УВЕЛИЧЕННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ БЕЛКА ИЗ СЕМЯН МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР Российский патент 2008 года по МПК A23J1/14 A23J3/14 

Настоящая заявка претендует согласно 35 Своду законов США 119(е) на приоритет предварительных заявок на патенты США № 60/339350 от 13 декабря 2001 г. и 60/391046 от 25 июня 2002 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение касается извлечения белковых изолятов из белка семян масличных культур.

Уровень техники

В патентах США №5844086 и 6005076 ("Murray II"), правопреемником которых является правообладатель настоящей заявки и которые включены в описание путем отсылки, описан способ выделения белковых изолятов из муки из семян масличных культур, имеющей значительное содержание жира, включая муку из семян канолы с таким содержанием жира. Стадии указанного способа включают солюбилизацию белкового материала из муки из семян масличных культур, в процессе которого солюбилизируется также содержащийся в муке жир, и удаление жира из полученного водного белкового раствора. Водный белковый раствор можно отделить от остаточной муки из семян масличных культур перед или после стадии удаления жира. Затем обезжиренный белковый раствор концентрируют с целью повышения концентрации белка в нем при поддержании ионной силы раствора, по существу, на постоянном уровне, после чего концентрированный белковый раствор подвергают последующей стадии удаления жира. Далее концентрированный белковый раствор разбавляют с тем, чтобы инициировать образование похожей на муть массы из высокоагрегированных белковых молекул в виде дискретных капель белка в мицеллярной форме. Белковые мицеллы осаждают отстаиванием для получения агрегированной, коалесцирующей, плотной, аморфной, клейкой, подобной клейковине массы белкового изолята, обозначенной термином «белковая мицеллярная масса» или БММ, которую отделяют от остаточной водной фазы и подвергают сушке.

Белковый изолят имеет содержание белка (при определении его по Кьельдалю N×6,25), по меньшей мере, примерно 90 мас.%, является, по существу, не денатурированным (определяется методом дифференциальной сканирующей калориметрии) и имеет низкое остаточное содержание жира. Термин «содержание белка» в контексте настоящего описания обозначает количество белка в сухом веществе белкового изолята. Выход белкового изолята, полученного описанным способом, составляет в большинстве случаев менее 40 мас.%, обычно - примерно 20 мас.%, выраженный как относительное количество экстрагированного из муки из семян масличных культур белка, полученного в виде сухого белкового изолята.

Способ, описанный в вышеупомянутых патентах, был разработан с целью модификации и улучшения способа получения белкового изолята из различных видов белкового сырья, включая семена масличных культур, описанного в патенте США №4208323 ("Murray IB"), раскрытие которого включено в описание путем отсылки. Мука из семян масличных культур, выпускавшаяся промышленностью в 1980-х годах, когда был опубликован патент США №4208323, не содержала в период публикации патентов "Murray II" столько жира, сколько его содержит мука из семян канолы, вследствие чего способ, описанный в патенте США №4208323, никак не может быть применен для получения из такой муки из семян масличных культур обработкой ее по способу "Murray II" белковых материалов с содержанием белка более 90 мас.%. В патенте США №4208323 нет сведений о проведении специальных экспериментов с использованием в качестве исходного сырья рапсовой муки (муки из семян канолы).

Патент США №4208323 защищает способ, целью которого является улучшение способа, описанного в патентах США №4169090 и 4285862 ("Murray IA"), включенных в данное описание путем отсылки. Указанное улучшение заключается во введении стадии концентрирования белкового раствора перед его разбавлением для получения БММ. Последняя стадия служит для повышения выхода белкового изолята от примерно 20 мас.%, который обеспечивает способ "Murray IA", и выше.

В совместно рассматриваемых заявках на патенты США №60/288415 от 4 мая 2001 г., 60/326987 от 5 октября 2001 г., 60/331066 от 7 ноября 2001 г., 60/333494 от 26 ноября 2001 г., 60/374801 от 24 апреля 2002 г. и 10/137391 от 3 мая 2002 г., правопреемником по которым является правообладатель настоящей заявки, и раскрытие которых включено в данное описание путем отсылки, описаны последующие варианты модификации указанных способов выделения белка из семян масличных культур из уровня техники, которые направлены на дальнейшее повышение выхода сухого белкового изолята, выраженного как относительное количество экстрагированного из семян масличных культур белка, которое извлекают в виде белкового изолята, и получение белкового изолята с высокой степенью чистоты, содержащего, по меньшей мере, примерно 100 мас.% белка при определении его содержания по Кьельдалю, с учетом коэффициента пересчета азота (N) на белок 6,25 (N×6,25). Способ применяется, в частности, для получения изолята белка канолы.

Согласно способу, описанному в вышеупомянутых заявках на патенты США №60/288415, 60/326987, 60/331066, 60/333494, 60/372165, 60/374801 и 10/137391, муку из семян масличных культур подвергают экстракции водным раствором соли пищевого качества. Объем полученного раствора белкового экстракта после предварительной обработки его адсорбентом пигментов при необходимости сокращают путем пропускания указанного раствора через ультрафильтрационные мембраны с получением концентрированного белкового раствора с содержанием белка, по меньшей мере, примерно 200 г/л. Концентрированный белковый раствор разбавляют затем холодной водой, что приводит к образованию белого помутнения из белковых мицелл, которым дают отделиться. После удаления надосадочного слоя осевшую вязкую, клейкую массу (БММ) подвергают сушке.

