МЯГКОЕ ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ИЗОЛЯТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ СЕМЯН МАСЛИЧНЫХ И ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
SOFT FRACTIONATION OF FUNCTIONAL ISOLATES OBTAINED FROM OIL SEEDS AND GRAIN CROPS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу выделения нативных белков из растительных исходных материалов, таких как семена масличных культур, бобовых и зерновых культур. Нативные белки, упомянутые в этом изобретении, присутствуют в исходном материале в их неденатурированном состоянии, то есть их функциональные свойства, относящиеся к применению в пищевой промышленности, такие как растворимость, сохранены и не повреждены условиями обработки. Исходные материалы, упомянутые в настоящем изобретении, имеют растительное происхождение и обычно содержат значительные (>5% по массе) количества природных масел и липидов. Изобретение также относится к устройству для осуществления этого процесса и к нативному белку, получаемому в соответствии со способом согласно настоящему изобретению.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Глобальный спрос на съедобные белки неуклонно растет и стимулируется растущим населением мира. Эта тенденция еще более усугубляется увеличением доходов на душу населения в развивающихся странах. Многочисленные исследования показывают преимущество использования растительных белков, то есть белков, полученных из исходных материалов растительного происхождения, в качестве жизненно важного компонента рациона человека. Производство растительного белка обычно более экологично, чем животного белка, с точки зрения выбросов парниковых газов и использования ограниченных ресурсов, таких как земля, вода и энергия. Таким образом, увеличение использования растительных белков в значительной степени будет способствовать более устойчивому снабжению белками в будущем.
Основными источниками растительных белков являются бобовые, такие как соевые бобы, горох, фасоль, семена масличных культур, такие как рапс, подсолнечник, и злаки, такие как пшеница и кукуруза. Чтобы увеличить использование растительных белков в рационе человека, должны быть разработаны и внедрены в промышленном масштабе методы выделения белков из растений. Задача состоит в том, чтобы получить (съедобные) изоляты белка с высокой степенью чистоты (то есть с низким содержанием жира и без антипитательных факторов) и с сохраненными желательными функциональными свойствами белка, такими как растворимость, способность образовывать стабильные пены, способность образовывать гели, а также водопоглощающая и жиропоглощающая способности.
Известная из уровня техники технология удаления эндогенных масел и липидов из источников растительного белкового сырья, таких как семена масличных культур, обычно предполагает использование низкокипящих органических растворителей, таких как бутан или гексан. Остатки таких растворителей в оставшейся богатой белком фракции источника растительного белкового сырья после экстракции масла/липидов должны быть впоследствии удалены путем использования тепла на специально разработанной стадии, иногда называемой десольвентизация-сушка, где для удаления растворителя используются высокие температуры и водяной пар. К сожалению, такие суровые условия могут значительно ограничить последующую экстрагируемость и результирующую функциональность белков. Иными словами, обычно применяемые способы экстракции липидов/масел приводят к получению ненативных белков с низкой ценностью для пищевой промышленности.
Обработка исходного материала растительного белка, такого как мука из семян масличных культур, гексаном и дезольвентизация-сушка приводят к необратимым взаимодействиям белков, присутствующих в исходном материале, с такими антипитательными факторами, как фенольные соединения и фитаты. Эти взаимодействия затрудняют удаление этих антипитательных факторов в последующем процессе выделения белков.
Присутствие жиров в исходном источнике растительного белка представляет огромную проблему для процесса, поскольку традиционные технологии, известные из уровня техники, не обеспечивают эффективного способа отделения жиров от белковых компонентов исходного материала без ущерба для функциональных свойств белков.
Если используются обычные методы экстракции белков, такие как экстенсивное перемешивание и взбалтывание исходного материала с экстрагирующим растворителем в сосуде с мешалкой, масла и липиды обычно экстрагируются совместно с белками. Масла и липиды, выделяющиеся из исходного материала во время процесса экстракции, образуют эмульсии, которые стабилизируются белками, присутствующими в исходном материале. Применение технологий, известных из уровня техники, для выделения белков, таких как технологии, используемые для переработки соевых продуктов, приводит к концентрации жиров вместе с белками.
Жиры, присутствующие в конечном изоляте, сильно ухудшают функциональность белка, так как они также могут приводить к прогорклости и другим проблемам, связанным с жирами, включая плохую растворимость, слеживание и обесцвечивание.
В заявке на патент США 005844086 А предложена концепция процесса для выделения белков из рапсового жмыха с содержанием жиров до 10%, который включает такие этапы, как: выделение белка из рапсового жмыха в солевом растворе, прессование, центрифугирование, тонкую фильтрацию, ультрафильтрацию в сочетании с разбавлением и охлаждением промежуточных технологических жидкостей для удаления жирового слоя путем декантации. Хотя такой процесс потенциально может быть применен к жмыху, который не был обработан гексаном, он не обеспечивает решение, которое может быть легко реализовано в промышленном масштабе из-за многоступенчатости процесса. Также следует отметить, что процесс Мюррея предполагает использование традиционных методов экстракции, в том числе этап экстракции с использованием органического растворителя и включающий стадию дезольвентизации-сушки.
В WO 2013/013949 предложен способ выделения белка для выделения белка из жмыха, включающий стадии: экстракции белков водным раствором, концентрирование и добавление водорастворимого органического растворителя для получения осадка белка. Экстракция белков осуществляется путем получения суспензии неочищенного источника растительного белка в воде и перемешивания суспензии. Напряжение сдвига, прикладываемое к источнику белка при перемешивании, индуцирует высвобождение липидов из исходного материала и образование стабильной эмульсии жиров и белков, которые трудно выделить из экстракта на последующих стадиях процесса. Это явление будет особенно сильным, если традиционная технология экстракции в сосуде с мешалкой применяется в промышленном масштабе, поскольку известно, что скорости сдвига в крупномасштабной емкости с перемешиванием достигают уровней 100-1000 в секунду [Camperi A., et al., 2008; Carta G, Jungbauer, 2010].
В WO 2014/147068 предусмотрен способ выделения белка для выделения белка из жмыха, включающий стадии обработки муки из семян масличных культур с помощью твердофазной экстракции, индуцированной гравитацией, и, возможно, сбора полученного промежуточного водного белкового раствора. Многокомпонентная система для выделения фракции белка в соответствии с процессом WO 2014/147068 содержит 4 насосных узла и два контейнера. Во время процесса выделения белка применяются относительно большие объемы водного раствора.
Существующие способы и устройства все имеют один или несколько недостатков, как показано выше. Нативная конформация белка не сохраняется, когда растительный исходный материал подвергается процессу экстракции белка несколькими известными способами. Устройства для извлечения белкового экстракта из растительных источников трудно изготавливать для крупномасштабного производства, или их необходимо использовать кропотливо, с использованием многочисленных компонентов и большого объема растворителя в некоторых случаях. Таким образом, существует потребность в масштабируемом процессе и подходящем устройстве для такого масштабируемого процесса для получения белкового экстракта, содержащего белок в его нативной конформации из растительных источников, таких как семена масличных культур. Процесс должен иметь умеренно мягкие условия, для сохранения нативной конформаци белка в изначальном исходном материале масличной культуры. В идеале процесс требует меньшего количества растворителя, и в идеале устройство содержит ограниченное число компонентов, то есть резервуаров, насосов и т.д.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Первый аспект изобретения относится к способу получения белкового экстракта из муки или жмыха семян масличных культур, при этом способ включает:
а) приготовление в контейнере смеси водного раствора и измельченной муки или жмыха из семян масличных культур, причем измельченные частицы имеют средний размер частиц (d32) менее 1000 мкм, предпочтительно от 50 до 500 мкм;
б) создание псевдоожиженного слоя частиц измельченной муки или частиц жмыха в контейнере с помощью средства для генерирования потока, предусмотренного в контейнере, и обеспечение растворения по меньшей мере части белков, присутствующих в измельченной муке или жмыхе, в водном растворе;
в) отделение в условиях псевдоожиженного слоя по меньшей мере части растворенных белков от смеси с помощью фильтрующего средства, предусмотренного в контейнере, с получением белкового экстракта.
Настоящее изобретение обеспечивает улучшенный способ мягкой неденатурирующей экстракции и выделения белков из растительных источников, таких как семена масличных культур, при которых исходный материал, из которого экстрагируют белки, может содержать значительные количества эндогенных масел и липидов. Цель этого процесса состоит в том, чтобы экстрагировать природные белки, предназначенные для потребления человеком, то есть природные и съедобные белки. Таким образом, способ согласно настоящему изобретению сохраняет функциональные свойства нативных белков, и способ согласно настоящему изобретению избегает стадий процесса, которые ухудшают нативную конформацию белков в белковом экстракте, таких как температура выше 50°C, экстремальный pH ниже 4 или выше 10, и использование денатурирующих белок соединений или растворов. Одной из целей изобретения является получение водного экстракта белков с низким содержанием жиров и липидов, причем белки в экстракте имеют свою нативную конформацию.
Второй аспект изобретения относится к белковому экстракту, получаемому способом согласно настоящему изобретению.
