способ получения пищевых протеинов из протеинсодержащего вещества

Формула изобретения

1. Способ получения пищевых протеинов из протеинсодержащего вещества, предусматривающий растворение протеинсодержащего вещества в щелочном растворителе, разделение на жидкую и твердую фазы, концентрирование протеинов из жидкой фазы, отличающийся тем, что растворение ведут при комнатной температуре, pH щелочного растворителя более 11,5 или растворение в щелочном растворителе ведут в присутствии детергента, одновременно с растворением проводят гомогенизацию раствора посредством дезинтеграции высокого давления, перед концентрированием жидкую фазу нейтрализуют, затем обессоливают и концентрат протеинов сушат.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что pH щелочного растворителя 12,5.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве детергента используют додецилсульфат натрия.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что додецилсульфат натрия после растворения осаждают солями калия.

5. Способ по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что щелочной растворитель используют в виде спиртового раствора.

6. Способ по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что концентрирование протеинов из жидкой фазы ведут ультрафильтрацией, а обессоливание - диафильтрацией.

7. Способ по любому из пп.1 6, отличающийся тем, что от протеинсодержащего вещества перед растворением отделяют органолептические соединения, преимущественно гликоалкалоиды и липиды, кислой экстракцией, преимущественно этанолом и ледяной уксусной кислотой, с последующей горячей фильтрацией.

8. Способ по любому из пп.1 7, отличающийся тем, что протеинсодержащее вещество перед растворением обезжиривают экстракцией гексаном.

9. Способ по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что протеинсодержащее вещество к началу растворения обрабатывают кислотой.

10. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что растворение протеинсодержащего вещества ведут в присутствии перекиси водорода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения пищевых протеинов из протеинсодержащего вещества, причем растворение осуществляется путем переведения в растворимую форму протеинсодержащего вещества в щелочном растворителе и при гомогенизации, причем вводимую путем гомогенизации тепловую энергию одновременно снова отводят, причем щелочной растворитель имеет величину pH более 11,5, в частности около 12,5 и/или растворение протеинсодержащего вещества осуществляют в присутствии детергента, в частности додецилсульфата натрия (SDS), причем нерастворимые составные части вещества отделяют от раствора, причем раствор после нейтрализации обессоливают и при этом содержащиеся в растворе протеины концентрируют и отделяют осушкой.

При выделение крахмала из картофеля, при получении муки из зерна, при изготовлении "тоффи" и при выделение масла из различных растений получают протеинсодержащие вещества как побочные продукты, реализация которых до сих пор была невозможна или была возможна только с несоразмерно высокими затратами.

При получении крахмала из картофеля речь идет при этом о денатурированных, ороговевших за счет сушки и более не способных диспергироваться картофельно-протеиновых концентратах.

При получении муки получается клейковина, которая на основании своей клейкой консистенции может использоваться только в некоторых областях. Побочные продукты от изготовления "тоффи" и от получения масла представляют протеинсодержащие шроты.

Способ упомянутого вначале описанного вида без применения детергента известен из патента США 4 624 805. При этом растворение должно осуществляться при температуре не более 55^oC (130^oF).

Самая низкая названная в патенте США 4 624 805 температура при растворении протеинсодержащего вещества составляет 37,8^oC (100^oF). Гомогенизация протеинсодержащего вещества при растворении происходит при помощи ультразвука.

Соответствующий упомянутому вначале описанному виду способ известен также из заявки ВОИС 9 112 730. Растворение протеинсодержащего вещества происходит при этом при одновременном тонком перемалывании. Применение детергента не предусмотрено.

Способ получения пищевых протеинов из протеинсодержащего вещества, путем растворения протеинсодержащего вещества в щелочном растворителе, причем нерастворимые составные части вещества отделяют от раствора, причем раствор после нейтрализации обссоливают и при этом содержащиеся в растворе протеины концентрируют и выделяют сушкой, известен из "Journal of Food Science" (1974, т. 39, с. 183-186).

Эта статья "Использование хлопковых семян сыворотки протеиновых концентратов, полученных при ультрафильтровании", не занимается, однако, проблематикой гидролиза протеинов и образующихся при этом лизиноаланинов и других продуктов гидролиза, которые причиняют значительный вред пищевой способности концентрированных продуктов.

