專利名稱：改進(jìn)的油籽蛋白的回收的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及從油籽蛋白中回收蛋白分離物。
背景技術(shù)：
美國專利號5,844,086和6,005,076(Murray II)描述了一種從含有很高油脂含量的油籽粗粉包括具有該含量的菜籽油油籽粗粉中分離蛋白分離物的方法，該專利被轉(zhuǎn)讓給本受讓人，且其公開的內(nèi)容被結(jié)合到此處作為參考。該方法涉及的步驟包括溶解油籽粗粉中的蛋白物質(zhì)，其中也溶解了該粗粉中的油籽，然后將所得的蛋白水溶液脫脂?？梢詫⒌鞍姿芤涸诿撝襟E之前或之后與油籽粗粉殘留物進(jìn)行分離。然后濃縮脫脂的蛋白溶液以提高蛋白的濃度，且維持離子強(qiáng)度基本恒定，此后可以將濃縮的蛋白溶液進(jìn)一步進(jìn)行脫脂步驟。然后將濃縮的蛋白溶液稀釋，以形成作為微膠粒形式的離散蛋白液滴的高度聚集的蛋白分子云狀團(tuán)。使蛋白微膠粒沉降形成聚集的、聯(lián)結(jié)的、密集的、無定形的、粘性的、面筋樣的蛋白分離物團(tuán)，稱為“蛋白微膠粒團(tuán)”或PMM，將其由殘留的水相中分離出來并干燥。
蛋白分離物含有至少約90wt％的蛋白含量(由Kjeldahl Nx6.25測定)，其基本沒有變性(由差示掃描量熱法測定)，以及少量殘留的油脂含量。此處所用的術(shù)語“蛋白含量”是指基于干重量的蛋白分離物中所含蛋白的量。在該方法中所得的蛋白分離物的產(chǎn)率，用從油籽粗粉中萃取的作為干燥蛋白分離物而回收的蛋白比例表示，一般低于40wt％，通常為約20wt％。
對上述專利中所描述的方法進(jìn)行研發(fā)，作為從各種蛋白源的材料包括油籽中制備蛋白分離物方法的修改和改進(jìn)，如美國專利4,208,323(Murray IB)所描述，該專利公開的內(nèi)容被結(jié)合于此作為參考。1980年即美國專利4,208,323頒發(fā)時(shí)所能獲得的油籽粗粉中沒有MurrayII專利頒發(fā)時(shí)的菜籽油油籽粗粉中所含的油脂雜質(zhì)水平高，結(jié)果，美國專利號4,208,323中的方法不能象Murray II的方法那樣從這種油籽粗粉中制得含有超過90wt％蛋白含量的蛋白物質(zhì)。在美國專利4,208,323中沒有記載任何以油菜籽(菜籽油)作為起始原料進(jìn)行的美國專利4,208,323本身是通過在稀釋形成PMM的步驟之前引入濃縮步驟而作為美國專利號4,169,090和4,285,862(Murray IA)(結(jié)合到此處作為參考)中所描述方法的改進(jìn)而設(shè)計(jì)的。后者的步驟用于使蛋白分離物的產(chǎn)率比Murray IA的方法提高約20％。
在2001年5月4日申請的申請?zhí)枮?0/288,415、2001年10月5日申請的申請?zhí)枮?0/326,987、2001年11月7日申請的申請?zhí)枮?0/331,066、2001年10月26日申請的申請?zhí)枮?0/333,494、2002年4月24日申請的申請?zhí)枮?0/374,801和2002年5月3日申請的申請?zhí)枮?0/137,391的未決美國專利申請(被轉(zhuǎn)讓給本受讓人，并結(jié)合于此作為參考)中，描述了對這些現(xiàn)有技術(shù)蛋白分離方法的進(jìn)一步改進(jìn)，將其用于油籽，用從油籽粗粉中萃取的作為蛋白分離物而回收的蛋白比例表示，獲得了更高的干燥的分離產(chǎn)物蛋白的產(chǎn)率，并得到高純度的蛋白分離物，當(dāng)以Kjeldahl方法測定氮(N)的百分?jǐn)?shù)并乘以轉(zhuǎn)換因子6.25(N×6.25)時(shí)，其至少約為100wt％。該方法特別用于制備菜籽油蛋白分離物。
在上述美國專利申請?zhí)?0/288,415、60/326,987、60/331,066、60/333,494、60/372,165、60/374,801和10/137,391中所描述的方法中，油籽粗粉用食品級鹽水溶液進(jìn)行萃取。所得蛋白萃取物溶液起初用色素吸附劑處理后，通過超濾膜濃縮體積，得到濃縮的蛋白溶液，然后用冷水稀釋，結(jié)果得到白色云狀蛋白微膠粒，將其進(jìn)行分離。除去上清液，然后干燥析出的粘性團(tuán)(PMM)。
在上述美國專利申請?zhí)?0/288,415、特別是在未決美國專利申請?zhí)?0/326,987、60/331,066、60/333,494、60/372,165、60/374,801和10/137,391中所描述的方法的一個(gè)實(shí)施方案中，對PMM沉降步驟中的上清液進(jìn)行處理以從濕PMM和上清液中回收含有干蛋白的蛋白分離物。這個(gè)方法可以如下實(shí)現(xiàn)首先用超濾膜濃縮上清液，通常濃縮至超過100g/L的濃度，將濃縮的上清液與濕PMM混合并干燥混合物。所得菜籽油蛋白分離物具有至少90wt％，優(yōu)選至少約為100wt％的高濃度，(N×6.25)。
在上述美國專利申請?zhí)?0/288,415、特別是在未決美國專利申請?zhí)?0/331,066、60/333,494、60/372,165、60/374,801和10/137,391中所描述的方法的另一個(gè)實(shí)施方案中，對PMM沉降步驟中的上清液進(jìn)行處理以從中回收蛋白分離物。該方法可以通過如下實(shí)現(xiàn)首先一般用超濾膜濃縮上清液，通常濃縮到至少約100g/L的蛋白濃度，并干燥濃縮的上清液。所得菜籽油蛋白分離物具有至少約90wt％，優(yōu)選至少約為100wt％的高濃度，(N×6.25)。