Третий аспект изобретения относится к устройству 1 для приготовления белкового экстракта 29 из муки или жмыха семян масличных культур, которое содержит закрытый контейнер 20, 20а, имеющий нижнюю часть 20' и верхнюю часть 20'', где в нижней части контейнера расположен распределитель 32 для водного раствора 31, распределитель которого предназначен для генерирования потока водного раствора из нижней части контейнера в верхнюю часть контейнера в первом направлении, и где контейнер дополнительно содержит по меньшей мере один фильтрующий блок 21, расположенный над распределителем для водного раствора, причем фильтрующий блок содержит преимущественно плоский фильтрующий элемент, поверхность которого параллельна первому направлению и снабжена фильтром, имеющим размер отверстия в диапазоне от 4 мкм до 200 мкм, предпочтительно от 4 до 100 мкм и долю живого сечения между 20 и 50%, и в котором фильтрующий блок снабжен по меньшей мере одним выпускным отверстием 22 для фильтрата фильтрующего блока.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу получения экстракта из исходных материалов растительного происхождения, таких как семена или жмых семян масличных культур, бобовых культур или злаков, включающему:
а) приготовление в контейнере смеси измельченного исходного материала и воды;
б) подачу воды в основание контейнера с помощью специально разработанной системы распределения потока и тем самым создания псевдоожиженного (расширенного) слоя исходного материала, взвешенного в восходящем потоке воды;
в) прекращение потока воды до тех пор, пока материал в контейнере не будет распределен в виде отдельных фракций по размеру и плотности, с расслоением материала, отражающим баланс сил, преобладающих в системе, с наиболее грубой и плотной фракцией, находящейся на дне, и легкую фракцию, обогащенную маслами и липидами, находящуюся в верхней части слоя;
г) извлечение экстракта, содержащего растворенные белки, из контейнера с помощью фильтрующего устройства, погруженного в слой, образованный исходным материалом.
Фильтрующее устройство отделяет (нерастворимые) остатки исходного материала, такие как жиры (масла), липиды, шелуху, от экстракта, содержащего растворенные белки. Липидная фаза, связанная с остаточными твердыми веществами, по существу остается в контейнере (ретентат), а экстракт, собранный со стороны фильтрата фильтровального устройства (пермеата), имеет пониженное содержание масла и липидов по сравнению с отношением липидов к белкам в исходном материале. Иными словами, белковый экстракт, то есть фильтрат, обогащен белком по сравнению с исходным материалом в контейнере. Обычно содержание липидов в белковом экстракте, полученном в соответствии со способом согласно настоящему изобретению, составляет менее 10% по массе в пересчете на сухую массу, предпочтительно от 0,5 до 4% по массе или ниже, тогда как содержание белка в белковом экстракте, полученном в соответствии со способом согласно настоящему изобретению, по меньшей мере 35% по массе в пересчете на сухую массу, предпочтительно по меньшей мере 45% по массе или выше.
Затем белковый экстракт, собранный на стороне фильтрата (пермеат), предпочтительно подвергают стадии концентрирования и стадии промывки для удаления растворимых соединений, таких как небелковые соединения азота, фенолы, фитаты, углеводы, глюкозинолаты и соли. Эта операция может быть выполнена с использованием подходящей технологии ультрафильтрации (UF), известной в данной области техники, с использованием UF-мембраны достаточно «плотной», то есть имеющей поры, достаточно большие, чтобы удерживать белки на стороне ретентата, тогда как молекулы меньше отсекаемого размера мембраны могут проходить через мембрану и собираются на проницаемой стороне блока UF.
Концентрат белка, полученный после стадии UF белкового экстракта, предпочтительно дополнительно обрабатывают на следующей стадии, включая разделение на белковые фракции, с применением любой из технологий, подходящих для фракционирования белков согласно схеме Osborne, известной в данной области техники и описанной, например, в [Owusu-apenten R., 2004].
Для белков рапса две доминирующие белковые фракции представляют собой альбуминовые напины, которые являются водорастворимыми, и глобулиновые крецерины, которые растворяются в солевых растворах. И напины, и крециферины нерастворимы в 70 об. % этанола.
Специалист в данной области знает, что уменьшение ионной силы белкового концентрата, полученного после UF, содержащего нативные напины и крециферины, вызывает осаждение глобулиновой фракции, оставляя фракцию альбумина главным образом в растворе. Специалист в данной области знает, что добавление водорастворимого растворителя, такого как, например, этанол, до концентрации около 70 об. %, как это предусмотрено схемой Osborne, будет вызывать осаждение альбуминов и глобулинов, оставляя проламины (т.е. белки, растворимые в 70 об. % этанола) в растворе. Поскольку напины и крециферины не относятся к классу проламинов, они будут осаждаться при добавлении этанола в водный раствор, содержащий эти белковые фракции.
Белки выделяют из растворов подходящими способами, известными в данной области техники, для удаления воды или растворителей, используемых в процессе. Осадки белков и водные белковые концентраты высушивают путем распылительной сушки, вакуумной сушки, лиофилизации, известных в данной области техники.
Таким образом, первый аспект изобретения относится к способу получения белкового экстракта из муки или жмыха семян масличных культур, причем способ включает:
а) приготовление в контейнере смеси водного раствора и измельченной муки или жмыха из семян масличных культур, причем измельченные частицы имеют средний размер частиц (d32) менее 1000 мкм, предпочтительно от 50 до 500 мкм;
б) создание псевдоожиженного слоя частиц измельченной муки или частиц жмыха в контейнере с помощью средства для генерирования потока, предусмотренного в контейнере, и обеспечение растворения по меньшей мере части белков, присутствующих в измельченной муке или жмыхе, в водном растворе;
в) отделение в условиях псевдоожиженного слоя по меньшей мере части растворенных белков от смеси с помощью фильтрующего средства, предусмотренного в контейнере, с получением белкового экстракта.
Необязательно, в способе согласно настоящему изобретению измельченные частицы имеют средний размер частиц (d32) между 800 мкм и 1000 мкм.
Также предпочтительными в способе согласно настоящему изобретению являются измельченные частицы со средним размером частиц (d32) меньше 200 мкм.
Специалист в данной области техники понимает, что измельчение исходного материала до меньшего размера может быть выгодным для массопереноса и экстракции белков из исходного материала. Те же рассуждения применимы для высвобождения липидов, таких как триглицериды и фосфолипиды, присутствующие в исходном материале. Таким образом, часть изобретения заключается в оптимизации условий измельчения (дробления) таким образом, чтобы обеспечить приемлемый выход экстракции в отношении белков при одновременном предотвращении чрезмерного разрушения масляных тел, содержащих липиды, причем масляные тела являются естественной частью исходного материала (как в рапсе). Авторы настоящего изобретения обнаружили, что проведение процесса экстракции согласно настоящему изобретению с материалом, измельченным до размера 0-200 мкм, приводит к улучшению экстракции белков ценой относительно повышенного высвобождения липидов в грубый экстракт. Обработка того же растительного сырья (рапсовый жмых), измельченного до другого диапазона размеров (800-1000 мкм), в тех же самых условиях процесса приводила к эффективному извлечению белков, при значительно лучшем удержании липидов на стороне ретентата.
В соответствии с настоящим изобретением любой размер частиц измельченного растительного исходного материала удобен для применения в соответствии со способом согласно настоящему изобретению, если размер частиц (диапазон) для конкретного материала не вызывает засорение фильтра фильтрующего блока. Пример экспериментов с измельченной мукой из семян масличных культур с распределением частиц по размерам в указанных выше диапазонах показал, что белковый экстракт согласно настоящему изобретению не вызывал засорение фильтра. Ниже приведены примеры предпочтительных аспектов изобретения в отношении применимых размеров частиц.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что для большинства источников муки из масличного семени вода применима в качестве водного раствора в способе согласно настоящему изобретению. Также предпочтительным в качестве водного раствора в соответствии со способом согласно настоящему изобретению является раствор NaCl, например, 0,1 М вплоть до 2% по массе. Флюидизированные слои, состоящие из водного раствора с органическим растворителем, также являются предпочтительными для способа согласно настоящему изобретению.
Предпочтительный для способа согласно настоящему изобретению водный раствор, таким образом, выбирают из воды или смеси воды и менее 20 об. % водорастворимого органического растворителя, выбранного из спиртов и кетонов, предпочтительно этанола или ацетона, или их смеси.
Если необходимо, консерванты могут быть добавлены к водному раствору в способе согласно настоящему изобретению. Способ согласно настоящему изобретению в равной степени применим, если водный раствор дополнительно содержит неорганическую соль и/или консервант. Требования безопасности в отношении съедобности белкового экстракта, полученного способом согласно настоящему изобретению, ограничивают выбор подходящей неорганической соли или консерванта. Обычно в водных растворах согласно настоящему изобретению в качестве неорганической соли выбирают NaCl.
В способе согласно настоящему изобретению необязательно водный раствор дополнительно содержит по меньшей мере одну добавку, выбранную из неорганической соли, консервант, такой как аскорбиновая кислота, или их смесь. Особенно предпочтительной неорганической солью является NaCl, предпочтительно, водный раствор представляет собой примерно 2% по массе раствор NaCl.
Обычно белки растительного происхождения, т.е. белки семян масличных культур, имеют стабильную нативную конформацию в среде с pH в интервале от 4 до 10. Обычно экстрагированные белки, например, семян масличных культур, сохраняют свою нативную конформацию в растворе с pH около 6,5-7,5, предпочтительно около 7.
Следовательно, pH водного раствора предпочтительно составляет от 4 до 10, предпочтительно от 6 до 8, более предпочтительно от 6,5 до 7,5, наиболее предпочтительно около 7 в способе согласно настоящему изобретению.
В разделе примеров результаты экстракции белка с помощью способа согласно настоящему изобретению предусмотрены для рапса, подсолнечника и соевых бобов. Способ согласно настоящему изобретению в равной степени подходит для любых растительных материалов, содержащих белки, если они предусмотрены в виде частиц и пригодны для применения в псевдоожиженном слое. Способ согласно настоящему изобретению особенно подходит для растительного материала, полученного из семян масличных культур.
Предпочтительно в способе согласно настоящему изобретению измельченную муку или жмых получают из сои, рапса, подсолнечника, льна, линолы, кокоса, муки из семян горчицы, семян хлопчатника, злаков, пшеницы, ржи, овса, риса, рисовых отрубей или бобовых, таких как горох или фасоль. Конечно, другие источники жмыха одинаково применимы в способе согласно настоящему изобретению.
