АГРЕГИРУЮЩИЙ АГЕНТ ДЛЯ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ ВОДОРАСТВОРИМОГО БЕЛКА ПЫЛЬЦЫ КЕДРА
AGGREGATING AGENT FOR EXTRACTION OF WATER-SOLUBLE PROTEIN OF CEDAR POLLEN

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу экстрагирования белков пыльцы для экстрагирования водорастворимого белка из пыльцы и к экстракционному устройству, которое предпочтительно используется в способе экстрагирования.
Предшествующий уровень техники
В последние годы в качестве пищевой композиции для подавления аллергической реакции (сенная лихорадка (поллиноз)), вызываемой пыльцой кедра, как описано в Патентной литературе 1, рассматривалась пищевая композиция, которая включает в качестве активного ингредиента аллергенный белок пыльцы кедра с покрытием из антигенной структуры, нанесенным методом модификации полисахаридов, и оказывает подавляющий аллергическую реакцию эффект, основанный на пероральной иммунологической толерантности.
Далее, в качестве способа экстрагирования аллергенного белка из пыльцы кедра рассматривался способ, который предусматривает смешивание пыльцы кедра с буферным раствором для растворения водорастворимого белка пыльцы кедра в воде и последующее центрифугирование раствора для разделения жидкости, содержащей водорастворимый белок, и твердого вещества, как описано в Патентной литературе 2.
Однако вышеописанный способ экстрагирования водорастворимого белка с применением центрифугирования имеет ограничение по пропускной способности/партию и поэтому не пригоден для проведения экстракции в больших объемах. Кроме того, рабочие нагрузки, характерные для операций присоединения/отсоединения ротора перед/после центрифугирования, процессов очистки после центрифугирования и т.п., являются чрезмерно дорогими, и эксплуатационные расходы также увеличиваются.
Кроме того, для проведения экстракции в больших объемах и повышения эффективности экстракции необходимо иметь центрифугу большого объема или несколько центрифуг; однако это увеличивает не только затраты на оборудование, но и расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание, и поэтому не является хорошей идеей.
К тому же способ с применением центрифугирования создает проблемы, связанные с ухудшением производственной среды из-за вибрации, шума и др., возникающих при работе центрифуги.
Перечень ссылок
Патентная литература
Патентная литература 1 JPA 2006-340658.
Патентная литература 2 JPA 1995-304794.
Сущность изобретения
Техническая проблема
Таким образом, настоящее изобретение направлено на решение вышеуказанных проблем и имеет основной и желательной целью в рамках экстрагирования аллергенного белка из пыльцы кедра (далее по тексту - белок пыльцы кедра) сделать возможным проведение экстракции в больших объемах и при одновременном повышении эффективности экстракции снизить рабочую нагрузку, сократить затраты на оборудование и эксплуатационные расходы и достигнуть улучшения производственной среды.
Решение проблемы
Способ экстрагирования белка пыльцы согласно настоящему изобретению представляет собой способ экстрагирования белка пыльцы для экстрагирования водорастворимого белка из пыльцы и включает: смешивание пыльцы с фосфатным буферным раствором (далее по тексту - PBS); добавление натурального неорганического агрегирующего агента к полученному смешанному раствору с последующим перемешиванием и после образования агрегата частиц пыльцы проведение фильтрации через фильтр для разделения твердого вещества-жидкости.
В этом контексте на базе метода фильтрации через фильтр экстракция может осуществляться в больших объемах при повышении ее эффективности. При этом все, что требуется сделать, - это просто смешать и перемешать пыльцу, PBS и натуральный неорганический агрегирующий агент и провести фильтрацию смеси через фильтр; тем самым можно решить проблемы (рабочая нагрузка, затраты, производственная среда и др.), возникающие при традиционном способе с применением центрифуги. Далее, агрегирующий агент применяется для образования агрегата пыльцы, после чего проводится разделение твердого вещества-жидкости, так что даже в случае пыльцы с размером частиц 0,5 мкм феномен образования "мостиков" может предупреждаться на ранней стадии засорения фильтра, и разделение может надежно выполняться без нарушения функции фильтра. Более того, для проведения экстракции применяется натуральный неорганический агрегирующий агент, поэтому выделенный из пыльцы белок может предпочтительно использоваться в качестве активного ингредиента пищевой композиции.