在2001年11月20日申請的申請?zhí)枮?0/331,646和2002年5月30日申請的申請?zhí)枮?0/383,809的未決美國專利(被轉(zhuǎn)讓給本受讓人，且其公開的內(nèi)容結(jié)合于此作為參考)中，描述了從油籽粗粉中制備油籽蛋白分離物的連續(xù)方法，其按照上述申請的步驟但是以連續(xù)的方式進(jìn)行。通過采用連續(xù)方法回收菜籽油蛋白分離物，與間歇法相比，獲得相同濃度的蛋白萃取物時(shí)，可以大大減少起始的蛋白萃取步驟的時(shí)間，且在萃取步驟中可以使用高出很多的溫度。而且，與間歇法相比，在連續(xù)的操作中，被微生物污染的機(jī)會(huì)也減少，從而獲得高質(zhì)量的產(chǎn)物，且該方法可以在更加小型的設(shè)備中進(jìn)行。
在生產(chǎn)油籽粗粉時(shí)，將油籽碾碎以除去大部分油，并用熱溶劑，通常用己烷萃取，以回收油剩余物。在用碾碎機(jī)進(jìn)行處理之前，為了回收溶劑以重復(fù)利用，油籽粗粉通常在稱作為“烘烤”的步驟中被加熱至約120℃至約140℃的高溫，以烤出殘留的溶劑。
經(jīng)碾碎機(jī)處理過的殘留油籽粗粉含有大量的蛋白，并常常被用作為動(dòng)物飼料。以前曾試圖按照上述Murray專利和上述未決專利申請中的方法，從菜籽油油籽粗粉殘留物中回收油籽蛋白分離物形式的油籽蛋白分離物。
發(fā)明概述現(xiàn)在驚奇地發(fā)現(xiàn)，按照Murray專利和上述未決專利申請中描述的方法回收時(shí)，作用于油籽粗粉以回收殘留溶劑的烘烤步驟的溫度影響能夠從油籽粗粉中萃取的蛋白量。按照本發(fā)明，烘烤步驟在約100℃或更低的溫度下進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種制備蛋白分離物的方法，包括(a)碾碎油籽由此制得油和油籽粗粉；(b)用溶劑萃取油籽粗粉以從中回收殘余的油；(c)于100℃或更低的溫度下加熱油籽粗粉以從中回收溶劑，得到烤干的油籽粗粉；(d)萃取烤干的油籽粗粉，使所述烤干的油籽粗粉中的蛋白溶解，以形成具有約5至約6.8的pH的蛋白水溶液；(e)將蛋白水溶液與殘留的油籽粗粉分離；(f)通過使用選擇性的膜技術(shù)增大所述蛋白溶液的蛋白濃度，同時(shí)保持離子強(qiáng)度基本恒定，以制得濃縮的蛋白溶液；(g)將所述濃縮的蛋白溶液加入到溫度低于約15℃的冷水中進(jìn)行稀釋，以在水相中形成至少部分為微膠粒形式的離散的蛋白顆粒；(h)沉降蛋白微膠粒形成無定形的、粘性的、凝膠狀的、面筋樣的蛋白微膠粒團(tuán)；(i)從上清液中回收蛋白微膠粒團(tuán)，以干重為基準(zhǔn)，通過Kjeldahl氮×6.25進(jìn)行測定，蛋白微膠粒團(tuán)具有至少約90％的蛋白含量。步驟(d)至(i)可以以間歇方式、上述專利申請中所描述的半連續(xù)或者連續(xù)的模式進(jìn)行。
在該方法的一個(gè)實(shí)施方案中，將沉降步驟中的上清液進(jìn)行濃縮，并將所得的濃縮上清液進(jìn)行干燥。在該方法的另一個(gè)實(shí)施方案中，將沉降步驟中的上清液進(jìn)行濃縮，將所得濃縮上清液在干燥前與蛋白微膠?；旌希⑺没旌衔锔稍?。
上述方法中的一個(gè)可替代方法為采用水進(jìn)行油籽粗粉的起始萃取，然后在濃縮步驟之前將鹽加入到蛋白萃取溶液中。
本發(fā)明方法的關(guān)鍵和與在這之前的方法相比能從油籽粗粉中獲得更高產(chǎn)率的油籽蛋白分離物的能力在于保證烘烤步驟在100℃或者更低的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選在約70℃至約80℃下進(jìn)行。從此處提供的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)烘烤在約100℃或者更低的溫度下進(jìn)行時(shí)，與在更高的溫度下進(jìn)行烘烤相比，從粗粉萃取的蛋白的量要大得多。
另外，當(dāng)該方法用于菜籽油油籽時(shí)，與在傳統(tǒng)溫度下去溶劑的粗粉相比，最終菜籽油蛋白分離物的顏色在淺色和更淡黃色方面有所改善。
按照上述未決的美國專利申請所描述的方法，通過濃縮蛋白溶液至蛋白含量為約200g/L，與在較低蛋白含量時(shí)相比，所得的從油籽粗粉中萃取的蛋白產(chǎn)率要高得多。如上述美國專利申請?zhí)?0/326,987、60/331,066、60/333,494、60/372,165、60/374,801和10/137,391中所述，提高從油籽粗粉中萃取的蛋白產(chǎn)率的另一個(gè)步驟是從PMM形成和沉降步驟的上清液中回收另一份量的蛋白。
根據(jù)本方法制得的蛋白分離物可以用于傳統(tǒng)蛋白分離物的應(yīng)用中，例如加工食品的營養(yǎng)強(qiáng)化、油的乳化、燒烤食品的成型物質(zhì)(bodyformers)和包藏有氣體的產(chǎn)品的發(fā)泡劑。另外，蛋白分離物可以形成蛋白纖維，用于肉類、可以用作為雞蛋白的替代品或者用作為以雞蛋白為粘結(jié)劑的產(chǎn)品的添加劑。菜籽油蛋白分離物可以用作為營養(yǎng)性補(bǔ)品。菜籽油蛋白分離物的其它用途為用于寵物食品、動(dòng)物飼料和工業(yè)和化妝品應(yīng)用中以及個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品。