Авторы изобретения нашли способ получения белкового экстракта для белков растительного происхождения, имеющих нативную конформацию, подходящий для применения в пищевой промышленности. Поскольку специалист знает о денатурирующих белки эффектах обычных способов экстракции масел из семян масличных культур, то есть о способах, в которых масличные культуры подвергают, например, экстракции гексаном и/или сушке, в способе согласно настоящему изобретению применяются предпочтительно измельченные семена масличных культур, которые не были подвергнуты этим жестким этапам экстракции масла.
Таким образом, наиболее предпочтительным является способ согласно настоящему изобретению, в котором измельченную муку или жмых подвергают холодному прессованию.
Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением также весьма предпочтительным является способ, в котором измельченную муку или жмых не обрабатывают гексаном.
Растворимость нативных белков в белковых экстрактах, полученных способом согласно настоящему изобретению, в некоторой степени определяется ионной силой водного раствора, применяемого во время экстракции. Авторы изобретения получили высокостабильный белковый экстракт с долговременной сохраненной нативной конформацией, когда водный раствор во время экстракции имеет ионную силу от 0,05 до 0,6. Например, (см. предпочтительные варианты реализации в примерах ниже) хорошие результаты были получены с раствором NaCl 0,1 М или 2% по массе.
Предпочтительно в способе согласно настоящему изобретению ионная сила водного раствора, выраженная в единицах моляльности, то есть общее количество молей растворенных веществ на 1 кг воды, составляет от 0,05 до 0,6, более предпочтительно от 0,3 до 0,4. Наиболее предпочтительно ионная сила водного раствора составляет около 0,34. 2%-ный водный раствор NaCl имеет ионную силу около 0,34.
Стабильность нативно свернутых белков, таких как белки в белковом экстракте, полученном в соответствии со способом согласно настоящему изобретению, частично определяется температурой водного раствора, содержащего растворенный белок. В способе согласно настоящему изобретению белковый экстракт с нативной конформацией обычно получали при применении водного раствора при температуре окружающей среды или ниже. В зависимости от источника растительного материала, более высокая температура является одинаково подходящей до тех пор, пока сохраняется нативная конформация белка в белковом экстракте. Разумеется, нативную конформацию такого белка, извлекаемого с помощью способа согласно настоящему изобретению, легко получить, применяя рутинные аналитические методы, известные специалисту в области биохимии белка. Подходящая, например, оптимальная температура для способа согласно настоящему изобретению легко определяется в отношении сохраненной конформации нативного белка.
Способ в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно имеет температуру на стадиях б) и в) ниже 50°C, более предпочтительно от 5°C до 30°C, еще более предпочтительно от 10°C до 25°C, наиболее предпочтительно от 12°C до 16°C.
Пищевой промышленности требуется быстрый и масштабируемый процесс для выделения нативно свернутых белков из растительных источников. Настоящее изобретение предлагает не только такой быстрый и масштабируемый способ экстракции белка, но, кроме того, способ согласно настоящему изобретению также предусматривает белковый экстракт, который обогащен белком в отношении, например, непищевых компонентов, присутствующих в растительном исходном материале, жиров и масел. Таким образом, способ согласно настоящему изобретению обеспечивает белковый экстракт, обогащенный белком.
Предпочтительным является способ согласно настоящему изобретению, в котором на этапе в) белок селективно отделяют в условиях псевдоожиженного слоя с помощью выбранной скорости сдвига и выбранной средней поверхностной скорости потока водного раствора из средства для генерирования потока, с получением обогащенного белком экстракта.
Важным аспектом способа согласно настоящему изобретению являются низкие скорости сдвига, которые применяются в отношении тангенциально текущего водного раствора, содержащего солюбилизированные белки из растительного исходного материала, и фильтр фильтровальной установки. В способе согласно настоящему изобретению применение только низких скоростей сдвига к раствору, содержащему белок, в значительной степени способствует сохранению нативной конформации белка.
Таким образом, также предпочтительным является способ согласно настоящему изобретению, где на этапе в) отделение с помощью фильтрующего средства осуществляется при низкой скорости сдвига ниже 20 в секунду, более предпочтительно между 1-10 в секунду, наиболее предпочтительно примерно 10 в секунду.
Важно отметить, что стадии денатурации белка, подразумевающие, например, взбалтывание, встряхивание и т.д., полностью отсутствуют в способе согласно настоящему изобретению, дополнительно способствуя сохранению нативной конформации белка в белковом экстракте в соответствии с изобретением. Предотвращение взбалтывания, встряхивания и т.д. также в значительной степени способствует предотвращению высвобождения масляных капель (липидов, жиров) из твердых частиц в водный раствор. Это особенно полезно для получения более однородного свободного потока солюбилизированного белка, идущего через фильтр (предотвращение засорения), и особенно полезно для получения дополнительного обогащения белком в белковом экстракте (путем предотвращения попадания масляных капель в пермеат).
Как указано, способ согласно настоящему изобретению подходит для извлечения белков практически из любых растительных источников, при условии, что выполняются указанные выше требования. В настоящее время этот способ особенно подходит для извлечения белков из растительного материала, богатого липидами, такого как семена масличных культур.
Таким образом, предпочтительно, чтобы в способе согласно настоящему изобретению частицы измельченной муки или жмыха содержали более 5% по массе липидов.
Как указано, способ согласно настоящему изобретению предусматривает белковый экстракт, который предпочтительно обогащен белком. Безусловно, содержание белка в исходном растительном сырье влияет на выход и степень обогащения извлекаемого белкового экстракта.
Таким образом, предпочтительным является способ согласно настоящему изобретению, в котором частицы измельченной муки или масляной корки содержат от 5 до 60% по массе белка, более предпочтительно от 10 до 40% по массе белка.
Особым преимуществом способа согласно настоящему изобретению является то, что только низкое напряжение сдвига применяется к белкам, растворяющимся из частиц семян масличных культур в водном растворе. Такое низкое напряжение сдвига прикладывают к водному раствору, например, восходящим потоком, генерируемым средством для генерирования потока, расположенным в нижней части контейнера. Дополнительным преимуществом такого восходящего потока водного раствора является обеспечение градиента измельченных частиц муки или жмыха с учетом массы и/или плотности таких частиц. Как правило, вблизи нижней стороны контейнера остаются частицы с относительно более высоким весом или плотностью, тогда как более легкие частицы распределяются вдоль продольного направления контейнера в направлении течения водного раствора.
Обычно, также регулируя поверхностную среднюю скорость водных растворов, возможно получить масляные капли, находящиеся вблизи верхнего конца контейнера, тогда как более тяжелые частицы, такие как шелуха, будут оставаться ближе к нижней стороне контейнера. Одновременно поток выбирается в пределах диапазона, который позволяет избежать закупоривания фильтров и блокировать белок от проникновения на фильтрационную сторону фильтрата. Конечно, скорость потока также точно настраивается с учетом размера отверстия фильтра в фильтровальном устройстве. Было обнаружено, что в способе согласно настоящему изобретению подходящая поверхностная средняя скорость находится в диапазоне от 0,1 до 10 мм в секунду, а подходящий размер отверстий фильтра находится в диапазоне от 4 до 200 мкм и доля живого сечения от 20% до 50%, предпочтительно фильтр имеет размер отверстий в диапазоне от 40 до 100 мкм и долю живого сечения 30-40%.
В способе согласно настоящему изобретению предпочтительно средство для создания потока для создания псевдоожиженного слоя измельченных частиц муки или жмыха помещают в нижнюю часть контейнера так, чтобы образовывался восходящий поток водного раствора, который создает псевдоожиженный слой частиц.
Предпочтительно, в способе согласно настоящему изобретению поток водного раствора из средств, образующих поток, имеет среднюю поверхностную скорость от 0,1 до 10 мм в секунду, более предпочтительно от 0,5 до 5 мм в секунду.
Предпочтительно в способе согласно настоящему изобретению фильтрующее средство содержит фильтр, имеющий размер отверстий в диапазоне от 4 до 200 мкм и долю живого сечения от 20 до 50%, более предпочтительно фильтр имеет размер отверстий в диапазоне от 10 до 100 мкм и долю живого сечения 30-40%, наиболее предпочтительно фильтр имеет размер отверстий в диапазоне от 40 до 100 мкм и долю живого сечения от 30 до 40%.
Тенденция белка терять свою нативную конформацию обычно возрастает при взаимодействии с гидрофобной поверхностью, чем при взаимодействии с гидрофильной поверхностью.
Поэтому в способе согласно настоящему изобретению фильтрующее средство предпочтительно содержит фильтр, изготовленный из гидрофильного материала.
Гидрофильные поверхности, применимые в биологии для выделения и очистки белков, известны в данной области техники. Типичные поверхности, совместимые с сохранением структуры нативных белков, представляют собой, например, нержавеющую сталь, тефлон и пластмассы, которые обычно применяются в технологиях белковой хроматографии.
Предпочтительно в способе согласно настоящему изобретению фильтр, изготовленный из гидрофильного материала, изготовлен из нержавеющей стали.
Чтобы обеспечить оптимальные условия низкой скорости сдвига во время экстракции белка из измельченных растительных частиц, авторы изобретения обнаружили, что особенно целесообразно предусмотреть средство фильтрации, расположенное по касательной к потоку водного раствора. Было обнаружено, что нативная структура оптимально сохраняется при применении низких скоростей сдвига, достижимых при такой компоновке фильтрующих средств и тангенциального потока, в соответствии с изобретением.
Способ согласно настоящему изобретению имеет фильтрующее средство, которое предпочтительно расположено тангенциально по отношению к потоку водного раствора, создаваемого средством для генерирования потока.