Согласно одному из воплощений способа, описанного в вышеупомянутой заявке на патент США №60/288415, а также в совместно рассматриваемых заявках на патенты США №60/326987, 60/331066, 60/333494, 60/372165, 60/374801 и 10/137391, надосадочную жидкость со стадии осаждения БММ подвергают обработке с целью получения белкового изолята, содержащего высушенный белок из влажной БММ и из надосадочной жидкости. Это может быть достигнуто путем предварительного концентрирования надосадочной жидкости с помощью ультрафильтрационных мембран до концентрации, превышающей 100 г/л, смешивания концентрированной надосадочной жидкости с влажной БММ и сушки полученной смеси. Готовый изолят белка канолы характеризуется высокой степенью чистоты и содержит, по меньшей мере, 90 мас.% белка, предпочтительно - по меньшей мере, примерно 100 мас.% (N×6,25).

Согласно другому воплощению способа, описанного в вышеупомянутой заявке на патент США №60/288415, а также в совместно рассматриваемых заявках №60/331066, 60/333494, 60/372165, 60/374801 и 10/137391, надосадочную жидкость со стадии осаждения БММ подвергают обработке с целью извлечения из нее изолята белка. Эта обработка может осуществляться путем предварительного концентрирования надосадочной жидкости с применением ультрафильтрационных мембран до концентрации белка в ней, по меньшей мере, примерно 100 г/л и сушки концентрированной надосадочной жидкости. Готовый изолят белка канолы характеризуется высокой степенью чистоты и содержит, по меньшей мере, примерно 90 мас.% белка, предпочтительно по меньшей мере, примерно 100 мас.% (N×6,25).

В совместно рассматриваемых заявках на патенты США №60/331646 от 20 ноября 2001 г. и 60/383809 от 30 мая 2002 г., правопреемником по которым является правообладатель настоящей заявки и раскрытие которых включено в данное описание путем отсылки, описан непрерывный способ образования изолятов белка масличных семян из муки из семян масличных культур по технологии, описанной в вышеупомянутых заявках, но в непрерывном режиме. По сравнению с периодическим способом получения изолята белка канолы применение непрерывного способа позволяет значительно сократить продолжительность начальной стадии экстракции белка при том же уровне его экстракции и применять более высокие температуры на стадии экстракции. В дополнение к этому при осуществлении способа в непрерывном режиме снижается риск бактериального заражения по сравнению с периодическим способом, что приводит к улучшению качества продукта, а сам способ может осуществляться на более компактном оборудовании.

Для получения муки из семян масличных культур указанные семена измельчают в дробилке с целью отделения большей части масла и проводят экстракцию горячим растворителем, преимущественно гексаном, для извлечения остаточного масла. В целях регенерации растворителя и его повторного применения муку из масличных семян перед выгрузкой из дробилки зачастую подвергают тепловой обработке при высокой температуре примерно от 120 до 140°С, обозначаемой термином «обжаривание», которая способствует отгонке остаточного растворителя.

Остаточная мука, выгружаемая из дробилки, содержит значительное количество белка и зачастую используется на корм скоту. Ранее предпринимались попытки по извлечению белка канолы в виде изолята из остаточной муки из семян канолы согласно способам, описанным в вышеупомянутых патентах "Murray" и вышеупомянутых рассматриваемых заявках на патенты.

Раскрытие изобретения

В настоящее время неожиданно установлено, что температура, применяемая на стадии обжаривания муки из семян масличных культур для удаления остаточного растворителя, влияет на количество белка, которое может быть экстрагировано из муки из семян масличных культур согласно способам, описанным в патентах "Murray" и в вышеупомянутых рассматриваемых заявках на патенты. В соответствии с настоящим изобретением стадия обжаривания осуществляется при температуре примерно 100°С или ниже.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения обеспечен способ получения белкового изолята, который предусматривает: (а) измельчение масличных семян для получения масла и муки из семян масличных культур; (б) обработку муки из семян масличных культур экстракцией растворителем с целью удаления из нее остаточного масла; (в) удаление растворителя из подвергнутой экстракции муки из семян масличных культур путем нагревания муки до температуры примерно 100°С или ниже с получением обжаренной муки из семян масличных культур; (г) экстракцию обжаренной муки из семян масличных культур с целью вызвать солюбилизацию белка в указанной обжаренной муке из семян масличных культур и получить водный белковый раствор с рН примерно от 5 до 6,8; (д) отделение водного белкового раствора от остаточной муки из семян масличных культур; (е) повышение концентрации белка в указанном водном белковом растворе при поддержании ионной силы раствора, по существу, постоянной с применением селективной мембранной технологии для получения концентрированного белкового раствора; (ж) разбавление указанного концентрированного белкового раствора охлажденной водой с температурой ниже примерно 15°С с целью вызвать образование дискретных частиц белка в водной фазе, по меньшей мере, частично в виде мицелл; (з) осаждение белковых мицелл отстаиванием с образованием аморфной, клейкой, студенистой, похожей на клейковину белковой мицеллярной массы; (и) извлечение белковой мицеллярной массы из надосадочной жидкости, при этом белковая мицеллярная масса имеет содержание белка при определении его по азоту по Кьельдалю × 6,25, по меньшей мере, примерно 90 мас.% в сухом веществе. Стадии способа (г)-(и) могут осуществляться в периодическом, полунепрерывном или непрерывном режиме, как описано в вышеупомянутых заявках на патенты.

Согласно одному из воплощений настоящего способа надосадочную жидкость со стадии осаждения концентрируют, а полученную концентрированную надосадочную жидкость подвергают сушке. Согласно другому воплощению настоящего способа надосадочную жидкость со стадии осаждения концентрируют, полученную концентрированную надосадочную жидкость перед сушкой смешивают с белковой мицеллярной массой и готовую смесь подвергают сушке.

Альтернативный описанному выше способ предусматривает начальную обработку муки из семян масличных культур экстракцией водой и последующее добавление соли к раствору белкового экстракта перед стадией концентрирования.

