в течение 10 минут. Полученный пастеризованный концентрированный раствор имел содержание белка "h"  мас.%.
Концентрированный раствор при "i" °C разбавлялся при факторе разбавления "j" холодной RO водой, имеющей температуру "q". Образовавшееся белое помутнение оставляли в покое для оседания. Верхний слой воды, взятой для разбавления, удалялся, а осевшая вязкая, клейкая масса (РММ) извлекалась со дна резервуара с выходом "k" мас.% фильтрованного белкового раствора. Установлено, что сухой белок, извлеченный из РММ, имел содержание белка "l" мас.% (N×6,25) в сухом веществе (d.b.). Продукт был обозначен "m (С300)".
Удаленная вода, использовавшаяся для разбавления, сокращалась по объему путем ультрафильтрации с использованием PES мембраны, обладающей проницаемостью для веществ с молекулярной массой 100000 дальтон, и концентрат подвергался затем пастеризации при 60°С в течение 10 минут. Пастеризованный концентрат, содержащий "n"  мас.% белка, высушивался. С учетом дополнительного белка, извлеченного из супернатанта, общий выход белка в виде фильтрованного белкового раствора составил "о". Установлено, что сухой белок, извлеченный из супернатанта, имел содержание белка "p"  мас.% (N×6,25) d.b. Продукт был обозначен "m (C200)".
Параметры с "а" по "q" и другие особенности процесса приводятся в нижеследующей табл.I.
Таблица I
Параметр, единицы измерения
Буквенное обозначение: m
Партия 1 AL022-J07-03А
Партия 2 AL022-J30-03А
Партия 3 AL022-L03-03А
Раствор соли для экстракции
0,1M NaCl
0,075М СаСl<sub>2</sub>
0,075М СаСl<sub>2</sub>
кг муки
а
15
15
15
литров
b
100
100
100
Белок, мас.%
с
2,16%
2,26%
2,21%
Осветленный раствор, л
d
75
102
85
Фильтрованный, мас.% белка
е
1,95%
1,56%
2,01%
Аликвотное количество белкового раствора, л
f
75
102
85
Сокращенный по объему, л
g
3,5
4
3,5
С применением мембран с молекулярной проницаемостью (MWCO), обе - УФ
Flexstand PES 100000
Flexstand PES 100000
Flexstand PES 100000
Белок, мас.%
h
29,50%
22,0%
30,2%
Ретентат UF1 температура, °С
i
29,3
30,8
31,0
Соотношение при разбавлении
j
1:10
1:10
1:10
Вода при °С
q
2,7
4,2
3
мас.% фильтрованного белкового раствора
k
60,3%
12,6%
26,9%
C300:
% (N×6,25) в сухом веществе
l
103,8%
102,9%
104,9%
Концентрированный супернатант: содержание белка, мас.%
n
6,77%
17,11%
15,58%
мас.% фильтрованного белкового раствора
o
76,7%
45,9%
56,7%
C200:
% (N×6,25) в сухом веществе
p
95,9%
106,6%
104,7%
Прочее:
Использованная аскорбиновая кислота, мас.%
0,05%/50 г
0,05%/50 г
0,05%/50 г
Барабанная центрифуга
400, затем 600 меш
600 меш
600 меш
Фильтр-пресс
2-микронный
2-микронный
2-микронный
Пастеризация
да
да
да
Пример 2
Настоящий пример сравнивает содержание фитиновой кислоты в изолятах белка канолы, полученных, как описано в примере 1,
Образцы изолятов белка канолы, полученные, как описано в примере 1, анализировались на содержание фитиновой кислоты с помощью метода ионообмена/колориметрии. Полученные результаты приводятся в нижеследующих табл.II и III.
Таблица II
Образец
мас.% фитиновой кислоты
Стандартное отклонение
AL022-J07-03A С300 w/NaCl
1,55
0,08
AL022-J07-03A С200 w/NaCl
4,09
0,17
AL022-J30-03A С300 w/CaCl<sub>2</sub>
0,43
0,00
AL022-J30-03A С200 w/CaCl<sub>2</sub>
0,93
0,03
Таблица III
Образец
мас.% фитиновой кислоты
Стандартное отклонение
AL022-L03-03A С300 w/СаСl<sub>2</sub>
0,85
0,06
AL022-L03-03A С200 w/CaCl<sub>2</sub>
0,34
0,06
2
Как можно видеть из этих данных, экстракция муки из масличных семян канолы с использованием хлорида натрия при тех же условиях экстракции приводила к более высокому содержанию фитиновой кислоты по сравнению с экстракцией с применением хлорида кальция. Разница в уровнях фитатов между продуктами С200 и С300 не была столь существенной в случае использования СаСl.
Пример 3
Настоящий пример описывает лабораторные эксперименты, сравнивающие экстракцию муки из масличных семян канолы с применением хлорида натрия и хлорида кальция.
2
2
Была выполнена серия лабораторных экспериментов. В экспериментах 15 г муки из масличных семян канолы промышленного производства комбинировались с 150 мл экстракционного растворителя для обеспечения 10 мас./об.% экстракции. Смесь перемешивалась в течение 30 мин с помощью вращающегося встряхивающего устройства, работающего при 220 об/мин, при температуре окружающей среды. Экстракционными растворителями служили 0,05 М СаСl 0,1 М NaCl и смеси из 0,05 М CaCl и 0,1 М NaCl, которые смешивались по объему в следующих соотношениях:
2
100% CaCl/ 0% NaCl
2
80% CaCl/ 20% NaCl
2
60% CaCl/ 40% NaCl
2
40% CaCl/ 60% NaCl
2
20% СаСl / 80% NaCl
2
0% CaCl/ 100% NaCl.