Кроме того, пыльца является трудно собираемым сырьем и поэтому должна предпочтительно эффективно использоваться; к тому же водорастворимый белок, содержащийся в пыльце, невозможно полностью экстрагировать только с помощью способа предшествующего уровня техники. С учетом этого, способ предпочтительно включает также: измельчение осадка, образовавшегося на фильтре в процессе фильтрации, в порошок и последующее смешивание порошка повторно с фосфатным буферным раствором; добавление натурального неорганического агрегирующего агента с последующим перемешиванием, и после повторного образования агрегата частиц пыльцы кедра проведение фильтрации через фильтр для разделения твердого вещества-жидкости.
Помимо этого, устройство для экстрагирования белка пыльцы, которое предпочтительно используется для осуществления вышеописанного способа экстрагирования белка пыльцы, оборудовано смешивающей и перемешивающей частью, конфигурация которой позволяет осуществлять смешивание и перемешивание, и фильтрационной частью, конфигурация которой обеспечивает фильтрацию смешанного раствора, полученного в смешивающей и перемешивающей части, для разделения твердого вещества-жидкости.
Способ настоящего изобретения не ограничивается способом экстрагирования белка только из пыльцы кедра, а может применяться также как способ экстрагирования белка из пыльцы других растений (например, из пыльцы деревьев, такой как пыльца ольхи, пыльца березы пушистой или пыльца кипариса, либо из пыльцы трав или сложноцветных). В этом случае способ экстрагирования белка пыльцы согласно настоящему изобретению представляет собой способ экстрагирования белка пыльцы для экстрагирования водорастворимого белка из пыльцы и включает: смешивание пыльцы с буферным раствором; добавление натурального неорганического агрегирующего агента к полученному смешанному раствору с последующим перемешиванием, и после образования агрегата пыльцы проведение фильтрации через фильтр для разделения твердого вещества-жидкости.
Преимущества изобретения
Согласно настоящему изобретению в том виде, как оно описано выше, при экстрагировании белка пыльцы кедра возможно проведение экстракции в больших объемах и при одновременном повышении эффективности экстракции возможно снижение рабочей нагрузки, сокращение затрат на оборудование и эксплуатационных расходов и достижение улучшения производственной среды.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведена схема конфигурации устройства для экстрагирования белка пыльцы кедра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2 приведены результаты сравнительной оценки натуральных неорганических агрегирующих агентов и полимерных агрегирующих агентов.
Описание оборудования
100: устройство для экстрагирования белка пыльцы кедра
2: смешивающая и перемешивающая часть
21: танк для смешивания
22: мешалка
3: фильтрационная часть
4: контейнер для хранения
31: танк для фильтрации
32: фильтр для фильтрации.
Описание вариантов осуществления изобретения
Ниже описан (со ссылкой на чертежи) один вариант устройства для экстрагирования белка пыльцы кедра согласно настоящему изобретению.
Устройство для экстрагирования белка пыльцы кедра 100 согласно настоящему варианту представляет собой устройство, которое экстрагирует водорастворимый белок, содержащийся в пыльце кедра, путем смешивания пыльцы кедра и PBS для растворения водорастворимого белка в PBS.
Более конкретно, устройство, показанное на фиг.1, оборудовано смешивающей и перемешивающей частью 2 и фильтрационной частью 3, которая размещается на нижней стороне части 2 и содержит сменный (съемный) фильтр 32, через который фильтруется смешанный раствор, полученный в смешивающей и перемешивающей части 2.
Смешивающая и перемешивающая часть 2 включает танк для смешивания 21, который содержит пыльцу кедра, PBS и агрегирующий агент, и мешалку 22, которая смонтирована в танке для смешивания 21 и имеет перемешивающие лопасти 221, которые смешивают и перемешивают пыльцу кедра, PBS и агрегирующий агент, содержащиеся в танке 21. Агрегирующий агент представляет собой агент, который агрегирует частицы пыльцы кедра в PBS с образованием агрегата (флокулы). При этом PBS контролирует рН, способствуя, тем самым, повышению эффективности экстрагирования белка, а также выполняет функцию предупреждения денатурации водорастворимого белка пыльцы кедра для повышения стабильности белка. В дополнение к этому, цифровое обозначение 24 на фиг.1 представляет активатор (приводной механизм), который приводит в действие мешалку 22, например, электродвигатель.
Танк для смешивания 21 в верхней части оснащен загрузочным устройством для пыльцы кедра для загрузки пыльцы кедра; PBS-загрузочным устройством для загрузки PBS и загрузочным устройством для агрегирующего агента, через которое производится загрузка натурального неорганического агента. Кроме того, в днище танка для смешивания и перемешивания 21 предусмотрено разгрузочное отверстие 211 для выхода смешанного раствора, полученного в результате смешивания и перемешивания, и это разгрузочное отверстие 211 снабжено двухпозиционным (открыт/закрыт) клапаном 23.