Ключевым моментом для способа согласно настоящему изобретению и возможности повышения выхода изолята белка масличных семян из муки из масличных семян по сравнению с ранее достигаемым выходом является обеспечение проведения стадии обжаривания при температуре примерно 100°С или ниже, предпочтительно - при температуре примерно от 70°С до 80°С. Из приведенных в настоящем описании результатов можно видеть, что количество экстрагируемого из муки белка намного больше при проведении обжаривания примерно при 100°С или ниже по сравнению с обжариванием при повышенных температурах.

В дополнение к этому при осуществлении способа согласно изобретению применительно к семенам канолы цвет готового изолята белка канолы значительно улучшается (более светлая окраска, менее интенсивный желтый оттенок) по сравнению со способом удаления растворителя из муки при традиционных температурах обжаривания.

Путем концентрирования белкового раствора до содержания белка, по меньшей мере, примерно 200 г/л согласно способу, описанному в вышеупомянутых рассматриваемых заявках на патенты США, достигается более значительное повышение выхода белка, экстрагированного из муки из семян масличных культур, чем при пониженных концентрациях белка. Дополнительной стадией, способствующей повышению выхода белкового изолята из белка, экстрагированного из муки из семян масличных культур, является стадия извлечения дополнительного количества белка из надосадочной жидкости со стадий образования БММ и осаждения отстаиванием, как описано в вышеупомянутых заявках на патенты США №60/326987, 60/331066, 60/333494, 60/372165, 60/374801 и 10/137391.

Белковый изолят, полученный способом согласно настоящему изобретению, можно использовать для тех же целей, что и обычные белковые изоляты, например, для обогащения белком продуктов технологической обработки, для эмульгирования масел, в качестве текстурообразователя в хлебобулочных изделиях и пенообразователя во взбитых продуктах. В дополнение к этому белковый изолят можно формовать в виде белковых волокон для использования в производстве аналогов мяса; его можно использовать в качестве заменителя яичного белка или наполнителя в пищевых продуктах, в которых яичный белок используется как связующий агент. Белковый изолят канолы может использоваться также как питательная добавка. К другим сферам его применения относятся производство кормов для домашних животных и сельскохозяйственного скота, производство косметических изделий и предметов личной гигиены, применение для промышленной переработки.

Осуществление изобретения

Способ согласно изобретению начинается с семян масличных культур, в частности семян канолы, хотя указанный способ может быть применен к муке из семян других масличных культур, например сои, традиционного рапса, традиционного льняного семени, подсолнечника и горчицы. Изобретение более конкретно описано здесь в отношении муки из семян канолы.

Семена масличных культур измельчают с целью извлечения из них масла. После отделения масла остаточную муку обрабатывают экстракцией растворителем, обычно гексаном, для удаления остаточного количества масла из муки. После удаления основной массы растворителя остаточное количество растворителя из муки из семян канолы, подвергнутой экстракции растворителем, удаляют путем тепловой обработки муки, обеспечивающей испарение растворителя. Согласно настоящему изобретению удаление растворителя достигается путем тепловой обработки остаточной муки из семян масличных культур при температуре примерно 100°С или ниже, предпочтительно - при температуре примерно от 70°С до 80°С, которая обеспечивает извлечение значительно большего количества белка, содержащегося в муке из семян масличных культур, в процессе ее последующей обработки, как указано в настоящем описании.

Обработанная таким образом мука из семян масличных культур может подвергаться последующей обработке, как описано в патентах "Murray I" или "Murray II", с целью извлечения изолята белка из нее, подробности которой приводятся в описании настоящего изобретения. Предпочтительно использовать способ, описанный в вышеупомянутых совместно рассматриваемых заявках на патенты США №60/288415, 60/326987, 60/331066, 60/333494, 60/372165, 60/374801 и 10/137391, поскольку при этом достигается повышенный выход сухого белкового изолята, выраженный как относительное количество белка, экстрагированного из муки из семян масличных культур, которое извлекают в виде белкового изолята, и получается белковый изолят с высоким содержанием белка - обычно, по меньшей мере. примерно 100 мас.% в сухом веществе при определении по Кьельдалю как процент азота (N), умноженный на коэффициент пересчета на белок 6,25. Альтернативно можно использовать непрерывный способ, описанный в вышеупомянутых заявках на патенты США №60/331646 и 60/383809. Подробности этих предпочтительных способов применительно к изоляту белка канолы описаны ниже.

Само собой понятно, что обработку масличных семян с целью извлечения масла из них можно проводить в иных производственных условиях нежели те, в которых белковые изоляты извлекают из муки из семян масличных культур. Альтернативно эти операции можно объединить в единых производственных условиях.

Начальная стадия предпочтительного способа извлечения белка из муки из семян масличных культур, в частности из муки из семян канолы, включает солюбилизацию белкового материала из муки из семян масличных культур. Белковый материал, экстрагируемый из муки из семян канолы, может представлять собой нативный белок семян канолы или других масличных культур, либо белковый материал может представлять собой генетически модифицированный белок, но обладающий характерными гидрофобными и полярными свойствами нативного белка. Мука из семян канолы известна также как рапсовая мука или мука из семян масличного рапса.

Солюбилизация белка наиболее эффективно осуществляется с использованием раствора соли, поскольку присутствие соли усиливает извлечение растворимого белка из муки из семян масличных культур. Если изолят белка канолы предназначается не для пищевых целей, то можно использовать химические реагенты не пищевого качества. В качестве пищевой соли обычно используется хлорид натрия, хотя можно использовать и другие соли, например хлорид калия. Раствор соли имеет ионную силу, по меньшей мере, примерно 0,10, предпочтительно по меньшей мере, примерно 0,15 для обеспечения солюбилизации значительного количества белка. По мере увеличения ионной силы раствора соли степень солюбилизации белка муки из семян масличных культур первоначально увеличивается до тех пор, пока не достигнет максимального значения. Любое последующее увеличение ионной силы не увеличивает общее количество солюбилизированного белка. Ионная сила раствора соли, которая обеспечивает максимальную степень солюбилизации белка, колеблется в зависимости от выбранного типа соли и муки из семян масличных культур.