Способ получения пищевых протеинов из протеинсодержащего вещества, характеризующийся тем, что содержащиеся в растворе протеины концентрируют и выделяют сушкой, известен также из выкладки ФРГ 28 14 922.

Этот способ служит для добывания природного картофельного протеина из соковой воды картофеля. Соковая вода картофеля получается в рамках изготовления крахмала при измельчении картофеля.

Содержащиеся в соковой воде картофельные протеины в результате подкисления и нагревания соковой воды в присутствии SO₂ образуют хлопья, т.е. коагулируют.

Затем некоагулированная часть соковой воды по возможности в значительной степени отфильтровывается и полученный таким путем остаток на фильтре сушится.

В качестве альтернативы описывают распылительную сушку содержащихся в частично концентрированном растворе соковой воды протеинов.

Для удаления содержащегося в полученном таким путем картофельном протеине в более значительном количестве гликоалкалоида соланина стимулируют его кислую экстракцию органическим растворителем, выбранным из группы, включающий метанол, N-бутанол и изопропанол.

Этой экстракции должны подвергаться коагулированные картофельные протеины. Недостатком при известном способе является необходимость интегрирования его в процессе получения крахмала.

Получающаяся соковая вода картофеля по причине своей большой чувствительности к окислению должна тотчас же подвергаться последующей обработке.

Уже при непосредственной последующей обработке соковой воды картофеля рекомендуют в соответствии с выкладкой ФРГ 25 00 200 добавлять антиокислители.

Прямая связь известного способа с процессом получения крахмала приводит, в частности, к тому, что его можно осуществлять только во время картофельного сезона.

Напротив, в остальное время года соответствующие установки не работают. Известный способ не смогли также внедрить по причине необходимых для его реализации высоких капитальных затрат и большого расхода химикатов при его проведении.

Более того образующийся при получении крахмала в соковой воде картофеля картофельный протеин осаждают без дальнейшей переработки и сушат.

Благодаря этому образуется известный денатурированный, ороговевший за счет сушки побочный продукт, не способный к диспергированию.

Из заявки на патент ФРГ 28 14 922 известен способ очистки осажденных из соковой воды картофеля картофельных протеинов. Здесь перед сушкой удаляют содержащиеся в картофельных протеинах сопутствующие вещества, особенно липиды, ароматические вещества и вкусовые вещества, путем экстракции полярным растворителем, как например, водой, этанолом или метанолом.

Затем картофельные протеины высушивают при помощи распылительной сушилки, прямого тока или сушильного барабана. Недостатком при этом способе также является необходимость его реализации прямо на месте получения соковой воды картофеля или картофельных протеинов при получении крахмала.

При изготовлении "тоффи" известно, что протеинсодержащий соевый шрот вываривают в водном растворе с величиной pH до 9,0. При этом часть протеинов переходит в раствор, однако довольно большой остаток остается в соевом шроте.

Из книги "Питание" (1975, 19,8, с. 687-688) известен способ одновременного получения масел и протеинов из растительного сырья, при котором следует осуществлять тонкое измельчение растительного сырья ультразвуковыми устройствами или высокочастотными дробильными установками. Но при этом особо тонкое измельчение растительного сырья, как можно заимствовать из дословного текста статьи "Тенденции при переработке масличных семян и масличных плодов. Одновременное получение масел и протеинов", служит исключительно аспекту разрушения клеток. Таким образом облегчают или лишь содействуют экстрагированию масел и протеинов из растительного сырья.

В основе изобретения лежит задача усовершенствовать способ описанного вначале вида таким образом, чтобы различные протеинсодержащие вещества могли найти применение как исходные вещества, особенно чтобы известный побочный продукт производства крахмала из картофеля можно было очистить без нарушения гидролиза продукта, полученного данным способом.

Согласно изобретению этого достигают тем, что растворение протеинсодержащего вещества происходит при комнатной температуре и гомогенизацию осуществляют при помощи дезинтеграции высокого давления.

Неожиданно оказывается, что большое количество в противном случае не способных образовывать дисперсию, протеинсодержащих веществ растворимы в сильно щелочном растворителе при комнатной температуре, причем несмотря на высокую величину pH более 11,5 не появляется никаких достойных упоминания нарушений гидролиза.

Скорее растворенные протеины и при коагулированном исходном веществе имеют сравнимую с природными протеинами структуру. При растворении содержащиеся в веществе протеины преимущественно растворяются, так что нерастворимые компоненты можно легко отделить.