Приведенные ниже примеры показывают предпочтительные варианты осуществления изобретения, обеспечивающие белковый экстракт с 10% жиров в расчете на сухую массу или ниже. Масляные капли (содержащие липиды, жиры) в среднем имеют диаметр около 10 мкм. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что большинство капель масла в белковом экстракте удаляется, подвергая белковый экстракт в пермеате стадии центрифугирования и/или второй стадии фильтрации, используя фильтрующие средства, содержащие фильтр с размером отверстий менее 10 мкм, более предпочтительно около 4 мкм, наиболее предпочтительно около 1 мкм.
Предпочтительно способ согласно настоящему изобретению, дополнительно включает стадию г), в которой белковый экстракт подвергают центрифугированию и/или второй стадии фильтрации с использованием фильтрующего средства, содержащего фильтр с размером отверстий менее 10 мкм, более предпочтительно около 4 мкм, наиболее предпочтительно около 1 мкм, так что по меньшей мере часть липидной фракции в белковом экстракте удаляется из белкового экстракта.
Белковый экстракт согласно настоящему изобретению предпочтительно либо непосредственно подвергают дополнительным стадиям очистки, либо после стадии удаления масла, как описано выше. Предпочтительно, белковый экстракт подвергают стадии осаждения белка, включающей добавление растворителя, такого как органический растворитель с небольшой молекулярной массой, предпочтительно совместимый с использованием белка в пищевой промышленности. Подходящими растворителями являются, например, метанол, этанол и ацетон, причем этанол особенно предпочтителен. Растворитель обычно добавляется к белковому экстракту до конечного содержания 70 об. % или выше в соответствии с изобретением, например 70-95 об. %.
Способ согласно настоящему изобретению предпочтительно дополнительно включает стадию г) (без стадии центрифугирования и/или второй стадии фильтрации, примененной к белковому экстракту) или дополнительно включает стадию д) (когда стадия центрифугирования и/или вторая стадия фильтрации была применена к белковому экстракту), где метанол, этанол или ацетон добавляют к белковому экстракту таким образом, что образуется белковый осадок, и еще одна стадия, в ходе которой белковый осадок отделяют от жидкой фракции.
Предпочтительно, чтобы органический растворитель, добавленный в белковый экстракт для осаждения белка в белковом экстракте в способе согласно настоящему изобретению, представлял собой этанол.
Для применения в пищевых продуктах осажденный белок, полученный при описанном добавлении растворителя, предпочтительно затем сушат путем применения любого подходящего способа для сушки белка, известного в данной области, для сохранения нативной белковой фракции.
В способе согласно настоящему изобретению на следующей стадии белковый осадок сушат после выделения белкового осадка из жидкой фракции.
Осаждению белка при добавлении растворителя, например, этанола, способствует относительно высокая концентрация белка. Таким образом, часть способа согласно настоящему изобретению состоит в том, чтобы сначала подвергнуть белковый экстракт до указанной стадии этапу концентрирования белка до того, как белок начнет выпадать в осадок после добавления растворителя в белковый концентрат. Предпочтительно, белковый экстракт также дополнительно очищают в соответствии с настоящим изобретением, отбрасывая небольшие молекулы загрязнителей. Подходящим и удобным способом концентрирования и одновременной очистки белка в белковом экстракте в соответствии с настоящим изобретением является применение диафильтрации.
Таким образом, предпочтительно, чтобы в способе согласно настоящему изобретению перед любой последующей стадией белковый экстракт, полученный на стадии в), подвергали диафильтрации, предпочтительно с использованием ультрафильтрации.
Важным достижением предлагаемого в изобретении способа является то, что белковый экстракт можно получить в течение 4 часов, предпочтительно в пределах от 10 минут до 200 минут. Авторами настоящего изобретения было обнаружено, что для большинства применений белковый экстракт с оптимальным содержанием белка и в то же время можно более низким содержанием липидов, может быть получен путем применения способа согласно настоящему изобретению в течение от около 20 минут до около 120 минут, чаще всего около 60 минут. В результате в белковом экстракте количество белка составляет более 30% в расчете на сухую массу, тогда как извлеченные жиры составляют менее 6% в расчете на сухую массу, чаще всего менее 3% в расчете на сухую массу. Как было сказано ранее, содержание жиров удобно дополнительно понижать после путем применения последующей стадии центрифугирования и/или дополнительной стадии фильтрации с использованием фильтра с размерами пор 10 мкм или меньше.
В способе согласно настоящему изобретению на стадии в) предпочтительно по меньшей мере часть растворенного белка отделяют от 10 минут до 200 минут, предпочтительно от 20 минут до 120 минут, более предпочтительно примерно за 60 минут.
Таким образом, предпочтительно в способе согласно настоящему изобретению получают белковый экстракт на стадии в), где содержание липидов в белковом экстракте составляет менее 10% по массе в расчете на сухую массу, предпочтительно менее 6% по массе в расчете на сухую массу, более предпочтительно от 0,5% по массе до 4% по массе в пересчете на сухую массу, и где на стадии в) содержание белка в белковом экстракте составляет по меньшей мере 30% по массе в расчете на сухую массу, предпочтительно по меньшей мере 35% по массе в расчете на сухую массу, более предпочтительно по меньшей мере 40% по массе в расчете на сухую массу, наиболее предпочтительно по меньшей мере 45% по массе в расчете на сухую массу.
Авторы настоящего изобретения не только нашли удобный и масштабируемый способ получения белкового экстракта, например, из жмыха или муки семян масличных культур, с сохранением конформации белка в нативном состоянии, но также обнаружили, что белковый концентрат в соответствии с изобретением применим в пищевой промышленности.
Таким образом, вторым аспектом изобретения является белковый экстракт, полученный в соответствии со способом согласно настоящему изобретению.
Предпочтительно содержание липидов в белковом экстракте согласно настоящему изобретению составляет менее 10% по массе в расчете на сухую массу, предпочтительно менее 6% по массе в расчете на сухую массу, более предпочтительно от 0,5% по массе до 4% по массе в расчете на сухую массу.
Как указано, содержание липидов в белковом экстракте согласно настоящему изобретению легко понижается после применения дополнительной фильтрации или центрифугирования.
Белковый экстракт с низким содержанием жиров является одним из нескольких преимуществ способа согласно настоящему изобретению и белкового экстракта согласно настоящему изобретению. Из-за низкого содержания жиров, белковый экстракт согласно настоящему изобретению обогащен белком. Как правило, содержание белка в белковом экстракте в соответствии с изобретением составляет по меньшей мере 35% по массе. Для типичных вариантов осуществления изобретения см. примеры, приведенные ниже.
Предпочтительно содержание белка в белковом экстракте согласно настоящему изобретению составляет по меньшей мере 30% по массе в расчете на сухую массу, предпочтительно по меньшей мере 35% по массе в расчете на сухую массу, более предпочтительно по меньшей мере 40% по массе в расчете на сухую массу, наиболее предпочтительно по меньшей мере 45% по массе в расчете на сухую массу. Предпочтительно, содержание белка в белковом экстракте согласно настоящему изобретению составляет по меньшей мере 50% по массе.
Таким образом, предпочтительно предлагается белковый экстракт согласно настоящему изобретению, в котором содержание липидов в белковом экстракте составляет менее 10% по массе в расчете на сухую массу, более предпочтительно менее 6% по массе в расчете на сухую массу, наиболее предпочтительно от 0,5 до 4% по массе в расчете на сухую массу, причем содержание белка в белковом экстракте составляет по меньшей мере 30% по массе в расчете на сухую массу, предпочтительно по меньшей мере 35% по массе в расчете на сухую массу, более предпочтительно по меньшей мере 40% по массе в расчете на сухую массу, наиболее предпочтительно по меньшей мере 45% в расчете на сухую массу.
Способ согласно настоящему изобретению особенно подходит для обеспечения белковых экстрактов, содержащих белок, который является ценным для пищевой промышленности. Когда растительным исходным веществом является, например, материал из семян масличных культур, такой как жмых или мука, которые не подвергались условиям денатурирования белка, белок, получаемый способом согласно настоящему изобретению, обычно и предпочтительно является съедобным белком.
Таким образом, белковый экстракт согласно настоящему изобретению предпочтительно содержит съедобный белок.
Авторы настоящего изобретения также предлагают устройство, подходящее для применения способа согласно настоящему изобретению, для получения белкового экстракта согласно настоящему изобретению.
Третий аспект изобретения относится к устройству для приготовления белкового экстракта из муки или жмыха семян масличных культур, причем это устройство содержит закрытый контейнер, имеющий нижнюю часть и верхнюю часть, а в нижней части контейнера - распределитель для водного раствора, где распределитель предназначен для генерирования потока водного раствора из нижней части контейнера в верхнюю часть контейнера в первом направлении, и где контейнер дополнительно содержит по меньшей мере один фильтрующий блок, расположенный над распределителем для водного раствора, который содержит по существу плоский фильтрующий элемент, поверхность которого параллельна первому направлению и снабжена фильтром, имеющим размер отверстий в диапазоне от 4 мкм до 200 мкм, предпочтительно от 4 мкм до 100 мкм и долю живого сечения между 20% и 50%, и где фильтрующий блок снабжен по меньшей мере одним выходом для проникновения фильтрующего элемента.
Предпочтительные варианты осуществления устройства согласно настоящему изобретению представлены на фиг. 1.
Предпочтительно фильтр устройства в соответствии с изобретением представляет собой проволочную сетку.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что оптимальное обогащение белком с низким содержанием жиров в пермеате было достигнуто после применения фильтров с размером отверстий в диапазоне от 1 до 200 мкм, предпочтительно от 4 до 100 мкм, более предпочтительно, фильтров с отверстиями от 40 мкм до 100 мкм, наиболее предпочтительно около 40 мкм или около 100 мкм. С такими фильтрами капли масла эффективно удерживаются вне фильтрата, а засорение фильтра сведено к минимуму.