С учетом более высокой степени разбавления, требуемой для осаждения белка с увеличением ионной силы, обычно предпочитается, чтобы ионная сила не превышала примерно 0,8, более предпочтительно, чтобы она составляла примерно от 0,15 до 0,6.

При периодическом способе солюбилизация белка в присутствии соли осуществляется при температуре, по меньшей мере, примерно 5°С, предпочтительно - примерно до 35°С и сопровождается в предпочтительном варианте перемешиванием с целью сокращения времени солюбилизации, которое обычно составляет примерно от 10 до 60 минут. Предпочтительно, чтобы солюбилизация проводилась при таких условиях, которые способствуют экстрагированию максимально возможного на практике количества белка из муки из семян масличных культур, с тем чтобы обеспечить более высокий общий выход продукта.

В качестве нижнего температурного предела выбирается температура примерно 5°С, так как при температуре ниже указанной слюбилизация идет настолько медленно, что проводить ее с практической точки зрения нецелесообразно, в то время как в качестве верхнего температурного предела выбирается температура примерно 35°С, поскольку при более высоких температурах осуществление процесса растворения в периодическом режиме становится неэкономичным.

При непрерывном способе экстракция белка из муки из семян канолы осуществляется любым методом, обеспечивающим непрерывную экстракцию белка из муки из семян канолы. Согласно одному из воплощений мука из семян канолы непрерывно смешивается с раствором соли, и полученная смесь транспортируется по трубе или трубопроводу, длина которого и скорость потока смеси в котором достаточны для достижения требуемой степени экстракции в соответствии с указанными в настоящем описании параметрами. При указанном непрерывном способе стадия солюбилизации в присутствии соли осуществляется быстро, в течение примерно до 10 минут приблизительно, с тем, чтобы осуществить солюбилизацию для экстрагирования максимально достижимого на практике количества белка из муки из семян канолы. Растворение при непрерывном способе предпочтительно проводится при повышенных температурах, предпочтительно при температурах примерно выше 35°С, в большинстве случаев - примерно до 65°С.

Водный раствор соли и мука из семян канолы имеют естественный рН примерно от 5 до 6,8, что делает возможным образование белкового изолята мицеллярным путем, что более подробно описано ниже. Оптимальная величина рН для достижения максимального выхода белкового изолята колеблется в зависимости от вида семян масличных культур.

При предельных или близких к предельным значениях указанного диапазона рН образование белкового изолята мицеллярным путем происходит только частично, и выход белкового изолята более низкий, чем при других значениях рН вышеуказанного диапазона. Поэтому наиболее предпочтительными являются значения рН примерно от 5,3 до 6,2.

Величину рН раствора соли можно устанавливать на требуемом уровне в диапазоне рН примерно от 5 до 6,8 на стадии экстракции с помощью любой пригодной для этой цели кислоты, обычно соляной, или щелочи, обычно гидроксида натрия, в зависимости от необходимости. Если изолят белка канолы не предназначается для пищевых целей, то можно использовать химические реагенты непищевой квалификации.

Концентрация муки из семян масличных культур в растворе соли на стадии растворения может варьировать в широких пределах, обычно примерно от 5% до 15 мас.%/об.

Стадия экстракции белка водным раствором соли оказывает дополнительный эффект, а именно: она способствует солюбилизации жиров, которые могут присутствовать в муке из семян канолы, что приводит к переходу их в водную фазу.

Белковый раствор, полученный на стадии экстракции, обычно имеет концентрацию белка примерно от 5 до 40 г/л, предпочтительно - примерно от 10 до 30 г/л.

Водная фаза со стадии экстракции может затем отделяться от остаточной муки из семян канолы любым пригодным для этой цели способом, например вакуум-фильтрацией с последующим центрифугированием и/или фильтрацией для удаления остаточной муки. Отделенная остаточная мука может быть высушена перед дальнейшим использованием.

Цвет готового изолята белка канолы можно улучшить, т.е. сделать его более светлым с менее интенсивным желтым оттенком, за счет смешивания активированного угля в порошке или другого адсорбента пигментов с отделенным водным белковым раствором с последующим удалением адсорбента, обычно путем фильтрации, с получением белкового раствора. Удаление пигментов можно проводить также диафильтрацией отделенного водного белкового раствора перед или после стадии концентрирования, как описано ниже.

Указанную стадию удаления пигментов можно проводить в любых удобных для этой цели условиях, обычно при комнатной температуре отделенного водного белкового раствора с использованием любого пригодного адсорбента пигментов. Активированный уголь в порошке обычно добавляется в количестве примерно от 0,025% до 5 мас.%/об., предпочтительно - примерно от 0,05% до 2 мас.%/об.

Если мука из семян канолы содержит повышенное количество жира, как описано в патентах США №5844086 или 6005076, правопреемником по которым является правообладатель по настоящей заявке и которые включены в описание путем отсылки, то стадии обезжиривания, описанные в них, могут осуществляться непосредственно на отделенном водном белковом растворе и на концентрированном водном белковом растворе, как описано ниже. Если проводится стадия улучшения цвета, то она может проводиться после первой стадии обезжиривания.

Альтернативой обработке муки из семян масличных культур экстракцией водным раствором соли может служить экстракция ее только водой, хотя использование одной воды приводит к извлечению меньшего количества белка из муки из семян масличных культур, чем при использовании водного раствора соли. Если используется указанный альтернативный способ, то соль в концентрациях, указанных выше, может добавляться к белковому раствору после его отделения от остаточной муки из семян масличных культур с целью удерживания белка в растворе на стадии концентрирования, описанной ниже. Если проводится стадия удаления пигментов и/или первая стадия обезжиривания, то соль обычно добавляется после завершения указанных операций.