發(fā)明的一般性描述本發(fā)明的方法著手于油籽，特別是菜籽油油籽，盡管該方法可以用于其它油籽，例如大豆、傳統(tǒng)油菜籽、傳統(tǒng)亞麻、linola、向日葵和芥菜油籽粗粉。本發(fā)明此處更具體地對菜籽油油籽粗粉進(jìn)行描述。
將油籽碾碎以從中收集油。將油分離后，殘留粗粉用溶劑萃取，通常用己烷，以從粗粉中收集剩余量的油。從粗粉中分離出大部分(bulk)溶劑后，通過加熱粗粉蒸發(fā)溶劑，回收用溶劑萃取過的菜籽油油籽粗粉中的剩余溶劑。根據(jù)本發(fā)明，通過在約100℃或者更低的溫度下加熱殘留油籽粗粉來進(jìn)行溶劑的回收，優(yōu)選在約70℃至80℃進(jìn)行，正如此處所述，這樣使得油籽粗粉中存在更多的蛋白，以便在隨后的油籽粗粉加工中被回收。
用這種方式加工的油籽粗粉可以如Murray I或者II專利中所述進(jìn)行加工，以從油籽粗粉中回收蛋白分離物，其細(xì)節(jié)在上述文獻(xiàn)中已有描述。優(yōu)選地，采用在上述未決的美國專利申請?zhí)?0/288,415、60/326,987、60/331,066、60/333,494、60/372,165、60/374,801和10/137,391中所述的方法，因?yàn)閷τ趶挠妥汛址鄯蛛x出的作為蛋白分離物回收的蛋白份額而言，這樣能夠得到更高產(chǎn)率的干燥蛋白分離物，并且獲得高蛋白含量的蛋白分離物，通過Kjeldahl方法測定，按照氮的百分?jǐn)?shù)(N)乘以因子6.25計(jì)，通常至少約為100wt％。
應(yīng)當(dāng)理解的是，加工油籽以從中回收油可以在不同于從油籽粗粉中回收蛋白分離物所用的設(shè)備中進(jìn)行。另外，這些操作可以合并在同一個(gè)設(shè)備中進(jìn)行。
在從油籽粗粉，特別是菜籽油油籽粗粉中回收蛋白的優(yōu)選方法中，起始的步驟包括從油籽粗粉中溶解出蛋白類物質(zhì)。從菜籽油油籽粗粉中回收的蛋白類物質(zhì)可能是天然地存在于菜籽油油籽或其它油籽中的蛋白，或者是通過遺傳操縱進(jìn)行修飾的蛋白，但是具有天然蛋白的疏水特征和極性性質(zhì)。菜籽油油籽粗粉也稱為油菜籽(rapeseed)粗粉或者油籽油菜(oil seed rape)粗粉。
蛋白溶解采用鹽溶液進(jìn)行最有效，因?yàn)辂}的存在能促進(jìn)可溶性蛋白從油籽粗粉中去除。當(dāng)菜籽油蛋白分離物用于非食品用途時(shí)，可以采用非食品級的化學(xué)試劑。所用的鹽為氯化鈉，雖然其它鹽例如氯化鉀也可以使用。鹽溶液具有至少約0.10，優(yōu)選至少約0.15的離子強(qiáng)度，以使顯著數(shù)量的蛋白被有效地溶解。當(dāng)鹽的離子強(qiáng)度增加時(shí)，油籽粗粉中蛋白的溶解程度開始增加，直到達(dá)到最大值。隨后離子強(qiáng)度的任何增加都不會(huì)增加溶解的蛋白總量。達(dá)到最大蛋白溶解量時(shí)的鹽溶液的離子強(qiáng)度隨著相關(guān)的鹽和所選擇的油籽粗粉而變化。
從增大稀釋程度需要增加離子強(qiáng)度以沉淀蛋白的角度看，通常優(yōu)選使用低于約0.8的離子強(qiáng)度值，更優(yōu)選約0.15至約0.6的值。
在間歇法方法中，蛋白的鹽溶解在至少約5℃，優(yōu)選至多約35℃的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選同時(shí)攪拌以縮短溶解時(shí)間，通常為約10至60分鐘。優(yōu)選進(jìn)行加溶作用以從油籽粗粉中萃取盡可能多的蛋白，以得較高的產(chǎn)物總產(chǎn)率。
選擇約為5℃的較低的溫度界限是因?yàn)榈陀谠摐囟葧r(shí)溶解很慢而不可行，而選擇約為35℃的較高的優(yōu)選溫度界限使得該方法變得不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樵陂g歇模式中在更高的溫度。
在連續(xù)的方法中，從菜籽油油籽粗粉中萃取蛋白可以采用任何適合從菜籽油油籽粗粉中進(jìn)行連續(xù)萃取蛋白的方式。在一個(gè)實(shí)施方案中，將菜籽油油籽粗粉連續(xù)地與鹽進(jìn)行混合，并將混合物通過具有一定長度的導(dǎo)管或管道并以較小的速度進(jìn)行傳送，以提供足夠的停留時(shí)間進(jìn)行根據(jù)此處所述參數(shù)所需程度的萃取。在該連續(xù)方法中，鹽溶解的步驟快速地進(jìn)行，時(shí)間最多達(dá)到約10分鐘，優(yōu)選進(jìn)行加溶溶解以實(shí)質(zhì)上從菜籽油油籽中萃取盡可能多的蛋白。在連續(xù)方法中的溶解優(yōu)選在高溫下進(jìn)行，優(yōu)選約35℃以上，通常至多達(dá)到約65℃。
鹽水溶液和菜籽油油籽具有約5至6.8的天然pH，以使蛋白分離物形成微膠粒形式，這一點(diǎn)在下文中將更詳細(xì)地進(jìn)行描述。最大限度地生產(chǎn)蛋白分離物所需的最佳pH值隨所選擇的油籽而變化。