Это можно осуществить, например, центрифугированием или подходящим методом фильтрования. Часто может также иметь смысл последующая очистка, т.е. очистка раствора от сопутствующих веществ.

Нейтрализация и обессоливание щелочного раствора дает высококачественный, нейтральный по вкусу конечный продукт. Путем гомогенизации смеси из протеинсодержащего вещества и щелочного растворителя при помощи интеграции высокого давления сильно ускоряют растворение протеинов.

Это гарантирует возможность для реализации нового способа в крупном промышленном масштабе. Внесенная за счет гомогенизации в смесь энергия снова может отводиться из смеси, например, при помощи теплообменника.

В любом случае следует препятствовать нагреванию смеси свыше комнатной температуры, чтобы не содействовать гидролизу протеинов. Интеграция высокого давления известна, например, из гомогенизации молока.

Здесь имеются в распоряжении уже соответствующие приборы, которые могут применяться также для нового способа.

Щелочной растворитель должен или иметь величину pH более 11,5 и/или растворение должно проводиться в присутствии детергента. В связи с гомогенизацией смеси из растворителя и протеинсодержащего вещества величина pH около 12,5 оказалась особенно выгодной при растворении протеинов.

В качестве особенно хорошо пригодного детергента оказывает додецилсульфат натрия (SDS). Он может при помощи солей калия легко осаждаться и таким образом удаляться из протеинов.

В принципе, применяют также другие детергенты, если они способны опять отделяться от протеинов. Введение детергентов делает возможным растворение, например, получающихся при изготовлении "тоффи" и при получении масла из растений шротов уже при комнатной температуре и при величине pH менее 10. Необходимое для этого количество SDS можно осаждать без проблем до безвредного остатка при помощи солей калия.

Щелочным растворителем может быть спиртовой раствор. Спиртовые растворы как щелочные растворители особенно пригодны для благоприятного, с точки зрения расходов осуществления нового способа. Находящиеся в растворе протеины можно концентрировать ультрафильтрацией и раствор можно обессоливать диафильтрацией. Известная ультрафильтрация для концентрирования раствора обеспечивает повторное применение отфильтрованного растворителя и снижает тепловую энергию, которая должна подаваться при сушке протеинов.

Диафильтрация для обессоливания раствора особенно выгодна в том отношении, что речь идет о механическом способе, следовательно, не требуется никакого вторичного введения химикатов.

Кроме того, с диафильтрацией связана последующая подготовка, т.е. очистка раствора. Предел растворимости при диафильтрации преимущественно составляет 10000 Дальтон.

От протеинсодержащего вещества перед его растворением можно отделять путем кислой экстракции и последующего горячего фильтрования органолептические соединения, особенно гликоалкалоиды и липиды.

Эта стадия способа имеет смысл в частности для удаления соланина из содержащих картофельный протеин веществ. Для диапазона применяемых в случае необходимости химикатов оказывается благоприятным проведение кислой экстракции на механически измельченном, но еще нерастворенном веществе.

С точки зрения пригодности для пищи, особенно целесообразно применение смеси из этанола и ледяной уксусной кислоты для кислой экстракции. Однако, в принципе, можно было бы применять также другие спирты.

Протеинсодержащее вещество перед растворением можно обезжиривать гексаном. Эта дополнительная стадия способа показана преимущественно при переработке клейковины.

Напротив, обработка экстракцией со спиртами при клейковине не находит применения, так как клейковина содержит растворимые в спирте протеины.

Протеинсодержащее вещество к началу растворения может быть поглощено кислотой, кислотное поглощение протеинсодержащего вещества оказалось, особенно при обработке клейковины, рациональным и ускоряющим растворение мероприятием.

Растворение протеинсодержащего вещества можно осуществлять в присутствии перекиси водорода. Применение перекиси водорода для растворения протеинсодержащего вещества делает возможным pH-осаждение растворенных протеинов, что облегчает их концентрирование перед сушкой.

Далее, перекись водорода оказывает влияние на более светлую окраску и на структуру с более длинной цепью полученных пищевых протеинов.

Пример 1. Образованные при получении крахмала из картофеля загрязненные картофельные протеины с содержанием от 80 до 85% протеинов, от 8 до 10% липидообразных соединений и от 1 до 2% минеральных веществ, а также до 0,12% соланина механически измельчают путем размалывания. Затем загрязненный картофельный протеин смешивают со смесью из 98 об. этанол и 2 об. ледяной уксусной кислоты.