Предпочтительно устройство в соответствии с изобретением имеет фильтр с размером отверстий в диапазоне от 40 мкм до 100 мкм.
Устройство согласно настоящему изобретению конструируется таким образом, чтобы исключить какое-либо взбалтывание, чтобы приложить минимальное напряжение к белку, экстрагированному из растительного исходного материала. Также является частью изобретения предотвращение засорения фильтра устройства в соответствии с изобретением. Засорение уже поддерживается на минимальном уровне, путем применения потока с особенно низкой скоростью сдвига, то есть потока со средней скоростью от 0,1 до 10 мм в секунду в сочетании с фильтром, имеющим размер отверстия, соответствующий размеру частиц источника растительного материала. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что еще более предпочтительно, если устройство согласно настоящему изобретению дополнительно оснащено вибрационными средствами для вибрации закрытого контейнера и/или вибрации фильтрующего блока во время экстракции белка. Когда изредка отверстия фильтра начинают засоряться, вибрация освобождает застрявшие частицы из отверстия.
Устройство в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно снабжено вибрационным устройством для вибрации контейнера и/или фильтрующего блока, так что во время работы предотвращается засорение фильтра и исключается взбалтывание водного раствора.
Одним из многих преимуществ устройства согласно настоящему изобретению для использования в способе изобретения является его легкая и готовая масштабируемость. В примерах представлены варианты осуществления для прототипов устройств «ALSEOS» в соответствии с изобретением, устройства которых работают адекватно в масштабе 1,6, 1,9 и около 31 л. В настоящее время важным преимуществом изобретения является то, что объем закрытого контейнера легко масштабируется до 100 л и более.
3
3
3
Предпочтительно, устройство в соответствии с изобретением, таким образом, имеет контейнер объема от 0,1 до 100 м, предпочтительно от 1 до 20 м, более предпочтительно от 1 до 10 м.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что тщательный выбор соотношения между общей площадью фильтров и объемом закрытого контейнера в устройстве согласно настоящему изобретению благоприятно способствует эффективному накоплению белка в белковом экстракте, а также способствует быстрой экстракции, т.е. в течение 20-200 минут, сохраняя при этом объем пермеата на минимальных уровнях. Разумеется, авторы настоящего изобретения разработали устройство согласно настоящему изобретению, в котором также размер отверстия фильтра адаптирован к оптимальной скорости, эффективности экстракции белка, низкой скорости сдвига, подходящим образом для неденатурирования белковой структуры и т.д., вместе с указанным оптимально выбранным соотношением.
2
3
2
3
2
3
2
3
Поэтому устройство в соответствии с изобретением предпочтительно имеет отношение между общей площадью фильтров и объемом закрытого контейнера от 2 м на м до 20 м на м, предпочтительно от 5 м на м до 15 м на м.
3
3
Устройство согласно настоящему изобретению сконструировано для способа согласно настоящему изобретению таким образом, что тангенциальный поток водного раствора действует как низкое напряжение сдвига на протеин, солюбилизированный из частиц, насколько это возможно, в то время как поперечный поток через фильтр для извлечения пермеата с солюбилизированным белком все еще благоприятен для получения белкового экстракта в удобном временном интервале при малом объеме. Для этого авторы настоящего изобретения обнаружили, что предпочтительно, чтобы устройство согласно настоящему изобретению применяло фильтрующий блок, имеющий внутренний объем от 0,05 м до 10 м.
3
3
Таким образом, предпочтительно, устройство в соответствии с изобретением имеет фильтрующий блок, имеющий внутренний объем от 0,05 м до 10 м.
В соответствии с изобретением устройство согласно настоящему изобретению содержит фильтрующий блок, состоящий из одного фильтра. Однако авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что устройство легко и удобно масштабируется при построении фильтрующего блока, содержащего более одного фильтра, например, 200 фильтров или 12 фильтров. См. также варианты осуществления изобретения, приведенные в примерах и фигурах. Предпочтительно фильтрующий блок согласно настоящему изобретению содержит множество фильтров, ориентированных параллельно друг другу (см. пример изобретения, фиг. 1В). Таким образом, устройство согласно настоящему изобретению обеспечивает средства для сокращения времени экстракции посредством применения более одного фильтра, при этом объем замкнутого контейнера остается постоянным. Таким образом, устройство согласно настоящему изобретению также обеспечивает средства для увеличения выхода устройства путем увеличения объема закрытого контейнера при одновременном увеличении числа фильтров в фильтровальном устройстве.
Предпочтительно устройство в соответствии с изобретением имеет контейнер, содержащий от 2 до 200, предпочтительно от 5 до 100, предпочтительно от 10 до 50 фильтрующих элементов.
ОПИСАНИЕ ФИГУР
Фиг. 1. Приведены примеры устройства согласно настоящему изобретению и частей такого устройства для способа получения белкового экстракта согласно настоящему изобретению. А. Устройство 1 для приготовления белкового экстракта согласно настоящему изобретению. Устройство содержит закрытый контейнер 20, имеющий нижнюю часть 20' и верхнюю часть 20'', впускное отверстие 23, соединенное через выпускное отверстие 25 со вторым контейнером 24, содержащим водный раствор 31, и указанный закрытый контейнер содержит фильтрующий блок 21 с выпускным отверстием 22, расположенным вблизи верхней части закрытого контейнера. Выпускное отверстие 22 фильтровального блока соединено с насосом 26, указанный насос соединен с входом 27, соединенным с третьим контейнером 28 для сбора белкового экстракта 29. Замкнутый контейнер 20 содержит смесь водного раствора с измельченным источником растительного белка, такого как мука семян масличных культур. Б. Пример закрытого контейнера 20 устройства 1 для приготовления белкового экстракта согласно настоящему изобретению. Закрытый контейнер имеет цилиндрическую форму. Фильтрующий блок 21 имеет плоский фильтр и форму прямоугольной призмы. В. Пример закрытого контейнера 20а, имеющего форму прямоугольной призмы. Закрытый контейнер содержит более одного фильтрующего блока, в этом примере 12 фильтрующих блоков с номерами 21-1, 21-2, …, 21-12. Комбинированные фильтрующие блоки соединены с коллекторной трубкой 47 с каждой стороны вблизи верхней стороны фильтрующих блоков, причем каждая коллекторная трубка имеет выпускное отверстие 22, как указано. Закрытый контейнер 20а снабжен нижней распределительной пластиной 32, расположенной на нижней стороне закрытого контейнера. Г. Вид сбоку двух фильтрующих блоков 21-1 и 21-2 закрытого контейнера 20а (см. фиг. 1В). Показан вход 25 нижней распределительной пластины 32. Стрелки 40, 41 и 43 указывают локальную поверхностную среднюю скорость u в указанных положениях в псевдоожиженном слое 0,1 мм в секунду (40), 0,5 мм в секунду (41) и u0 1 мм в секунду (43). Стрелки 40, 41 и 43 и вертикальные стрелки, начиная с нижней распределительной пластины, показывают тангенциальный поток вдоль фильтрующих элементов. Горизонтальные стрелки вдоль фильтров показывают поперечный поток водного раствора (содержащего солюбилизированный белок) через фильтры. Д. Пример части фильтровального блока 21, содержащего опорный перфорированный лист 33 (например, из нержавеющей стали, толщина 2 мм, отверстия диаметром 2 мм, открытая площадь 23%), причем поверхность листа, с обеих сторон покрыта слоем проволочной сетки 34. Е. Пример закрытого контейнера 20, содержащий вход 25 для водного раствора, дополнительно содержащий фильтрующий блок 21, содержащий выходное отверстие 22 для сбора белкового экстракта. Стрелки 44, уменьшающиеся снизу вверх, указывают на убывающий поток на стороне ретентата А закрытого контейнера. Стрелки 45, увеличивающиеся от нижней части к верхней части, показывают возрастающий поток на стороне проникающего фильтра Б фильтрующего блока. Горизонтальные стрелки в закрытом контейнере вблизи фильтра показывают поперечный поток водного раствора, содержащего солюбилизированный белок из смеси измельченных частиц муки или жмыха и водного раствора 30. Вертикальные стрелки в закрытом контейнере вблизи дна показывают тангенциальный поток водного раствора. Стрелка 46 указывает уровень водного раствора в закрытом контейнере во врем работы, т.е. в условиях псевдоожиженного слоя. Ж. Крупный план фильтрующего блока 21, имеющего выход 22 на стороне пермеата, с градиентом размера частиц 30 измельченных частиц муки или жмыха в водном растворе. Размер частиц в водном растворе в псевдоожиженном слое колеблется от более крупных частиц 30'' вблизи нижней стороны фильтровального блока до мельчайших частиц 30' вблизи верхней стороны фильтрующего блока. Как правило, капли масла (жиры, липиды) находятся вблизи верхней стороны фильтровального блока из-за их меньшей плотности по сравнению с водным раствором. Фильтровальная установка представляет собой, например, ткань для микрофильтрации (проволочную сетку), имеющую долю живого сечения примерно 30%. Уменьшающийся тангенциальный поток 49 водного раствора на стороне ретентата закрытого контейнера обозначен вертикальными стрелками, уменьшающимися снизу вверх. Горизонтальные стрелки 50 указывают поперечный поток водного раствора, содержащего солюбилизированный белок, со стороны ретентата (R), на сторону пермеата (Р) фильтра фильтровального блока. Выпускное отверстие 22 фильтрующего устройства соединено с коллекторной трубой 47 через зажим 48. Другие фильтрующие элементы предпочтительно соединены с коллекторной трубой с использованием аналогичных средств для соединения. Для прототипа устройства ALSEOS согласно настоящему изобретению предпочтительно, чтобы коллекторная труба имела внутренний диаметр около 40 мм. Сторона пермеата фильтровального блока предпочтительно практически не содержит масляных капель (липидов, жиров), то есть фракция липидов составляет менее 10% по массе (по отношению к сухой массе) и предпочтительно ниже.