在該pH范圍內(nèi)或接近該范圍時(shí)，蛋白分離物只有部分形成微膠粒的形式，且產(chǎn)率低于在其它pH范圍所能獲得的產(chǎn)率。
用于萃取步驟中時(shí)，鹽溶液的pH值可以根據(jù)需要用任何合適的酸，通常為鹽酸，或者堿，通常為氫氧化鈉調(diào)節(jié)到約5至6.8范圍內(nèi)任意所需的值。當(dāng)菜籽油蛋白分離物用于非食品用途時(shí)，可以使用非食品級的化學(xué)試劑。
在溶解步驟中，可以對鹽溶液中油籽粗粉的濃度進(jìn)行較大幅度的改變。常規(guī)的濃度值為約5至約15％w/v。
用鹽水溶液進(jìn)行蛋白萃取的步驟具有溶解可能存在于菜籽油粗粉中的油脂的額外作用，從而導(dǎo)致油脂存在于水相中。
萃取步驟中所得的蛋白溶液一般具有約5至40g/L，優(yōu)選為約10至30g/L的蛋白濃度。
然后可將萃取步驟中所得的水相與殘留的菜籽油粗粉以任何合適的方式，例如采用真空過濾，進(jìn)行分離然后離心和/或過濾以除去殘留的粗粉?？梢詫⒎蛛x出的殘留粗粉進(jìn)行干燥備用。
通過將粉末活性碳或其它色素吸附劑與分離的蛋白水溶液混合，隨后經(jīng)過濾方便地將吸附劑除去，得蛋白溶液，可以使最終菜籽油蛋白分離物的顏色在淺色和不太深的黃色方面有所改善。
這種色素的去除步驟可以在任何適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行，通常在分離的蛋白水溶液的環(huán)境溫度下，采用任何適宜的色素吸附劑。對于粉末活性碳，采用約0.025％至約5％w/v，優(yōu)選約0.05％至約2％w/v的量。
當(dāng)菜籽油油籽粗粉含有大量的油脂時(shí)，如美國專利號5,844,086和6,005,076所述(轉(zhuǎn)讓給本受讓人，且其公開的內(nèi)容被結(jié)合到此處作為參考)，則可以對分離的蛋白水溶液和以下所討論的濃縮蛋白水溶液進(jìn)行上述專利中所描述的脫脂步驟。當(dāng)進(jìn)行改善顏色的步驟時(shí)，該步驟可以在首次脫脂步驟之后進(jìn)行。
作為用鹽水溶液萃取油籽粗粉的替代方法，這種萃取可以僅使用水進(jìn)行，只使用水從油籽粗粉中萃取的蛋白趨向于比鹽水溶液少。當(dāng)使用該替代方法時(shí)，則可以在蛋白溶液從殘留油籽粗粉分離出來后向其中加入上述濃度的鹽，以使蛋白在下述濃縮步驟過程中保持為溶液。當(dāng)進(jìn)行脫色步驟和/或首次脫脂步驟時(shí)，通常在這些操作完成以后再加入鹽。
另一個(gè)替代的方法是使用約為6.8以上，通常高達(dá)約9.9的相對較高pH的鹽溶液。可以使用任何適宜的堿如氫氧化鈉水溶液將鹽溶液的pH調(diào)節(jié)到所需的堿性值?？蛇x地，油籽粗粉也可以用約為低于pH 5，通常低至約pH 3相對較低pH的鹽溶液進(jìn)行萃取?？梢酝ㄟ^使用任何適宜的酸如鹽酸將鹽溶液的pH調(diào)節(jié)到所需的酸性值的pH。當(dāng)使用該替代方法時(shí)，則可以將油籽粗粉萃取步驟所得的水相通過任何合適的方式，例如通過真空過濾從殘留菜籽油油籽中分離出來，然后離心和/或過濾除去殘留的粗粉。可將分離出來的殘留粗粉進(jìn)行干燥備用。
如上所述，在如下所述的進(jìn)一步加工之前，將通過在高pH或低pH下的萃取步驟得到的蛋白水溶液的pH調(diào)節(jié)到5至6.8的范圍，優(yōu)選約5.3至約6.2。這種pH調(diào)節(jié)可以使用任何適宜的酸例如鹽酸，或者堿如氫氧化鈉適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行。
然后將蛋白水溶液進(jìn)行濃縮以提高其中的蛋白濃度，同時(shí)保持其離子強(qiáng)度基本恒定。進(jìn)行這種濃縮可以得到蛋白濃度至少為約50g/L的濃縮的蛋白溶液。如上述美國專利申請?zhí)?0/288,415、60/326,987、60/331,066、60/333,494、60/374,801和10/137,391中所述，為了提高蛋白分離物的產(chǎn)率，優(yōu)選進(jìn)行這種濃縮以得到蛋白濃度至少為約200g/L，更優(yōu)選至少為約250g/L的濃縮的蛋白溶液。
這種濃縮步驟可以通過任何適合間歇或者連續(xù)操作的方式進(jìn)行，例如通過使用合適的選擇性膜技術(shù)如超濾或透濾，采用具有合適的分子量截留值如約3000至約5000道爾頓的膜，例如中空纖維膜或螺旋纏繞膜，并考慮不同的膜材料和構(gòu)造，而且，對于連續(xù)操作，選取尺寸以容許所需濃度的蛋白水溶液穿過膜。
濃縮步驟可以在任何合適的溫度，通常為約20℃至約60℃的溫度下進(jìn)行，并持續(xù)一定的時(shí)間以濃縮至所需程度。所采用的溫度和其它條件在一定程度上取決于用于進(jìn)行濃縮的膜裝置和所需的蛋白溶液濃度。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，在該步驟中將蛋白溶液濃縮至約200g/L以上，不僅使該方法的產(chǎn)率，以作為干蛋白分離物回收的萃取蛋白的比率計(jì)算，提高到約40％以上，優(yōu)選約80％以上，而且降低了干燥后的最終蛋白分離物中鹽的濃度。在分離物的應(yīng)用中，當(dāng)鹽濃度的改變影響在特定食品應(yīng)用中的功能和感官性質(zhì)時(shí)，控制分離物的鹽濃度的能力是很重要的。