При этом введенное количество смеси из этанола и ледяной уксусной кислоты составляет 3-5 л на 1 кг загрязненного картофельного протеина.

Затем загрязненный картофельный протеин варят 20 мин. с обратным холодильником и при постоянном перемешивании в смеси из этанола и ледяной уксусной кислоты.

Температура варки составляет около 80^oC. После варки горячий отвар фильтруют и остаток снова поглощают 3-5 л смеси из этанола и ледяной уксусной кислоты на 1 кг и варят с обратным холодильником и при перемешивании 20 мин.

В зависимости от начального содержания и от требуемого конечного содержания гликоалкалоида соланина этот процесс можно повторять еще несколько раз.

Как только экстракция заканчивается, остаток или непосредственно перерабатывают дальше или высушивают для промежуточного хранения на складе.

Затем содержащий картофельный протеин осадок перемешивают в 50%-ном растворе этанола, причем дезинтегратор высокого давления в байпасе к смесительной емкости приводится в действие.

При этом на каждый кг осадка достается до 20 л растворителя. К растворителю добавляют 30%-ную перекись водорода таким образом, чтобы ее концентрация соответствовала двухкратному молярному избытку цистеина.

После добавки до 0,2 моль щелочи на 1 кг надосадочной жидкости непрерывно добавляют остаточную перекись водорода. Всего добавляют между 50 и 100 мл 30%-ной перекиси водорода на 1 кг растворяемой надосадочной жидкости.

В течение всего времени производят гомогенизацию. Все растворение содержащего картофельный протеин осадка занимает около 30 мин.

Затем полученный при растворении раствор центрифугируют приблизительно при 4.500 xg две минуты, чтобы отделять нерастворимые составные части загрязненного картофельного протеина.

Концентрирование раствора производят при помощи ультрафильтрации, причем применяют мембрану с пределом растворения менее 10.000 Дальтон. При концентрировании раствора удаляют около 70% исходного объема.

После нейтрализации сконцентрированного раствора последний обессоливают и очищают диафильтрацией. В последней стадии способа картофельный протеин получают распылительной сушкой остающегося раствора.

Для высушенного картофельного протеина получается состав из 89-93% протеина (N 6,25), 3-5% золы, около 0,4% жира и менее 0,01% соланина. Это содержание соланина лежит ниже содержания соланина очищенного картофеля 0,012% сухого вещества. Количество сухого вещества высушенных распылением картофельных протеинов составляет 92-95%

Пример 2. Шроты от получения масла, как например из растений соя и рапс, после механического измельчения растворяют прямо в растворе едкого натра.

При этом величина pH раствора едкого натра составляет 12,5, поскольку смесь из измельченных шротов и раствора едкого натра во время растворения гомогенизируют.

Если затем происходит только перемешивание смеси, следует применять 0,1 н раствор едкого натра величиной pH 13. Однако в этом случае растворение занимает несколько часов. При гомогенизации смеси требуется только несколько минут.

Полученный при растворении раствор перерабатывают дальше аналогично примеру 1, чтобы выделять протеины в пищевой форме.

Пример 3. Растворение образующихся при получении масла из растений протеинсодержащих шротов или других трудно растворяемых протеинсодежащих веществ производят альтернативно к примеру 3 в присутствии додецилсульфата натрия (SDS).

К 0,1 н раствору едкого натрия в качестве растворителя добавляют 1% SDS. Через 30 мин центрифугируют с 4.500 xg и декантируют надосадочную жидкость. К надосадочной жидкости добавляют такое количество соли калия, чтобы концентрация калия соответствовала 3-кратному молярному избытку, в пересчете на введенный додецилсульфат натрия (SDS).

После 15 мин. перемешивания появляется осадок, который центрифугируют с 4.500 xg. Таким путем можно удалять от 95 до 98% введенного SDS.

Остающаяся концентрация SDS лежит ниже критической концентрации мицеллия (CMC). Остающуюся после удаления SDS надосадочную жидкость при помощи ультрафильтрации с применением мембран концентрируют с пределом растворения менее 10.000 Дальтон, нейтрализуют и обессоливают посредством диафильтрации.

При этом диафильтрация удаляет также остающиеся после осаждения солью калия в растворе остатки SDS.