Другим альтернативным способом является обработка муки из семян масличных культур экстракцией раствором соли при относительно высоком значении рН, например выше 6,8, обычно при рН примерно до 9,9. Величина рН раствора соли может быть установлена на уровне требуемого рН в щелочной области с помощью любой пригодной для данной цели щелочи, например водного раствора гидроксида натрия. Альтернативно мука из семян масличных культур может подвергаться экстракции раствором соли при относительно низком рН - примерно ниже 5, обычно вплоть до примерно рН 3. Величина рН раствора соли может быть установлена на уровне требуемого рН в кислой области с помощью любой пригодной для данной цели кислоты, например соляной. При использовании указанного альтернативного способа водная фаза со стадии экстракции муки из семян масличных культур отделяется затем от остаточной муки из семян канолы любым удобным способом, например вакуум-фильтрацией с последующим центрифугированием и/или фильтрацией для удаления остаточной муки. Отделенная остаточная мука может быть высушена для последующего использования.

Величина рН водного белкового раствора, полученного на стадии экстракции при высоком рН или низком рН, может быть установлена в диапазоне рН примерно от 5 до 6,8, предпочтительно - примерно от рН 5,3 до 6,2, как указывалось выше, перед его последующей обработкой, что обсуждается ниже. Для указанного регулирования рН можно использовать любую пригодную для данной цели кислоту, например соляную, или щелочь, например гидроксид натрия, в зависимости от необходимости.

Затем водный белковый раствор концентрируют с целью повышения в нем концентрации белка при поддержании ионной силы раствора, по существу, постоянной. Стадия концентрирования может осуществляться таким образом, чтобы концентрация белка в концентрированном белковом растворе составила, по меньшей мере, примерно 50 г/л. Для достижения повышенного выхода белкового изолята, как описано в вышеупомянутых заявках на патенты США №60/288415, 60/326987, 60/331066, 60/333494, 60/374801 и 10/137391, стадию концентрирования предпочтительно проводить таким образом, чтобы концентрация белка в концентрированном белковом растворе составила, по меньшей мере, примерно 200 г/л, более предпочтительно - по меньшей мере, примерно 250 г/л.

Стадия концентрирования может проводиться любым пригодным для указанной цели способом в периодическом или непрерывном режиме, например, с применением любой пригодной для данной цели селективной мембранной технологии, такой как ультрафильтрация или диафильтрация с использованием мембран, например, из полых волокон или свернутых в виде спиралей, с подходящим пределом пропускания по молекулярной массе, например примерно от 3000 до 50000 дальтон, в зависимости от вида материала, из которого изготовлены мембраны, и их конфигурации, а при использовании непрерывного способа - с таким размером, который обеспечивает требуемую степень концентрирования в ходе прохождения водного белкового раствора через мембраны.

Стадия концентрирования может проводиться при любой удобной температуре, в большинстве случаев примерно от 20°С до 60°С, и в течение периода времени, достаточного для достижения требуемой степени концентрирования. Температура и другие параметры процесса в некоторой степени зависят от используемого мембранного оборудования и требуемой концентрации белка в растворе.

Концентрирование белкового раствора до концентрации белка более 200 г/л на этой стадии, в соответствии с предпочтительным воплощением, не только повышает выход продукта до уровня, превышающего 40 мас.%, выраженного в виде относительного количества экстрагированного белка, которое извлекают в виде сухого белкового изолята, предпочтительно - до более 80 мас.%, но и снижает концентрацию соли в готовом белковом изоляте после сушки. Возможность контроля концентрации соли в изоляте имеет важное значение при использовании изолята, в котором колебания концентрации соли влияют на функциональные и органолептические свойства в конкретных применениях для пищевых целей.

Хорошо известно, что ультрафильтрация и аналогичные мембранные технологии позволяют соединениям с низкой молекулярной массой проходить через мембраны и в то же время препятствуют соединениям с высокой молекулярной массой делать это. К низкомолекулярным видам относятся не только различные виды ионов соли, но и низкомолекулярные компоненты, экстрагируемые из различного сырья, такие как углеводы, пигменты и антипитательные факторы, а также низкомолекулярные формы белка. Предел пропускания мембран по молекулярной массе обычно выбирают для обеспечения удерживания значительной доли белка в растворе и свободного пропускания загрязняющих веществ с учетом материалов, из которых изготовлены мембраны, и конфигурации.

Когда проводится концентрирование с целью получения концентрированного водного белкового раствора с концентрацией белка, по меньшей мере, примерно 200 г/л, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 250 г/л, которая зависит от температуры, применяемой на стадии концентрирования, то концентрированный белковый раствор может быть нагрет до температуры, по меньшей мере, примерно от 20°С до 60°С, предпочтительно - примерно от 25°С до 35°С для снижения вязкости концентрированного белкового раствора, что облегчает проведение последующей стадии разбавления и образования мицелл. Концентрированный белковый раствор не должен нагреваться до температуры, выше которой температура концентрированного белкового раствора не будет позволять мицеллам образовываться на стадии разбавления охлажденной водой.

Концентрированный белковый раствор может быть подвергнут при необходимости дополнительной операции обезжиривания, как описано в патентах США №5844086 и 6005076.

Концентрированный белковый раствор, полученный на стадии концентрированна и, при необходимости, стадии обезжиривания, разбавляется затем с целью вызвать образование мицелл путем смешивания концентрированного белкового раствора с охлажденной водой, взятой в объеме, достаточном для достижения требуемой степени разбавления. Степень разбавления концентрированного белкового раствора может колебаться в зависимости от относительного количества белка канолы, которое желательно получить мицеллярным путем, и относительного количества, получаемого из надосадочной жидкости. Вообще, чем выше уровень разбавления, тем большее относительное количество белка канолы остается в водной фазе.