眾所周知，超濾和類似的選擇性膜技術(shù)允許低分子量物質(zhì)從中穿過，而阻止高分子量物質(zhì)穿過。低分子量物質(zhì)不僅包括離子性的鹽物質(zhì)，還包括從原料中萃取的低分子物質(zhì)例如碳水化合物、色素和抗?fàn)I養(yǎng)因子(anti-nutritional factors)以及任何低分子量形式的蛋白。通常針對不同的膜材料和構(gòu)造，來選擇膜的分子量截留值，以確保大部分蛋白保留在溶液中，而允許雜質(zhì)穿過。
當(dāng)進(jìn)行濃縮以得到含有至少約200g/L，優(yōu)選至少約250g/L蛋白含量的濃縮蛋白水溶液時(shí)，依據(jù)在濃縮步驟中所采用的溫度，可以將濃縮蛋白溶液升溫至至少約20℃，最高至約60℃的溫度，優(yōu)選約25℃至約35℃，以降低濃縮的蛋白溶液的粘度，以便于隨后的稀釋步驟和微膠粒形成的操作。不應(yīng)該將濃縮蛋白溶液加熱超過一定的溫度，在該溫度下濃縮蛋白溶液的溫度導(dǎo)致用冷水稀釋時(shí)不能形成微膠粒。
如美國專利號5,844,086和6,005,076至所述，如果需要，可以將濃縮蛋白溶液進(jìn)行進(jìn)一步的脫脂操作。
然后通過將濃縮的蛋白溶液與冷水進(jìn)行混合，對濃縮步驟和任選的脫脂步驟中所得的濃縮蛋白溶液進(jìn)行稀釋，冷水的體積為達(dá)到預(yù)期稀釋程度所需的體積。根據(jù)所需的通過微膠粒途徑獲得的菜籽油蛋白的比率和從上清液中獲得的比率的不同，濃縮蛋白溶液的稀釋程度可以不同。當(dāng)稀釋程度較大時(shí)，通常更大部分的菜籽油蛋白保留在水相中。
當(dāng)需要以微膠粒的途徑獲得最大比率的蛋白時(shí)，將濃縮蛋白溶液稀釋約15倍或者更低倍數(shù)，優(yōu)選約10倍或更低倍數(shù)。
與濃縮的蛋白溶液混合的冷水的溫度低于約15℃，通常為約3℃至15℃，優(yōu)選低于10℃，因?yàn)樵谒玫南♂尡稊?shù)下，在這些低溫下能夠得到更高產(chǎn)率的蛋白微膠粒團(tuán)形式蛋白分離物。
在間歇法操作中，如上所述，將該批濃縮的蛋白溶液加入到所需體積的靜態(tài)冷水中。稀釋濃縮的蛋白溶液從而致使離子強(qiáng)度降低，導(dǎo)致形成高度聯(lián)結(jié)的離散的蛋白液滴微膠粒形式的蛋白分子云狀團(tuán)。在間歇法方法中，使蛋白微膠粒在冷水中沉降以形成聚集、聯(lián)結(jié)的、密集的、無定形的、粘質(zhì)的、面筋樣的蛋白微膠粒團(tuán)(PPM)。沉降可以輔助于例如離心。如此進(jìn)行的沉降降低了蛋白微膠粒團(tuán)中的液體含量，從而使?jié)駳夂繌囊话阏伎偽⒛z粒團(tuán)的約50％重量至約95％重量降低到一般的約50％重量至約80％重量的值。通過這種方式降低了微膠粒團(tuán)中濕氣的含量，還能降低微膠粒團(tuán)中滯留的鹽的含量。
作為一種選擇，稀釋操作可以連續(xù)地進(jìn)行，其通過使?jié)饪s的蛋白溶液連續(xù)地通入T-形管道的一個(gè)入口，同時(shí)稀釋用水通向T-形管道的另一個(gè)入口，使之在管道中混合。稀釋用水以足以達(dá)到所需稀釋程度的速率進(jìn)入T-形管道。
在濃縮蛋白溶液與稀釋用水于管道中混合時(shí)，蛋白微膠粒開始形成，混合物被從T-形管道的出口連續(xù)地注入到沉降容器中，當(dāng)充滿以后，上清液從該容器中溢出。優(yōu)選以盡可能減少液體湍流的方式將混合物注入到沉降容器中的液體中。
在連續(xù)的方法中，使蛋白微膠粒在沉降容器中沉降，以形成聚集的、聯(lián)結(jié)的、密集的、無定形的、粘性的、面筋樣的蛋白微膠粒團(tuán)(PPM)并使該方法持續(xù)進(jìn)行，直到在沉降容器底部積積累到所需量的PMM，然后將積累的PMM從沉降容器中取出。
將蛋白溶液濃縮至蛋白含量至少為約200g/L，并使稀釋倍數(shù)低于約15，通過這種操作參數(shù)的組合，根據(jù)從原始粗粉提取物中回收的蛋白微膠粒團(tuán)形式的蛋白的量，得到了更高的產(chǎn)率，通常為高出很多的產(chǎn)率，并且，根據(jù)蛋白的含量，與使用上述美國專利所描述的任何已知現(xiàn)有技術(shù)的蛋白分離物制備方法相比，得到了更純的分離物。
通過例如從沉降團(tuán)中傾潷殘留水相或離心，將沉降的分離物從殘留水相或上清液中分離。PMM可以以濕潤的形式使用，也可以通過任何合適的技術(shù)，例如噴霧干燥、冷凍干燥或真空鼓式干燥，干燥成干燥的形式使用。干燥的PMM具有較高的蛋白含量，具有超過約90wt％的蛋白，優(yōu)選至少為約100wt％的蛋白，(以Kjeldahl N×6.25計(jì)算)，并且基本上沒有變性(通過差示掃描量熱法測定)。當(dāng)使用美國專利5,844,086和6,005,076的方法時(shí)，從油脂性油籽粗粉中分離的干燥PMM分離物中也含有少量殘留的油脂，其可能低于約1wt％。
PMM形成和沉降步驟中的上清液中含有大量的菜籽油蛋白，其在稀釋步驟中沒有沉淀下來，可以對其進(jìn)行加工以從中回收菜籽油蛋白分離物。將稀釋步驟中的上清液在除去PMM后進(jìn)行濃縮以提高其中的蛋白濃度。這種濃縮可以采用任何合適的選擇性膜技術(shù)，例如超濾進(jìn)行，采用具有合適截留值的膜，允許低分子量的物質(zhì)包括鹽和從蛋白源材料中提取的其它非蛋白類低分子量物質(zhì)通過該膜，而使菜籽油蛋白保留在溶液中?？紤]到所用膜材料和構(gòu)造的不同，可以使用具有約3000至10000道爾頓分子量截留值的超濾膜。通過這種方式濃縮還可以減少回收蛋白所需干燥的液體體積。在干燥前，通常將上清液濃縮至蛋白濃度為約100至約400g/L，優(yōu)選為約200至約300g/L。如上述蛋白溶液的濃縮步驟中所述，這種濃縮操作可以以間歇法或連續(xù)操作的方式進(jìn)行。