При этом танк для смешивания 21 соединен с системой подготовки чистой воды 200 и снабжается чистой водой, полученной в системе подготовки чистой воды 200, через верхнюю часть танка для смешивания 21. С учетом этого танк для смешивания 21 имеет такую конфигурацию, которая позволяет регулировать PBS.
Фильтрационная часть 3 расположена под разгрузочным отверстием 211 танка для смешивания 21 и включает фильтрационный танк 31, который открывается вверх, и фильтр для фильтрации 32, который размещается на перегородке 311, предусмотренной в средней части фильтрационного танка 31. Перегородка 311 образована множеством сквозных отверстий, через которые жидкость, прошедшая через фильтр 32, стекает вниз. В процессе фильтрации смешанного раствора на фильтре 32 образуется осадок К., включающий агломерат пыльцы кедра, а жидкость, содержащая белок пыльцы кедра, проходит через фильтр, в результате чего достигается разделение твердого вещества-жидкости. Следует заметить, что толщина осадка, образующегося на фильтре 32, регулируется таким образом, чтобы она составляла максимум 15 мм, а размер (поверхность) фильтра 32 устанавливается в зависимости от количества фильтруемого смешанного раствора.
При этом в настоящем варианте агрегирующий агент представляет собой порошкообразный агрегирующий агент, включающий натуральный неорганический компонент. Ниже приводится описание натурального неорганического агрегирующего агента вкупе со сравнительными примерами случаев использования полимерных агрегирующих агентов.
4
2
3
2
2
4
В качестве натурального неорганического агрегирующего агента в настоящем варианте применяется ZEOfloc 30, ZEOfloc 70 или ZEOfloc 70GWP производства Kankyo Souken Co., Ltd., который содержит сульфат кальция (CaSO), оксид алюминия (АlО), диоксид кремния (SiO) и сульфат алюминия (AlSO) в качестве основных компонентов, либо MI-1 (для низкой концентрации) или ZA-1 (для высокой концентрации) производства SAN-IN PROSHEART CORP., который содержит кальций, кремний и др. в качестве основных компонентов. Следует заметить, что, если в качестве натурального неорганического агрегирующего агента используется агрегирующий агент, содержащий в качестве основного компонента силикат кальция, который разрешен к применению в качестве пищевой добавки, то может гарантироваться его безопасность как пищевого продукта.
С другой стороны, в качестве полимерного агрегирующего агента, взятого для сравнения, применялся Accofloc (N-100 или др.) производства МТ Aqua Polymer, который содержит полиакриламид, полиакрилат натрия или группу модифицированных полиакриламидов.
Результаты теста и сравнительной оценки этих натурального неорганического агрегирующего агента и полимерного агрегирующего агента представлены на фиг.2. Как можно видеть из фиг.2, оказывается, что в случае использования любого из полимерных агрегирующих агентов для экстрагирования белка пыльцы кедра вязкость жидкости повышается в момент добавления агрегирующего агента, так что не только транспортирование становится затруднительным, но и полное разделение твердого вещества, такого как пыльца кедра, и жидкости становится невозможным.
С другой стороны, в случае применения любого из натуральных неорганических агрегирующих агентов для экстрагирования белка пыльцы кедра оказалось, что вязкость не повышается, даже в момент добавления натурального неорганического агрегирующего агента, а в результате фильтрации через фильтр после 30-минутного отстаивания достигается высокая степень разделения по сравнению со случаем применения любого из полимерных агрегирующих агентов. В частности, в случае использования Zeofloc 70GWP оказалось, что при фильтрации через фильтр после 30-минутного отстаивания можно получить прозрачный фильтрат и может достигаться почти полное разделение твердого вещества-жидкости.
Ниже описывается способ экстрагирования белка пыльцы кедра с применением устройства для экстрагирования белка пыльцы кедра 100 вышеописанной конфигурации.
Сначала пыльца кедра, чистая вода и PBS загружаются в танк для смешивания 21, в котором пыльца размешивается в PBS с помощью мешалки 22. Затем добавляется натуральный неорганический агрегирующий агент, и смесь перемешивается с помощью мешалки 22. Это приводит к растворению водорастворимого белка пыльцы кедра в PBS, a также к образованию агрегата пыльцы кедра (флокулят).