При необходимости получения максимально возможного количества белка мицеллярным путем концентрированный белковый раствор разбавляют примерно в 15 раз или менее, предпочтительно - примерно в 10 раз или менее.

Охлажденная вода, с которой смешивают концентрированный белковый раствор, имеет температуру примерно ниже 15°С, в основном примерно от 3°С до 15°С, предпочтительно - примерно ниже 10°С, поскольку именно при такой более низкой температуре при указанных степенях разбавления достигается повышенный выход белкового изолята в виде белковой мицеллярной массы.

При периодическом способе партия концентрированного белкового раствора добавляется в статическую массу охлажденной воды, имеющей требуемый объем, как указано выше. Разбавление концентрированного белкового раствора и, как следствие, уменьшение его ионной силы вызывает образование похожей на муть массы из прочно ассоциированных молекул белка в виде дискретных белковых капель в мицеллярной форме. При периодическом способе белковые мицеллы осаждаются отстаиванием в толще охлажденной воды с образованием агрегатированной, коалесцирующей, плотной, аморфной, клейкой, похожей на клейковину белковой мицеллярной массы (БММ). Осаждение отстаиванием можно ускорить, например, центрифугированием. При таком индуцированном осаждении снижается содержание жидкости в белковой мицеллярной массе, тем самым снижается ее влагосодержание в большинстве случаев примерно от 70-95 мас.%, обычно до примерно 50-80 мас.% от общей мицеллярной массы. Снижение влагосодержания мицеллярной массы влечет за собой уменьшение содержания соли в мицеллярной массе и, следовательно, содержания соли в сухом изоляте.

В альтернативном варианте операция разбавления может осуществляться в непрерывном режиме путем непрерывной подачи концентрированного белкового раствора в одно из входных отверстий Т-образного трубопровда, в то время как вода для разбавления подается в другое входное отверстие Т-образного трубопровода, благодаря чему обеспечивается смешивание в трубопроводе. Вода для разбавления подается в Т-образный трубопровод со скоростью, достаточной для достижения требуемой степени разбавления.

Смешивание концентрированного белкового раствора с водой для разбавления в трубопроводе инициирует образование белковых мицелл; полученная смесь непрерывно отводится через выходное отверстие Т-образного трубопровода в резервуар-отстойник, из которого после его полного заполнения надосадочной жидкости позволяют сливаться. В предпочтительном варианте смесь подается в толщу жидкости в резервуаре-отстойнике таким образом, чтобы свести к минимуму турбулентность внутри толщи жидкости.

При непрерывном способе белковые мицеллы осаждают отстаиванием в резервуаре-отстойнике с образованием агрегатированной, коалесцирующей, плотной, аморфной, клейкой, похожей на клейковину белковой мицеллярной массы (БММ), а саму процедуру продолжают до тех пор, пока на дне резервуара-отстойника не накопится требуемое количество БММ, после чего БММ выгружают из резервуара-отстойника.

Комбинация параметров процесса, таких как концентрирование белкового раствора до содержания белка, по меньшей мере, примерно 200 г/л и использование фактора разбавления менее 15, обеспечивает увеличение, зачастую очень значительное, выхода белка с точки зрения извлечения белка в виде белковой мицеллярной массы из исходного экстракта муки и получение изолятов с более высокой степенью чистоты с точки зрения содержания белка, чем при использовании способов получения белкового изолята из уровня техники, описанных в вышеупомянутых патентах США.

Осажденный изолят отделяют от остаточной водной фазы или надосадочной жидкости, например, декантацией остаточной водной фазы с осевшей массы или центрифугированием. БММ может использоваться во влажном состоянии или может быть высушена до сухого состояния любым пригодным для этих целей способом сушки, например распылительной сушкой, сублимационной сушкой или вальцевой вакуум-сушкой. Сухая БММ имеет содержание белка выше приблизительно 90 мас.% в сухом веществе, предпочтительно - по меньшей мере, примерно 100 мас.% (при расчете по Кьельдалю N×6,25), причем, по существу, в неденатурированном виде (определяется методом дифференциальной сканирующей калориметрии). Сухая БММ, полученная из жиросодержащей муки из семян масличных культур, также имеет низкое остаточное содержание жира, которое может составлять приблизительно менее 1 мас.%, когда используют способы, описанные в патентах США №5844086 и 6005076.

Надосадочная жидкость со стадии образования и осаждения БММ содержит значительное количество белка канолы, не осевшего на стадии разбавления, и может быть подвергнута обработке с целью извлечения из нее изолята белка канолы. Надосадочную жидкость со стадии разбавления после отделения БММ концентрируют для повышения концентрации белка в ней. Указанный процесс концентрирования осуществляют с использованием любой пригодной для данной цели селективной мембранной технологии, например ультрафильтрации, с применением мембран с соответствующим пределом пропускания по молекулярной массе, позволяющим низкомолекулярным веществам, включая соль и другие небелковые низкомолекулярные компоненты, экстрагированные из белкового сырья, проходить через мембраны, удерживая при этом белок канолы в растворе. Для этих целей можно использовать ультрафильтрационные мембраны с пределом пропускания по молекулярной массе примерно от 3000 до 10000 дальтон в зависимости от вида материала, из которого изготовлены мембраны, и их конфигурации. Концентрирование надосадочной жидкости с помощью указанного метода позволяет также сократить объем жидкости, который необходимо удалить в процессе последующей сушки с целью извлечения белка. В большинстве случаев надосадочную жидкость концентрируют до концентрации белка в нем примерно от 100 до 400 г/л, предпочтительно - примерно от 200 до 300 г/л перед сушкой. Указанная операция концентрирования может осуществляться в периодическом или непрерывном режиме, как описано выше касательно стадии концентрирования белкового раствора.