可以通過任何合適的技術(shù)將濃縮的上清液干燥成干燥的形式，例如通過噴霧干燥、冷凍干燥或者真空鼓式干燥，以得到另一份菜籽油蛋白分離物。該另一份菜籽油蛋白分離物具有較高的蛋白含量，具有超過約90wt％，優(yōu)選至少約100wt％的蛋白(以Kjeldahl N×6.25計(jì)算)，且基本上沒有變性(通過差示掃描熱量法測定)。
在其中僅僅部分濃縮上清液與僅僅部分PMM進(jìn)行混合并將所得混合物干燥的另一可選的方法中，可以對剩下的濃縮上清液進(jìn)行干燥，也可以對任何剩下的PMM進(jìn)行干燥。而且，如上所述，也可以以任何所需的比率對干燥的PMM和干燥的上清液進(jìn)行干燥狀態(tài)的混合。
作為上述用冷水稀釋的濃縮蛋白溶液和處理所得沉淀和上清液的替代方法，也可以通過透析濃縮蛋白溶液以減少其中鹽的含量，而從濃縮蛋白溶液中回收蛋白。濃縮蛋白溶液中鹽含量的減少導(dǎo)致在透析管中形成蛋白微膠粒。如上所述，透析后，使蛋白微膠粒發(fā)生沉降，收集并干燥。如上所述，對蛋白微膠粒沉降步驟后的上清液進(jìn)行處理，以從中回收另一份蛋白?？蛇x地，也可以將透析管中的物質(zhì)直接進(jìn)行干燥。當(dāng)需要實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的少量蛋白時(shí)，后一可選步驟是很有用的。
實(shí)施例實(shí)施例1該實(shí)施例顯示了干燥溶劑提取的菜籽油油籽粗粉所用的溫度對蛋白提取的影響。
將6kg菜籽油油籽進(jìn)行碾磨以生產(chǎn)菜籽油油脂，將其殘留粗粉分離。然后將殘留粗粉用己烷進(jìn)行溶劑提取以從粗粉中除去殘留的油脂。將所得的3kg菜籽油油籽粗粉在不同的溫度下干燥0.5小時(shí)，然后以15％w/v的濃度與150mL的0.15M的氯化鈉溶液一起在20℃下攪拌30分鐘進(jìn)行提取。對每個(gè)樣品，測定從菜籽油油籽粗粉中提取的蛋白量。
所得結(jié)果列于以下表I中表I
從這些數(shù)據(jù)中可以看出，升高干燥步驟的溫度對從油籽粗粉中回收的蛋白量產(chǎn)生負(fù)面影響。
實(shí)施例2該實(shí)施例顯示干燥溫度對市售菜籽油油籽粗粉的影響。
將4種市售菜籽油油籽蛋白粗粉以實(shí)施例1中所描述的條件用0.15M的氯化鈉溶液進(jìn)行提取，并對各參數(shù)進(jìn)行測定。所得結(jié)果列于以下表II中
表II
在以上表II中，市售粗粉AH013、014和015在約120℃至140℃下進(jìn)行干燥，而市售粗粉AL011在約100℃下進(jìn)行干燥?？梢钥闯?，從市售低溫(100℃)粗粉中提取的可溶性蛋白多于從市售高溫粗粉中提取的可溶性蛋白。
實(shí)施例3該實(shí)施例顯示溫度對從低溫烘烤粗粉中提取蛋白的能力的影響。
將75g低溫烘烤(100℃)的菜籽油油籽粗粉加入到環(huán)境或室溫(RT)、55℃、60℃和65℃的500ml 0.15M的NaCl溶液樣品中，并在維持溶液溫度基本恒定的條件下攪拌30分鐘，得到蛋白水溶液。在第5、10、15、20和30分鐘時(shí)取蛋白水溶液樣品進(jìn)行分析。將提取過的粗粉于10000×g離心5分鐘進(jìn)行分離并冷凍干燥。
測定每個(gè)樣品的樣品蛋白濃度，結(jié)果列于以下表III中
表III-提取物中的蛋白濃度(wt％)
*室溫(20℃)**低溫烘烤粗粉從表III可以看出，從最大蛋白濃度方面看，在高溫時(shí)5分鐘內(nèi)提取基本達(dá)到平衡，而室溫時(shí)需要約10分鐘才達(dá)到平衡。將提取溫度由室溫提高到60℃時(shí)，提取物中蛋白濃度提高了10wt％以上。然而在60℃基礎(chǔ)上進(jìn)一步升高溫度，提取能力降低。
基于蛋白濃度數(shù)據(jù)，對蛋白提取能力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果列于以下表IV中表IV-不同溫度下提取蛋白的能力*
*定義為提取的蛋白量占粗粉中蛋白總量的百分?jǐn)?shù)從表IV中顯示的數(shù)據(jù)可以看出，在大部分測試的溫度下，提取能力超過40％，相對于商業(yè)上的烘烤油籽粗粉所得的最大值30％有所提高。
實(shí)施例4該實(shí)施例顯示某些參數(shù)對提取蛋白的能力的影響。
在第一組實(shí)驗(yàn)中，將在100℃下低溫烘烤過的50g菜籽油油籽粗粉樣品在室溫(20℃)下加入到500ml 0.05M或0.10M的NaCl溶液樣品中，并攪拌15分鐘。將漿液于5000×g離心10分鐘，以將提取物與提取過的粗粉分離。
在第二組實(shí)驗(yàn)中，將500ml沒有加入鹽的水首先在加熱板攪拌器(hot plate stirrer)下加熱到60℃，然后加入50g于100℃下低溫烘烤過的菜籽油油籽粗粉并維持該溫度攪拌15分鐘。通過于5000×g離心10分鐘將提取物與處提取后的粗粉進(jìn)行分離。
對在這些實(shí)驗(yàn)中所得的各蛋白水溶液的蛋白濃度進(jìn)行測定，并列于以下表V中表V提取物中蛋白的濃度(wt％)