По завершении перемешивания двухпозиционный клапан 23 разгрузочного отверстия 211 танка для смешивания 21 открывается для пропускания смешанного раствора в фильтрационную часть 3. Следует заметить, что еще до открывания двухпозиционного клапана 23 в фильтрационной части 3 устанавливается фильтр для фильтрации 32.
Смешанный раствор, введенный в фильтрационную часть 3, перетекает на фильтр для фильтрации 32; на фильтре для фильтрации 32 образуется осадок, включающий агрегат пыльцы кедра, а жидкость, содержащая водорастворимый белок пыльцы кедра, которая прошла через осадок и фильтр для фильтрации 32, собирается в контейнер для хранения 4, размещенный под фильтрационной частью 3.
По завершении фильтрации через фильтр осадок, образовавшийся на фильтре 32, измельчается в порошок. Затем пыльца кедра, полученная измельчением осадка в порошок, вновь загружается в танк для смешивания 21 и смешивается с PBS. После этого добавляется натуральный неорганический агрегирующий агент, и смесь перемешивается повторно до образования агрегата пыльцы кедра; затем проводится фильтрация через фильтр для разделения твердого вещества-жидкости. Как описывалось выше, за счет измельчения осадка и повторного проведения фильтрации через фильтр водорастворимый белок, который не был экстрагирован из пыльцы кедра с первой попытки, теперь может быть экстрагирован в большем количестве, и, тем самым, пыльца кедра как исходное сырье может быть использована более эффективно.
Преимущества настоящего варианта
Согласно способу экстрагирования белка пыльцы кедра в вышеописанном варианте его воплощения, основанному на методе фильтрации через фильтр, экстракция может осуществляться в большом масштабе, таком же большом, что и в случае применения центрифуги, что делает возможным проведение экстракции в больших объемах для повышения ее эффективности. При этом все, что требуется сделать, - это просто смешать и перемешать пыльцу кедра, PBS и натуральный неорганический агрегирующий агент и провести фильтрацию смеси через фильтр; тем самым можно решить проблемы (рабочая нагрузка, затраты, производственная среда и др.), возникающие при традиционном способе с применением центрифуги. Далее, агрегирующий агент применяется для образования агрегата пыльцы кедра, после чего проводится разделение твердого вещества-жидкости, так что без нарушения функции фильтра может достигаться надежное разделение. Более того, для проведения экстракции применяется натуральный неорганический агрегирующий агент, поэтому выделенный из пыльцы кедра белок может предпочтительно использоваться в качестве активного ингредиента пищевой композиции.
Другие варианты осуществления
Следует заметить, что настоящее изобретение не ограничивается только вышеописанным вариантом.
Например, вышеописанный вариант приспособлен для смешивания пыльцы кедра с PBS и последующего добавления с перемешиванием натурального неорганического агрегирующего агента; однако настоящее изобретение может быть приспособлено для одновременного смешивания и перемешивания пыльцы кедра, PBS и натурального неорганического агрегирующего агента.
При этом экстрагирование белка пыльцы кедра в вышеописанном варианте осуществляется таким путем, что осадок, образовавшийся на фильтре для фильтрации, измельчается для повторного экстрагирования белка пыльцы кедра; однако настоящее изобретение может быть приспособлено для многократного проведения этой процедуры.
Кроме того, буферный раствор в вышеописанном варианте представляет собой раствор с использованием PBS; однако аналогичный эффект может быть получен и при использовании буферного раствора, содержащего гидрокарбонат натрия и хлорид натрия.
К тому же, в вышеприведенном варианте описан способ экстрагирования белка пыльцы кедра, однако настоящее изобретение может быть применимо также как способ экстрагирования белка из пыльцы других растений, например из пыльцы деревьев, такой как пыльца ольхи, пыльцы березы пушистой или пыльца кипариса, либо из пыльцы трав или пыльцы сложноцветных.
Вдобавок, взамен PBS может также использоваться порошкообразная PBS-основа.
Помимо этого, должно быть понятно, что вышеописанный вариант осуществления изобретения и его разновидности могут частично или полностью комбинироваться соответствующим образом, и настоящее изобретение не ограничивается любым из вышеописанных вариантов, а может модифицироваться различным образом в пределах своего объема.
Промышленная применимость
Таким образом, согласно настоящему изобретению при экстрагировании белка пыльцы кедра возможно проведение экстракции в больших объемах и при одновременном повышении эффективности экстракции возможно снижение рабочей нагрузки, сокращение затрат на оборудование и эксплуатационных расходов и достижение улучшения производственной среды.