Сушка концентрированной надосадочной жидкости до сухого состояния может осуществляться любым пригодным для данной цели способом, например распылительной сушкой, сублимационной сушкой или вальцевой вакуум-сушкой, для получения другого сухого белкового изолята канолы. Такой другой белковый изолят имеет высокое содержание белка - более примерно 90 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 мас.% (при расчете по Кьельдалю N×6,25) и, по существу, является неденатурированным (определяется методом дифференциальной сканирующей калориметрии).

В альтернативном варианте концентрированная надосадочная жидкость может смешиваться с влажной БММ, а полученная смесь высушиваться с получением другого изолята белка канолы с содержанием белка, по меньшей мере, примерно 90 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 100 мас.% (N×6,25), который, по существу, неденатурирован (определяется методом дифференциальной сканирующей калориметрии).

В другом альтернативном варианте только часть концентрированной надосадочной жидкости смешивают только с частью БММ и полученную смесь высушивают; оставшееся количество концентрированной надосадочной жидкости может также высушиваться, равно как и любая часть оставшегося количества БММ. Высушенная БММ и высушенная надосадочная жидкость также могут смешиваться в сухом виде в любом требуемом соотношении, что обсуждалось выше.

В качестве альтернативы разбавления концентрированного белкового раствора охлажденной водой и обработки образующихся осадка и надосадочной жидкости, как описано выше, белок может быть извлечен из концентрированного белкового раствора путем диализа концентрированного белкового раствора для снижения содержания соли в нем. Снижение содержания соли в концентрированном белковом растворе приводит к образованию белковых мицелл в диализных трубках. По окончании диализа проводят отстаивание белковых мицелл, их сбор и сушку, как обсуждалось выше. Надосадочную жидкость от стадии осаждения белковых мицелл можно подвергнуть обработке, как указано выше, с целью извлечения дополнительного белка из нее. Альтернативно можно подвергнуть сушке непосредственно содержимое диализных трубок. Последний альтернативный способ целесообразно применять в тех случаях, когда требуется получить небольшое количество белка в лабораторном масштабе.

Примеры

Пример 1

Настоящий пример иллюстрирует влияние температуры сушки муки из семян канолы, подвергнутой экстракции растворителем, на экстрагируемость белка.

6 кг семян канолы измельчали в дробилке с получением масла канолы, которое отделяли от остаточной муки. Затем остаточную муку обрабатывали методом экстракции растворителем с использованием гексана с целью удаления остаточного масла из муки. Полученные 3 кг муки из семян канолы сушили при различных температурах в течение 0,5 часа, а затем подвергали экстракции в условиях перемешивания с использованием 150 мл 0,15 М раствора хлорида натрия при концентрации муки 15 мас.%/об. и температуре 20°С в течение 30 минут. Для каждого образца определяли количество белка, экстрагированного из муки из семян канолы.

Полученные результаты приводятся в таблице I.

Таблица IТемпература °СБелок г/л027,96027,57029,88030,59024,210024,111023,512023,713020,514019,3

Как видно из приведенных данных, повышение температуры на стадии сушки отрицательно влияет на уровень извлечения белка из муки из семян масличных культур.

Пример 2

Настоящий пример иллюстрирует влияние температуры сушки муки из семян канолы промышленного производства.

Четыре вида белковой муки из семян канолы промышленного производства подвергали обработке методом экстракции 0,15 М раствором хлорида натрия при условиях, указанных в примере 1, и анализировали различные параметры. Полученные результаты приводятся в таблице II.

Таблица IIМукаАН013АН014АН015AL011Процент белка35,737,038,038,0Процент влаги9,89,69,19,5Экстракция:Мука (кг)1200120012001200Вода (кг)8000800080008000NaCl (кг)70,270,270.270,2Растворимый белок (кг)135,2162185,5215ПартияBW-AH03-H15-01АBW-AH014-Н28-01АBW-AH015-J09-01ABW-AL011-I21-01A

В вышеприведенной таблице II муку промышленного производства АН013, 014 и 015 сушили при температуре примерно от 120°С до 140°С, в то время как муку промышленного производства AL011 сушили примерно при 100°С. Можно видеть, что количество растворимого белка, экстрагированного из муки промышленного производства, подвергнутой низкотемпературной сушке (100°С), выше, чем количество растворимого белка, экстрагированного из муки промышленного производства, подвергнутой высокотемпературной сушке.

Пример 3

Настоящий пример иллюстрирует влияние температуры на экстрагируемость белка из муки, обжаренной при низкой температуре.

Образцы (массой 75 г) муки из семян канолы, обжаренной при низкой температуре (100°С), добавляли к образцам (500 мл) 0,15 М раствора NaCl при температуре окружающей среды или комнатной температуре (RT), 55°С, 60°С и 65°С, перемешивали в течение 30 минут, поддерживая температуру раствора, по существу, постоянной, для получения водных белковых растворов. Спустя 5, 10, 15, 20 и 30 минут отбирали образцы водного белкового раствора для анализа. Отработанную муку отделяли центрифугированием при 10000×g в течение 5 минут и высушивали сублимационной сушкой.

В каждом образце определяли концентрацию белка, результаты анализа приводятся в таблице III.

Таблица IIIКонцентрация белка в экстрактах (мас.%)Время экстракции (мин)RT^*55°С60°С65°С LT^**LTLTLT51,672,242,482,52102,172,442,472,39152,182,412,562,48202,272,492,552,52302,272,462,542,58^* RT - комнатная температура (20°С).^** LT - мука, обжаренная при низкой температуре.

Как видно из таблицы III, экстракция, выраженная как максимальная концентрация белка, по существу, достигала равновесия через 5 минут при повышенных температурах, в то время как при комнатной температуре потребовалось примерно 10 минут для достижения равновесия в процессе экстракции. По мере повышения температуры экстракции от комнатной до 60°С концентрация белка в экстрактах увеличивалась на более чем 10 мас.%. Однако дальнейшее повышение температуры до 60°С снижало экстрагируемость белка.