從粗粉中提取的蛋白能力由表V中的蛋白濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行確定，該數(shù)據(jù)列于表VI中表VI提取蛋白的能力(wt％)*
*定義為提取的蛋白量占粗粉中蛋白總量的百分?jǐn)?shù)。
從表V和表VI中可以看出，與實(shí)施例3中所得結(jié)果相比，較低的粗粉濃度影響導(dǎo)致提取物的蛋白濃度比實(shí)施例3中更低。這種結(jié)果并不一定表示較低的蛋白產(chǎn)率。表VI顯示，LT粗粉在0.10M的鹽濃度下可與室溫下15wt％粗粉0.15M的鹽濃度下(參見以上表IV)提取的蛋白能力相當(dāng)。對沒有加入鹽的情況，其在高溫下提取的蛋白能力與使用0.05和0.10M的鹽于室溫下相比要低得多。
發(fā)明總結(jié)總結(jié)本發(fā)明，本發(fā)明提供了一種油籽蛋白分離物，特別是菜籽油蛋白分離物的制備方法，其中通過在油籽粗粉烘烤過程中使用低溫，提高了從油籽粗粉中回收蛋白的量。在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行修飾也是可能的。
權(quán)利要求
1.一種制備蛋白分離物的方法，其中包括(a)碾碎油籽由此制得油和油籽粗粉，(b)用溶劑萃取所述的油籽粗粉以從中回收殘余油，(c)于100℃或更低的溫度下加熱所述的油籽粗粉以從中回收溶劑，得到烤干的油籽粗粉，(d)萃取烤干的油籽粗粉，使所述烤干的油籽粗粉中的蛋白溶解，以形成pH為約5至約6.8的蛋白水溶液，(e)將所述蛋白水溶液與殘留的油籽粗粉分離，(f)通過使用選擇性膜技術(shù)增大所述蛋白溶液的蛋白濃度，并保持離子強(qiáng)度基本恒定，以制得濃縮的蛋白溶液，(g)將所述濃縮的蛋白溶液加入到低于約15℃溫度的冷水中進(jìn)行稀釋，以在水相中形成至少部分為微膠粒形式的離散的蛋白顆粒，(h)沉降所述蛋白微膠粒以形成無定形的、粘性的、凝膠狀的、面筋樣的蛋白微膠粒團(tuán)，和(i)從上清液中回收蛋白微膠粒團(tuán)，以干重為基準(zhǔn)，通過Kjeldahl氮×6.25進(jìn)行測定，所述蛋白微膠粒團(tuán)具有至少約90％的蛋白含量。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟(d)至(i)以間歇操作模式進(jìn)行。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟(d)至(i)以半連續(xù)的操作模式進(jìn)行。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟(d)至(i)以連續(xù)的操作模式進(jìn)行。
5.權(quán)利要求2的方法，其中所述油籽粗粉的所述提取是采用離子強(qiáng)度至少為約0.10并且pH為約5至6.8的鹽水溶液進(jìn)行的，且所述蛋白水溶液的蛋白含量為約5至約40g/L。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述鹽溶液的離子強(qiáng)度為約0.15至約0.6。
7.權(quán)利要求5的方法，其中所述鹽溶液的pH值為約5.3至約6.2。
8.權(quán)利要求5的方法，其中所述油籽粗粉的所述提取是通過攪拌所述鹽溶液約10至約30分鐘進(jìn)行的。
9.權(quán)利要求8的方法，其中在所述的提取步驟中油籽粗粉在所述鹽水溶液中的濃度為約5至約15％w/w。
10.權(quán)利要求5的方法，其中從提取步驟中所得的所述蛋白水溶液的濃度為約10至約30g/L。
11.權(quán)利要求3的方法，其中所述的提取步驟如下進(jìn)行(i)將油籽粗粉與離子強(qiáng)度至少為約0.10并且pH為約5至約6.8的鹽水溶液在約5℃至約65℃的溫度下連續(xù)地進(jìn)行混合，和(ii)將所述混合物通過管道進(jìn)行連續(xù)地傳送，同時(shí)在至少約10分鐘的期間從油籽粗粉中提取蛋白以形成蛋白含量為約5至約40g/L的蛋白水溶液。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述鹽溶液的離子強(qiáng)度為約0.15至約0.8。
13.權(quán)利要求11的方法，其中所述鹽溶液的pH值為約5.3至約6.2。
14.權(quán)利要求11的方法，其中在所述的混合步驟中，油籽粗粉在所述鹽溶液中的濃度為約5至約15％w/v。
15.權(quán)利要求11的方法，其中所述溫度至少為約35℃。
16.權(quán)利要求11的方法，其中所述蛋白水溶液的蛋白含量為約10至約30g/L。
17.權(quán)利要求1的方法，其中所述油籽粗粉的所述提取是采用離子強(qiáng)度至少為約0.10并且pH為約3至約5或約6.8至約9.9的鹽水溶液進(jìn)行的，并且在將所述的蛋白水溶液從殘留的油籽粗粉中分離后，將所述蛋白水溶液的pH調(diào)節(jié)到約為5至約6.8的pH。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述鹽溶液的離子強(qiáng)度為約0.15至約0.6。
19.權(quán)利要求17的方法，其中將所述蛋白水溶液的pH調(diào)節(jié)到pH為5.3至約6.2。