Экстракты центрифугировались при 10000g в течение 10 мин для отделения отработанной муки от экстракта. Центрифугированные экстракты фильтровались через бумажный фильтр 25 мкм. Фильтраты центрифугировались при 10000g в течение 20 мин. По 80 мл центрифугированных фильтратов отфильтровывались шприцем через фильтр 0,45 мкм для анализа и сублимационной сушки.
Образцы осветленных экстрактов анализировались на содержание белка с использованием прибора для определения азота LECO FP528 Nitrogen Terminator и на содержание фитиновой кислоты методом ионообменной HPLC (внутрилабораторный анализ) и методом ионообмена/колориметрии (внелабораторный анализ). Образцы анализировались также на белковый профиль методом безразмерной HPLC.
Уровни фитиновой кислоты и белка по результатам внутрилабораторного анализа и внелабораторного независимого анализа приводятся в нижеследующей табл.IV
Таблица IV
Образец
% белка
Площадь пика фитиновой кислоты (внутрилабораторный анализ)
% фитиновой кислоты (внелабораторный анализ)
100% CaCl<sub>2</sub> / 0% NaCl
1,83
40005
0,02
80% CaCl<sub>2</sub> / 20% NaCl
1,74
26163
0,27
60% CaCl<sub>2</sub> / 40% NaCl
1,66
164598
0,33
40% CaCl<sub>2</sub> / 60% NaCl
1,62
198508
0,30
20% CaCl<sub>2</sub> / 80% NaCl
1,54
256245
0,89
0% CaCl<sub>2</sub> / 100% NaCl
1,54
362222
2,02
Как можно видеть, увеличение относительного количества хлорида кальция в экстракционном растворе приводило к пониженным уровням фитиновой кислоты в образцах осветленных экстрактов и повышенным уровням белка в образцах экстрактов.
Белковые профили белков 12S, 7S и 2S в образцах экстрактов приводятся в нижеследующей табл.V.
Таблица V
Образец
% 12S
% 7S
% 2S
100% СаСl<sub>2</sub> / 0% NaCl
3,14
60,30
36,56
80% CaCl<sub>2</sub> / 20% NaCl
1,91
61,23
36,86
60% СаСl<sub>2</sub> / 40% NaCl
2,98
61,25
35,77
40% CaCl<sub>2</sub> / 60% NaCl
1,96
62,63
35,41
20% CaCl<sub>2</sub> / 80% NaCl
3,29
60,90
35,81
0% CaCl<sub>2</sub> / 100% NaCl
3,19
58,8
37,97
Хотя существуют различия в белковых профилях образцов различных экстрактов, они не рассматриваются как существенные.
Пример 4
Настоящий пример показывает влияние температуры экстракционной среды на содержание фитиновой кислоты.
Образцы муки из масличных семян канолы, из которых был удален растворитель при температуре ниже 70°С, подвергались экстракции водным раствором хлорида натрия при температуре окружающей среды и при 60°С.
15 г муки из масличных семян канолы с содержанием белка 35,91 мас.% и влагосодержанием 8,95% (определялось спустя 3 часа пребывания в печи при 100°С) добавлялись к 150 мл 0,1 М водного раствора хлорида натрия, и смесь помещалась на вращающееся встряхивающее устройство Lab-Line (шейкер) при 220 об/мин при температуре окружающей среды на 30 минут.
Экстракт центрифугировался при 10000 об/мин с использованием центрифуги Sorvall RC-5B и ротора GSA для отделения отработанной муки от водного раствора экстракта. Затем экстракт фильтровался через гофрированный бумажный фильтр (25 мкм) для удаления оставшихся твердых макрочастиц.
Фильтрат центрифугировался в течение 20 минут при 10000 об/мин, а затем отфильтровывался шприцем (0,45 мкм). Фильтрат высушивался сублимационной сушкой, и образцы подвергались анализу на фитиновую кислоту.
Затем процедура повторялась на другом образце той же самой муки из масличных семян канолы, за исключением того, что 15 г муки добавлялись к 150 мл 0,1 М раствора NaCl, смесь предварительно нагревалась до 60°С и перемешивалась в течение 5 минут при 60°С на горячей плите/мешалке Thermolyne.
Кажущаяся экстрагируемость белка была одинаковой в случае экстракции муки при температуре окружающей среды (47,34%) и при 60°С (46,51%).
Образцы, полученные из муки из масличных семян канолы, анализировались на содержание фитиновой кислоты, и результаты анализа приводятся в нижеследующей табл.VI.
Таблица VI
Образец
Содержание фитиновой кислоты (мас.%)
Экстракт, полученный при температуре окружающей среды
1,85
Экстракт, полученный при 60°С
1,61
Как можно видеть из результатов, приведенных в табл.VI, экстракция при 60°С приводила к пониженному содержанию фитиновой кислоты в экстракционном растворе, что, в свою очередь, должно привести к меньшему количеству фитиновой кислоты в извлеченном изоляте белка канолы.
Краткое изложение сущности изобретения
Резюмируя вышесказанное, можно заключить, что настоящее изобретение обеспечивает изоляты белка масличных семян с пониженным содержанием фитиновой кислоты за счет использования водного хлорида кальция в качестве экстракционной среды и/или за счет применения повышенной температуры на стадии экстракции. Возможны модификации в масштабе изобретения.