Расчет экстрагируемости белка проводили на основе данных о его концентрации, результаты расчета приводятся в таблице IV.

Таблица IVЭкстрагируемость белка при различных температурах^*Температура (°С)Мука, подвергнутая низкотемпературной обжаркеRT37,75541,96044,56542,9^* Определяется как процентное количество экстрагированного белка от общего количества белка в муке.

Как можно видеть из данных таблицы IV, экстрагируемость превышала 40% при большинстве изучаемых температур, что лучше, чем максимально достигаемые 30% в случае обжаренной муки из семян канолы промышленного производства.

Пример 4

Настоящий пример показывает влияние некоторых параметров на экстрагируемость белка.

В первой серии экспериментов образцы (50 г) муки из семян канолы, обжаренной при низкой температуре (100°С), добавляли к образцам (500 мл) 0,05 М или 0,10 М раствора NaCl при комнатной температуре (20°С) и перемешивали в течение 15 минут. Суспензию центрифугировали при 5000×g в течение 10 минут с целью отделения экстракта от отработанной муки.

Во второй серии экспериментов 500 мл воды без добавления соли сначала нагревали до 60°С на мешалке с подогревом, а затем добавляли 50 г муки из семян канолы, обжаренной при низкой температуре 100°С, и перемешивали в течение 15 минут при поддержании температуры постоянной. Экстракт отделяли от отработанной муки путем центрифугирования при 5000×g в течение 10 минут.

В ходе экспериментов определяли концентрацию белка в полученных водных белковых растворах, результаты приводятся в таблице V.

Таблица VКонцентрация белка в экстрактах (мас.%) 0.05 М раствор соли0,10 М раствор солиВода 60°СLT мука1,111,440,98

Экстрагируемость белка из муки определяли по данным о концентрации белка, приведенным в таблице V, результаты определения приводятся в таблице VI.

Таблица VIЭкстрагируемость белка (мас.%)^* 0,05 М раствор соли0,10 М раствор солиВода 60°СLT мука28,637,425,5^* Определяется как процентное количество экстрагированного белка от общего количества белка в муке.

Как видно из таблиц V и VI, по сравнению с результатами, полученными в примере 3, пониженная концентрация белка в муке давала пониженную концентрацию белка в экстракте. Однако эти результаты не обязательно свидетельствуют о пониженном выходе белка. Таблица VI показывает, что экстрагируемость белка из LT муки при концентрации раствора соли 0,10 М была сравнима с экстрагируемостью белка при концентрации муки 15 мас.% и концентрации раствора соли 0,15 М при комнатной температуре (см. выше, таблица IV). Без добавления соли экстрагируемость белка была значительно ниже при повышенной температуре, чем при использовании 0,05 и 0,10 М растворов соли при комнатной температуре.

Резюме изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает способ получения изолята белка из семян масличных культур, в частности изолята белка канолы, согласно которому повышенный выход белка из муки из семян масличных культур достигается за счет применения низких температур обжаривания муки из семян масличных культур. Возможны модификации способа в рамках объема притязаний настоящего изобретения.

Изобретение касается извлечения белковых изолятов. Способ извлечения изолята белка из семян канолы предусматривает удаления растворителя из муки из семян масличных культур при температуре примерно 100°С или ниже, предпочтительно - при температуре примерно от 70°С до 80°С, и водную экстракцию муки из семян канолы. Указанная стадия удаления растворителя повышает выход белкового изолята из семян масличных культур. 15 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Способ получения изолята белка канолы, предусматривающий

(а) измельчение масличных семян канолы с получением из них масла канолы и муки из масличных семян канолы,

(б) экстракцию растворителем муки из масличных семян с целью извлечения остаточного масла из нее,

(в) удаление растворителя из обработанной экстракцией муки из масличных семян путем нагревания муки при температуре 100°С или ниже, предпочтительно - от 70 до 80°С с получением обжаренной муки из масличных семян,

(г) экстракцию обжаренной муки из масличных семян с целью вызвать солюбилизацию белка в обжаренной муке из масличных семян и образования водного белкового раствора, имеющего рН от 5 до 6,8, предпочтительно - от 5,3 до 6,2,

(д) отделение водного белкового раствора от остаточной муки из масличных семян,

(е) повышение концентрации белка в водном белковом растворе при поддержании ионной силы раствора, по существу, на постоянном уровне путем применения селективной мембранной технологии для получения концентрированного белкового раствора,

(ж) разбавление концентрированного белкового раствора охлажденной водой, имеющей температуру ниже 15°С, предпочтительно - ниже 10°С с целью вызвать образование дискретных белковых частиц в водной фазе, по меньшей мере, частично, в виде мицелл,

(з) осаждение белковых мицелл отстаиванием с образованием аморфной, клейкой, студенистой, похожей на клейковину белковой мицеллярной массы и

(и) отделение белковой мицеллярной массы от надосадочной жидкости, при этом белковая мицеллярная масса имеет содержание белка, по меньшей мере, 90 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 100 мас.%, при определении его по азоту по Кьельдалю × 6,25, в сухом веществе.

(i) непрерывного смешивания муки из масличных семян канолы с водным раствором соли, имеющим ионную силу, по меньшей мере, 0,10, предпочтительно от 0,15 до 0,6, и рН от 5 до 6,8, предпочтительно от 5,3 до 6,2, при температуре от 5 до 65°С, предпочтительно при температуре, по меньшей мере, 35°С, и

(ii) непрерывного пропускания смеси через трубопровод в процессе экстракции белка из муки из масличных семян канолы с получением водного белкового раствора, имеющего содержание белка от 5 до 40 г/л, предпочтительно от 10 до 30 г/л, в течение периода времени до 10 мин.