Рисунок 2. А. Профиль расхода пермеата в ALSEOS 1.0 - Эксперименты №1.1-1.4. Б. Профиль расхода пермеата в ALSEOS 1.0* - Эксперименты №1.5-1.11.
Рисунок 3. Фракции, наблюдаемые в эксперименте 2.1, сверху вниз в устройстве ALSEOS в соответствии с изобретением.
Далее настоящее изобретение будет проиллюстрировано с помощью следующих неограничивающих примеров.
ПРИМЕРЫ
Во всех примерах исходный материал и образцы грубого экстракта (полученного с использованием устройства ALSEOS согласно настоящему изобретению) и супернатанта (полученного в смесителе, используя обычный способ в соответствии с известным уровнем техники) анализировали в соответствии с аналитическими методами, описанными ниже.
Аналитические методы для образцов грубого экстракта и супернатанта
Содержание белка
Содержание белка определяли по методу Кьельдаля в соответствии с официальным методом AOCS 991.20 Nitrogen (Total) Milk. Для определения количества белка (% (мас./мас.)) использовали коэффициент преобразования 6,25.
Содержание сухого вещества
Содержание сухого вещества определяли методом сушки. Контейнер с крышкой, палочкой и предварительно взвешенным песком (морской песок, промытый водой, соляной кислотой и кальцинированный) 20 г (вес, определенный с точностью до 0,1 г) помещали в сушилку, предварительно нагретую до температуры 105°C ± 2°C и высушивали в течение примерно 2 часов до тех пор, пока не был зафиксирован постоянный вес. В это время контейнер герметизировали и переносили в эксикатор, охлаждали до комнатной температуры и взвешивали (использовали весы с точностью до 0,001 г). Образец 2 г ± 0,001 г взвешивали и помещали в контейнер. Емкость закрывали и помещали в сушилку, поддерживаемую при температуре 105 ± 2°C. Крышку контейнера удаляли и сушили в течение 3 часов. Через 3 ч сушки контейнер закрывали и переносили в эксикатор и охлаждали до комнатной температуры (время охлаждения 30-45 мин). По истечении этого времени контейнер с высушенным образцом и песком взвешивали. Содержание сухого вещества X (%) рассчитывали по формуле:
Расчеты:
a - масса контейнера с исследуемым образцом и песком перед сушкой (г);
b - масса контейнера с исследуемым образцом и песком после сушки (г);
c - масса контейнера с песком (г).
Конечным результатом является среднее арифметическое по крайней мере двух измерений, которые не отличаются более чем на 0,2%. Результат округляется до 0,1.
Содержание жиров
Содержание жира определяли по методу Гербера в соответствии с PN-ISO 2446: 2010 (ссылка: Milk - Determination of fat content - Gerber butyrometer, страницы 1-18).
Аналитические методы для исходного материала
Содержание жиров, метод Сокслета
3
3
3
3
3
Образец помещали в ступку и измельчали пестиком в однородную массу. Примерно 5 г ± 0,001 г приготовленного образца взвешивали в колбе Эрленмейера. Добавляли 45 см кипящей дистиллированной воды. После перемешивания добавляли 55 см 25% HCl. Колбу объединяли с обратным холодильником и нагревали до кипения с обратным холодильником в течение 15 минут. По истечении этого времени охладители промывали 100 см кипящей дистиллированной воды. Содержимое колбы Эрленмейера количественно переносили на фильтровальную бумагу. Остаток на фильтре промывали дистиллированной водой при 60°C для отмывки хлорида (проверять закисление раствором AgNO в HNO). Затем фильтр с его содержимым помещали на часовое стекло и сушили. Высушенный фильтр переносили в экстракционный наперсток. Наперсток и фильтровальную бумагу помещали в полуавтоматический Soxtec Avanti 055. Процесс экстракции осуществлялся в соответствии с инструкциями к прибору.
Цикл экстракции состоял из трех фаз:
- Первая фаза процесса: предварительная обработка образца петролейным эфиром, температура кипения 40-60°C, продолжительность 15 минут
- Вторая фаза процесса: основное выделение, продолжительность 45 минут
- Третья фаза процесса: восстановление жиров, продолжительность 20 минут.
Алюминиевый контейнер с образцом сушили в сушилке, нагретой до температуры 100-102°C в течение 1 часа. После этого контейнер переносили в эксикатор и подвергали охлаждению прибл. 30-45 минут). По истечении этого времени алюминиевый контейнер с образцом взвешивали (взвешивали с точностью до 0,0001 г).
Содержание жира в образце (X) рассчитывали как % в соответствии с формулой:
где:
a - масса алюминиевого контейнера с образцом после сушки (г);
b - масса алюминиевого контейнера после сушки (г)
c - масса образца (г)
Конечным результатом считали среднее арифметическое по крайней мере двух X, отличающихся не менее чем на 0,2%.
Содержание влаги
Образец (2±0,5 г) помещали в анализатор влажности (RadWag WPS 110S) при температуре 105°C. Содержание влаги определяли по разности в весе образца до и после сушки.
Пример 1
Получение белкового экстракта из рапсового жмыха с помощью прототипа ALSEOS 1.0 в соответствии с изобретением.
В этом примере процесс экстракции белка согласно настоящему изобретению выполняли с использованием прототипа устройства ALSEOS 1.0 (объем колонки = 1,57 л или 1,96 л, см. фиг. 1Е) в соответствии с настоящим изобретением. Фильтрующий элемент 21 выполнили в виде трубки или трубы из перфорированной нержавеющей стали с долей живого сечения (апертурой) 50% и диаметром отверстий 5 мм. Диаметр трубки составлял 16 мм, длина 800 мм. Вокруг этой трубки обернули фильтровальную ткань. Фильтровальную ткань сделали из проволочной сетки из нержавеющей стали. В примерах применяли различные ткани, имеющие разные размеры отверстий: 4 мкм, 40 мкм и 100 мкм. Апертура (доля живого сечения ткани) составляла около 30% для всех этих тканей. Фильтрующий элемент расположили в колонке (боросиликатное стекло) с внутренним диаметром 50 мм и с распределительной пластиной 32.
Использовали две колонки:
ALSEOS 1.0 ID 50 мм; Н=850 мм; VOL=1,56 л
ALSEOS 1.0* ID 50 мм; Н=1000 мм; VOL=1,97 л.
Принцип работы устройства заключается в образовании псевдоожиженного слоя из измельченного материала растительного происхождения, из которого фильтрат (грубый экстракт) отводится с помощью фильтрующего устройства, погруженного в суспензию с псевдоожиженным слоем. Источниками растительного материала были рапсовый жмых, соевый жмых и жмых семян подсолнечника. Проанализировали выделение белка и жиров.
Процедура
Условия процесса приведены в таблице 1.
Перед загрузкой в устройство ALSEOS исходный материал измельчали в смесителе-измельчителе (Thermomix, Vorwerk) и просеивали для получения требуемого распределения частиц по размерам, как указано в таблице 1. Затем предварительно обработанный исходный материал осторожно перемешивали, используя ложку, с водным раствором соли (2% NaCl (вес/вес), соотношение жидкость/твердое вещество (L/S)=4+/-2%) в контейнере в течение менее чем 10 минут. Тем временем pH суспензии доводили до достижения целевого pH=7,0 (6,8-7,2).
1) Суспензию загружали в колонку, предварительно заполненную водным раствором соли до 5 см от дна колонки. Когда колонку предварительно заполняли приблизительно на 1/3 объема колонки, запускали поток водного раствора соли через распределитель в нижней части колонки.
2) Подачу водного раствора соли в ALSEOS и отток пермеата (экстракта) из ALSEOS контролировали с помощью перистальтического насоса. Циркуляторный термостат контролировал температуру во всей системе.
3) Длительность времени экстракции регистрировали, как указано в таблице 1. Измеряли изменение веса во времени для получения профиля скорости потока (фиг. 2А для ALSEOS с объемом колонки 1,57 л, а на фиг. 2Б для ALSEOS с объемом колонки 1,96 л).
4) Грубый экстракт отбирали и анализировали на содержание сухого вещества (выраженное в % по массе), общую концентрацию белка (Kjeldahl ) и концентрацию жира.
5) Дополнительные образцы грубого экстракта отбирали в эксперименте №1.11 после того, как собрали 0,5 объема колонки (CV) экстракта (примерно через 30 мин), после 1 CV (примерно через 65 мин), после 1,5 CV (после примерно 165 мин) и через 2 CV (примерно через 199 мин).
ALSEOS 1.0 Колонка H=800 мм, ID=50 мм объем 1,57 л
ALSEOS 1.0* Колонка Н=1000 мм, ID=50 мм объем 1,96 л
Эксперименты с перемешиваемыми сосудами, в соответствии с уровнем техники.
Процесс, выполняемый в устройстве согласно настоящему изобретению, сравнивали с обычным способом экстракции белка (эксперименты №1.12 и 1.13) в перемешиваемом сосуде, применяя (интенсивное или мягкое) перемешивание частиц, полученных из растительного источника, то есть измельченного жмыха.
Процедура
Условия процесса приведены в Таблице 2.
1) Рапсовый жмых измельчали в миксер-мельнице (Thermomix, Vorwerk) и просеивали для получения желаемого распределения частиц по размерам, как указано в таблице 2.
2) В экспериментах экстракции использовали 100 г измельченного рапсового жмыха.