20.權(quán)利要求1的方法，其中所述油籽粗粉為菜籽油油籽粗粉，并且在將所述的蛋白水溶液從殘留的菜籽油油籽粗粉中分離后，對蛋白水溶液進(jìn)行色素脫除步驟。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述色素脫除步驟是通過滲濾蛋白水溶液進(jìn)行的。
22.權(quán)利要求20的方法，其中所述色素脫除步驟是通過將色素吸附劑與蛋白水溶液混合，然后從蛋白水溶液中除去色素吸附劑而進(jìn)行的。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述的色素吸附劑為活性碳粉末。
24.權(quán)利要求1的方法，其中將所述的油籽粗粉用水提取，此后，向所得的蛋白水溶液中加入鹽，得到離子強(qiáng)度至少為約0.10的蛋白水溶液。
25.權(quán)利要求1的方法，其中所述的濃縮步驟通過超濾進(jìn)行，得到蛋白含量至少為約200g/L的濃縮的蛋白溶液。
26.權(quán)利要求25的方法，其中進(jìn)行所述的濃縮步驟以得到蛋白含量至少為約250g/L的濃縮的蛋白水溶液。
27.權(quán)利要求25的方法，其中將所述的濃縮的蛋白溶液溫?zé)岬街辽偌s20℃的溫度以降低濃縮的蛋白溶液的粘度，但不超過某一溫度，在該溫度以上時(shí)，濃縮的蛋白溶液的溫度不允許形成微膠粒。
28.權(quán)利要求27的方法，其中將所述的濃縮蛋的白溶液溫?zé)岬郊s25℃至約40℃的溫度。
29.權(quán)利要求2的方法，其中通過將濃縮的蛋白溶液加入到具有達(dá)到所要的稀釋度所需的體積的水中，將所述濃縮的蛋白溶液稀釋15倍或更小的倍數(shù)。
30.權(quán)利要求29的方法，其中所述的水溫低于約10℃。
31.權(quán)利要求30的方法，其中將所述濃縮的蛋白溶液稀釋約10倍或更小的倍數(shù)。
32.權(quán)利要求3的方法，其中將所述濃縮蛋白溶液連續(xù)地與所述冷水混合，以使?jié)饪s的蛋白溶液稀釋約15倍或更小的倍數(shù)。
33.權(quán)利要求32的方法，其中所述冷水的溫度低于約10℃。
34.權(quán)利要求33的方法，其中所述的稀釋為約10倍或更小的倍數(shù)。
35.權(quán)利要求1的方法，其中將所回收的蛋白微膠粒團(tuán)干燥成蛋白粉末。
36.權(quán)利要求1的方法，其中所述的回收的蛋白微膠粒團(tuán)的蛋白含量至少為約100wt％(N×6.25)。
37.權(quán)利要求1的方法，其中所述的油籽粗粉為菜籽油油籽粗粉，并且在從中回收蛋白微膠粒團(tuán)后，將上清液以間歇法、半連續(xù)式或連續(xù)式進(jìn)行處理，以從中回收另一份量的蛋白分離物。
38.權(quán)利要求37的方法，其中所述另一份量的蛋白分離物是通過濃縮上清液至蛋白濃度為約100至約400g/L，優(yōu)選約200至約300g/L，并干燥濃縮的上清液而從上清液中回收得到的。
39.權(quán)利要求37的方法，其中所述另一份量的蛋白分離物是通過濃縮上清液至蛋白濃度為約100至約400g/L，優(yōu)選約200至約300g/L，將所述濃縮的上清液與所述回收的蛋白微膠粒團(tuán)進(jìn)行混合，并干燥混合物而從上清液中回收得到的。
40.權(quán)利要求37的方法，其中所述另一份量的蛋白分離物是通過濃縮上清液至蛋白濃度為約100至約400g/L，優(yōu)選約200至約300g/L，將部分所述濃縮上清液與至少部分所述回收的蛋白微膠粒團(tuán)進(jìn)行混合物，并干燥所得混合物而從上清液中回收得到的。
41.權(quán)利要求40的方法，其中將所述濃縮的上清液的剩余部分進(jìn)行干燥，以及將所述回收的蛋白微膠粒團(tuán)的任何剩余部分進(jìn)行干燥。
42.權(quán)利要求1的方法，其中作為所述稀釋、沉降和回收步驟的替代步驟，將所述濃縮的蛋白溶液透析以減少其中鹽的含量并促使蛋白微膠粒的形成，并從透析的濃縮蛋白溶液中回收蛋白分離物，以干重為基準(zhǔn)，通過Kjeldahl氮×6.25測定，其蛋白含量至少為約100wt％。
43.權(quán)利要求42的方法，其中所述蛋白分離物的回收是通過干燥透析過的濃縮蛋白溶液而進(jìn)行的。
44.權(quán)利要求1的方法，其中所述的油籽粗粉為菜籽油油籽粗粉。
45.權(quán)利要求44的方法，其中所述的油籽粗粉為冷壓的菜籽油油籽粗粉。
46.權(quán)利要求44的方法，其中所述的菜籽油油籽粗粉來源于非遺傳修飾的菜籽油油籽。
47.權(quán)利要求1的方法，其中所述的油籽粗粉為油菜籽粗粉。
48.權(quán)利要求1的方法，其中所述的油籽粗粉為芥菜油籽粗粉。
49.權(quán)利要求1的方法，其中所述的溶劑回收步驟在約70℃至約80℃的溫度下進(jìn)行。
全文摘要
通過將油籽粗粉在約100℃或者更低，優(yōu)選約70至80℃的溫度下進(jìn)行脫溶劑，提高油籽粗粉水提方法中從油籽粗粉中獲得油籽蛋白分離物、優(yōu)選菜籽油油籽分離物的產(chǎn)率。
文檔編號C07K1/14GK1617673SQ02827859
公開日2005年5月18日 申請日期2002年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月13日
發(fā)明者D·E·墨累 申請人:伯康營養(yǎng)科學(xué)(Mb)公司