3) Материал суспендировали в 400 г экстракционной среды (водный раствор NaCl 2% масс./масс.). Температуру экстракционной среды до каждого эксперимента доводили до температуры процесса. pH суспензии доводили до pH 7,0 (диапазон: 6,8-7,2). Экстракцию выполняли в стеклянном реакторе Радли с двойными стенками объемом 1 л в условиях «интенсивного перемешивания», то есть при перемешивании со скоростью 1290 об/мин с помощью анкерного смесителя (эксперимент 1.12), или в условиях «мягкого перемешивания», то есть при 5 об/мин с анкерным смесителем, чтобы просто суспендировать частицы (эксперимент 1.13).
4) Продолжительность и температуру процесса регулировали для каждого эксперимента, как показано в таблице 2.
5) После экстракции материал переносили в 500 мл центрифужные бутылки и центрифугировали в центрифуге Beckham (SER 90Е, ротор типа JA10) в течение 10 мин при 3000*g.
6) После центрифугирования экстракт осторожно декантировали, т.е. без разрушения верхнего слоя жира, который формировался в верхней части бутылки.
7) Измерения массы проводили для расчета баланса массы.
8) Декантированный супернатант отбирали и анализировали на содержание сухого вещества, общую концентрацию белка (Kjeldahl ) и концентрацию жира.
* Реактор с двойными стенками: Реактор  Reactor-Ready Lab 1 л с верхнеприводной мешалкой RS 100 (PTFE Anchor)
Результаты
В таблице 3 приведены характеристики исходного материала, который использовали в экспериментах 1.1-1.13. Различия в процессах приведены в таблице 4.
Аналитические данные, полученные для сырых экстрактов и супернатантов и выходы процесса для экспериментов 1.1-1.13 приведены в таблице 5.
Выводы из экспериментов, выполненных на устройстве ALSEOS 1.0
1) Полученные результаты в целом показывают преимущества процесса и устройства ALSEOS. Выход белка высокий и масла/липиды в основном остаются на стороне ретентата фильтра. Было продемонстрировано, что около 50% белков, присутствующих в исходном материале, были извлечены в пермеате в некоторых экспериментах. В то же время большая часть жиров, присутствующих в исходном материале, была сохранена на стороне ретентата. Выраженное как отношение жиры: белки, это отношение значительно ниже в пермеате (около 0,1), чем в исходном материале (около 0,5).
2) Получили белковый экстракт для протестированных условий процесса в соответствии с изобретением. Стабильный поток пермеата поддерживали в течение всего времени процесса. Это показывает хорошие гидродинамические характеристики устройства ALSEOS. Для эксперимента №1.5, в котором применяли фильтр с размером отверстий 4 мкм, поток наблюдали в течение 24 мин. Это указывает на необходимость оптимизации размера отверстий сетки, когда требуется более длительное время процесса, причем размер отверстий сетки должен быть адаптирован к конкретным гранулометрическим свойствам исходного материала, чтобы предотвратить загрязнение фильтровального устройства. Специалисту в данной области известно, что увеличение площади фильтра также будет способствовать более стабильному процессу и меньшему загрязнению фильтрующей сетки.
3) Для рапсового жмыха наибольший выход белка (55,7%) получили в эксперименте 11 для условий процесса с размером частиц <1000 мкм, размером отверстий для фильтрующей сетки 100 мкм и температурой экстракции 15°C, временем экстракции 203 минуты, где собирали 2 объема колонки пермеата. Это наглядно показывает дополнительный вклад увеличенного времени контакта исходного материала с водным раствором соли по сравнению с выходом белка, полученным, например, в примере 1.6, с теми же условиями процесса, за исключением более короткого времени контакта 120 мин.
4) Во всех случаях выход жиров был ниже 10%, что означает, что 90% жиров сохранили на стороне ретентата.
5) Наименьший выход жиров получили в эксперименте 1.1 для условий процесса с размером частиц 800-1000 мкм, размером отверстий фильтрующей сетки 100 мкм и температурой экстракции 15°C, временем экстракции 60 минут.
6) Выход жиров в эксперименте 1.1 был ниже по сравнению с экспериментом 1.2, в котором рапсовый жмых измельчали до меньшего размера частиц 0-200 мкм. Однако в эксперименте 1.2 получили более высокий выход белка (48,7%) по сравнению с экспериментом 1.1 (35,2%). Это указывает на то, что условия переноса вещества для извлечения белка благоприятны, когда частицы меньше. Однако меньший размер частиц способствует высвобождению жиров во время экстракции, что, вероятно, связано с тем, что измельчение рапсового жмыха также разрушает масляные тела в рапсовом жмыхе, что позволяет выделяться жирам.
7) Устройства согласно настоящему изобретению, содержащие фильтры с размером отверстий фильтрующей сетки 40 мкм и размером отверстий фильтрующей сетки 100 мкм, являются особенно подходящими для способа согласно настоящему изобретению; устройства с этими фильтрами обеспечивают низкий выход жиров в сочетании с высоким выходом белка и подходящей гидродинамикой, то есть менее склонны к загрязнению по сравнению с меньшим размером отверстий фильтрующей сетки (4 мкм в эксперименте 1.5).
8) В эксперименте 1.11 показано преимущество длительного времени контакта рапсового жмыха с экстракционной средой при извлечении белка. В этом эксперименте образцы грубого экстракта отбирали, когда количество собранного грубого экстракта достигало 0,5 CV (соответствует 30-минутному времени контакта), 1 CV (время контакта 65 минут), 1,5 CV (время контакта 165 минут) и 2 CV (199 минут времени контакта). Выделение белка увеличилось следующим образом: 16,9% (0,5 CV), 42,7% (1 CV), 50,8% (1,5 CV) и 55,7% (2 CV).
Выводы, сделанные из экспериментов с перемешиваемыми сосудами
1) Выход жиров был ниже 10% при сравнении всех экспериментов с прибором ALSEOS 1.0 с наименьшим значением 3,2% в эксперименте 1.1. Когда использовали обычную емкость с мешалкой с мягким перемешиванием (эксперимент 1.13), выход жиров было сопоставимым, и составлял 3,1%.
Это показывает преимущество устройства ALSEOS, так как в случае перемешиваемого сосуда низкий выход жиров связан со стадией центрифугирования, которая была проведена после экстракции. В случае ALSEOS центрифугирование не требовалось и было получено сопоставимое извлечение жира. Чтобы объяснить это явление, крайне важно понять, что именно сдвиговые силы ответственны за выделение жиров в жидкую фазу при совместном извлечении белков в присутствии жиров. Уровень сдвига в устройстве ALSEOS является самым низким из всех известных в уровне технике устройств, с помощью которых может быть осуществлен процесс извлечения белков из масличных культур. Скорости сдвига в перемешиваемых сосудах находятся в диапазоне 100-1000 в секунду, в сравнении со скоростями сдвига <10 в секунду в расширенном (псевдоожиженном) слое согласно настоящему изобретению, что, таким образом, имеет место в прототипах устройств ALSEOS, проиллюстрированных на примере описанных примеров. Скорости сдвига в обычном уплотненном слое, предназначенные для перколяционной экстракции, известной в данной области, находятся в диапазоне 10-100 в секунду [Carta G, Jungbauer, 2010].
В промышленном масштабе условия в сосуде с мешалкой будут скорее напоминать условия, имитированные в мелкомасштабном сосуде, обеспечивающем интенсивное перемешивание (эксперимент 1.12). Это связано с тем, что ожидается, что максимальные скорости сдвига в перемешиваемых сосудах будут на порядок выше средних скоростей сдвига в реакторе, как описано в литературе [Camperi A., et al., 2008; Villadsen J, Liden G; 2003].
2) При сравнении выхода жиров, полученных в примере 1.2 в соответствии с изобретением (устройство ALSEOS 1.0), с выходом жиров, полученным в примере 1.12 (сосуд с мешалкой, интенсивное перемешивание), преимущество имеет экстракция с низким усилием сдвига, которое обеспечивается посредством устройства ALSEOS, что продемонстрировано с точки зрения низкого выхода жиров - 9,7% выхода жиров в эксперименте 1.2 против 68,6% выхода жиров в эксперименте 1.12.
Экспериментальные материалы
Весь исходный материал хранили при комнатной температуре. После измельчения предварительно обработанные материалы хранили в холодильнике (2-8°C). Образцы сырых экстрактов и супернатантов замораживали (-20°C) и размораживали перед аналитическим исследованием.
Основное оборудование
ALSEOS 1.0 (эксперименты №1,1-1,4): Колонка KronLab, объем. 1,57 л ((YMC-ЕСО50 / 750M0VK) и ALSEOS 1,0* (эксперименты №1,5-1,11) объем 1,96 л (YMC-ЕСО50 / 999M0VK) с размером отверстий фильтра 100 мкм, 40 мкм и 4 мкм
Перистальтический насос (эксперимент №1,1-1,4): Ismatec Ecoline с головным насосом MS/CA4-12
Перистальтический насос (примеры №1,5-1,11): Lead Fluid BT-100S с головным насосом DG-4
Термостат (эксперименты №1,1-1,4): LabTech RH40-25A Circulator
Термостат (эксперименты №1,5-1,11): Huber Unichiller 150Tw-H
Реактор с двойными стенками (эксперименты №1,12-1,13): реактор  Reactor-Ready Lab 1 л с верхней мешалкой RS 100 (PTFE Anchor)
Центрифуга (эксперименты №1,12-1,13): Beckman SER 90Е с ротором типа JA10
Пример 2
Получение белкового экстракта из семян рапса с помощью ALSEOS 2.0, устройства согласно настоящему изобретению
В этом примере процесс экстракции белка согласно настоящему изобретению выполняли с использованием устройства-прототипа ALSEOS 2.0 (объем колонки = 31,4 л, размер отверстий фильтрующей сетки 100 мкм согласно настоящему изобретению). Для прототипа ALSEOS 2.0 (31,4 л) фильтрующий элемент изготовили в виде рамки, покрытой (с обеих сторон) фильтровальной тканью (рис. 1Е). Диаметр колонки составлял 200 мм, а высота - 1000 мм. Объем колонки около 30 л. Использовали ту же фильтровальную ткань 4 мкм и 100 мкм, что и для ALSEOS 1,0 (см. Пример 1). Принцип работы устройства заключается в образовании псевдоожиженного слоя из рапсового жмыха.
Процедура:
Условия процесса приведены в таблице 6. Устройство для экстракции белка прототипа ALSEOS (колонка) предварительно загружали водой (водопроводная вода, температура около 15°C, без добавления соли). Ввод воды в устройство осуществлялся через распределительную пластину в нижней части колонки. Скорость потока составляла около 30 л/ч. Рапсовый жмых измельчали в смесителе (Zelmer ZSB, 1400 В) и просеивали, чтобы получить размер <2000 мкм. 1,5 кг растертого рапсового жмыха предварительно смешивали в ведре с примерно 8 кг воды. Мягкое перемешивание проводили с помощью планетарного движения закрытого ведра (вручную) в течение примерно 1 минуты, чтобы избежать чрезмерного взбалтывания. Содержимое ведра затем выливали в колонку прототипа ALSEOS через воронку и через шаровой клапан в верхней крышке колонки. Вторую порцию измельченных 1,5 кг рапсового жмыха получали аналогичным способом и выливали в колонку опытного образца ALSEOS. Во время загрузки суспензии в контейнер в колонку опытного образца ALSEOS непрерывно подавали воду. Скорость подачи воды составляла около 30 л/ч. Когда уровень жидкости приближался к верхней крышке колонны, выпускной клапан контейнера оставляли открытым, что позволяло выгружать часть содержимого колонки (около 5 л) в контейнер для отходов. После этого выпускной клапан закрывали, и единственный выпуск для жидкости из устройства колонны находился на стороне фильтра фильтрующего блока. Фильтрат (пермеат) из устройства ALSEOS собирали в отдельном контейнере для фильтрата.
Образцы фильтрата (грубый экстракт) анализировали на сухой вес, общий белок и содержание жира.
Результаты
Наблюдали фракционирование удерживаемого материала на стороне ретентата фильтра на «легкую» фракцию (относительно низкая плотность частиц, богатая липидами), накапливающуюся в верхней части колонки ALSEOS (закрытый контейнер) и «тяжелую» фракцию (относительно высокая плотность частиц, содержащая меньше липидов и большее количество шелухи), находящаяся в нижней части колонки.
*ALSEOS 2.0 Колонка Н=1000 мм, ID=20 см, объем 31,4 л
Пример 3
Устройства согласно настоящему изобретению для способа согласно настоящему изобретению
На фигуре 1 представлены варианты реализации устройства в соответствии с изобретением. Для деталей устройства согласно настоящему изобретению: см. описание на фигуре 1.
Как правило, в устройстве согласно настоящему изобретению, как показано на фиг. 1Б, проволочная сетка используется в виде сетки, обернутой вокруг (металлической, пластиковой) рамы, предпочтительно сделанной из нержавеющей стали, предпочтительно имеющей размер отверстия 4-100 мкм, более предпочтительно 40-100 мкм, предпочтительно имеющую долю живого сечения около 30%. Для прототипа устройства ALSEOS согласно настоящему изобретению предпочтительно, чтобы закрытый контейнер представлял собой (например, цилиндрическую) хроматографическую колонку, например, с внутренним диаметром (ID) 0,2 м и предпочтительно с высотой около 1 м. В устройстве согласно настоящему изобретению, как показано на фиг. 1Г, фильтры фильтрующего блока предпочтительно расположены по существу вертикально. В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство согласно настоящему изобретению содержит ряд параллельных фильтрующих блоков, содержащих параллельные фильтры, каждый из которых соединен по меньшей мере с одной коллекторной трубкой. См. фиг. 1В и 1Е.
В предпочтительной процедуре способа согласно настоящему изобретению с иллюстративным устройством в соответствии с изобретением псевдоожиженный слой суспендируется в восходящей проточной воде. Экстракт белка (PERMEATE) выводится через поперечный поток через проволочную сетку в вертикально расположенные панели фильтров. Проволочная сетка проницаема для воды и растворенных веществ и предпочтительно блокирует попадание масляных капель (липидов, жира) в пермеат. На стороне ретентата закрытого контейнера наблюдается сегрегация частиц по размеру и/или плотности из-за уменьшения поверхностной скорости жидкости в тангенциальном потоке: мелкие/легкие частицы расположены вблизи верхней стороны закрытого контейнера, тогда как крупные/более плотные частицы остаются около нижней стороны (фиг. 1Ж).
На фиг. 1Д показана типичная часть фильтрующего элемента устройства согласно настоящему изобретению с фильтром из проволочной сетки.
Пример 4
Обеспечение белкового экстракта способом согласно настоящему изобретению с использованием устройства согласно настоящему изобретению
В таблице 9 и в таблице 10 ниже приведены экспериментальные данные и результаты для экспериментов с измельченной рапсовой мукой.
В эксперименте 1.11 (описанном в примере 1) применяли 1,96-литровый прототип ALSEOS (ALSEOS 1.0) в соответствии с изобретением.
В эксперименте 1.11 экстракцию белка проводили с осторожно обработанным рапсовым жмыхом, который был получен в ходе процесса производства масла, при котором температура во время прессования семян рапса поддерживалась ниже 73°C.
Для эксперимента 2.1 (описанного в примере 2) применяли 31,4-литровый прототип ALSEOS (ALSEOS 2.0) в соответствии с изобретением. В эксперименте 1.11 экстракцию белка проводили с помощью жестко обработанного рапсового жмыха, который был получен в результате процесса получения масла, при котором температура во время прессования семян рапса была выше 100°C.
Из данных по извлечению белка (табл. 10) видно, что рапсовый жмых, предварительно обработанный при температуре выше 100°C (эксперимент 2.1), обеспечивает относительно низкое выделение белка по сравнению с рапсовым жмыхом, который подвергали только мягким температурным условиям до применения в способе согласно настоящему изобретению (эксперимент 1.11).
Низкий выход в эксперименте 2.1 может быть частично объяснен тем, что в экстракционную среду не добавляли соль. Известно, что на растворимость белков положительно влияет ионная сила экстрагирующей среды [Rodrigues I.M., et al., 2012]. Влияние концентраций солей в экстракционной среде было исследовано в дальнейших экспериментах с экстракцией, проводимой в резервуаре с мешалкой, согласно уровню техники, условия процесса: pH 6,8-7,2, распределение по размерам измельченного рапсового жома 0-200 мкм, температура экстракции. 15°C, продолжительность экстракции 120 минут, мягкая интенсивность перемешивания. Выделение белка было более высоким (34,7%), когда в экстракционной среде присутствовал 2% по массе NaCl по сравнению с отсутствием соли (27,4%).
Влияние предварительной обработки теплом на рапсовый жмых исследовали в дальнейших экспериментах с экстракцией, проводимой в резервуаре с мешалкой, в соответствии с уровнем техники, условия процесса: pH 6,8-7,2, распределение по размеру измельченного рапсового осадка 800-1000 мкм, температура экстракции 15°C, Продолжительность экстракции 120 минут, 2% мас./мас. NaCl в экстракционной среде, низкая интенсивность перемешивания. В первом случае использовали рапсовый жмых, полученный в процессе производства масла, температура которого не превышала 73°C, тогда как во втором случае применяли рапсовый жмых, предварительно обработанный температурой выше 100°C. В первом случае выход белка была выше (47,9%) по сравнению с последним случаем (38,4%), что показывает влияние температуры предварительной обработки в пользу низкотемпературной предварительной обработки.
Эти данные показывают, что температура, используемая в процессе получении масла, влияет на пригодность исходного материала для экстракции белка.
Это подтверждает, что рапсовый жмых (побочный продукт, полученный при механическом прессовании семян при производстве масла) более подходит для извлечения белков, чем рапсовая мука (побочный продукт, полученный при экстрагировании масла химически, например, гексаном, который должен быть дополнительно удален из процесса на специально разработанной стадии сушки путем термообработки (температура >> 100°C)).
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ АББРЕВИАТУРЫ
ALSEOS, водная низкоскоростная экстракция белков из масличных культур; Ок. Около; СВ, сухой вес; Г, грамм(ы); Н, высота; ID, внутренний диаметр; Л, литр; L/S, соотношение жидкое(:)твердое; мин, минута (с); Р, пермеат; R, ретентат; RT, комнатная температура, температура окружающей среды; UF, ультрафильтрация; мкм, микрометр; VOL, объем (как в % об.); % по массе, процент по массе, соотношение веса.
Список литературы
- Camperi A., et al., Determination of the Average Shear Rate in a Stirred and Aerated Tank Bioreactor, Bioprocess and Biosystems Engineering. 08/2008; 32(2): 241-8. DOI: 10.1007/S00449-008-0242-4.
- Carta G, Jungbauer in: Chapter 1. Downstream Processing of Biotechnological Products, стр. 34 в: Protein Chromatography, Process Development and Scale-Up, Wiley VCH, 2010, ISBN: 978-3-527-31819-3.
- Owusu-apenten R., Introduction to Food Chemistry, стр. 83. CRC Press, 2004, ISBN 0-8493-1724-X.
- Rodrigues I.M. et al. 2012, Isolation and valorisation of vegetable proteins from oilseed plants: Methods, limitations and potential, Journal of Food Engineering, том 109, издание 3, стр. 337-346.
- Villadsen J, Liden G; Bioreactor Engineering Principles, Chapter 11, стр. 500, Springer 2003, ISBN 987-1-4613-5230-3.