DE69701086T2

DE69701086T2 - Protein-extraktion aus ölhaltigen samen

Info

Publication number: DE69701086T2
Application number: DE69701086T
Authority: DE
Inventors: D. Murray
Original assignee: BMW Canola Inc
Current assignee: Burcon Nutrascience MB Corp
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 2000-07-13
Anticipated expiration: 2017-01-30
Also published as: WO1997027761A1; CA2244398C; DK0886476T3; JPH11506619A; ES2142659T3; US5844086A; ATE188349T1; PL184927B1; AU706698B2; AU1434197A; PL328086A1; US6005076A; GR3032970T3; EP0886476B1; JP2977286B2; CN1214614A; HK1019543A1; CN1060024C; CA2244398A1; DE69701086D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung und Reinigung von Protein-Materialien aus ölhaltigen Samen und Protein-Schrotmehlen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Heutige kommerzielle Ölsamen-Verarbeitungstechniken betonen die Produktion von hellem, superentschleimtem Öl und haben die Entfernung von Pflanzengummis, Seifenstöcken, Bleichtonen und Pigmenten aus dem Öl zur Folge, welche Nebenprodukt- Materialien sind und beseitigt werden, indem man sie wieder dem Schrotmehl zusetzt, das aus dem Zerquetschen der ölhaltigen Samen zur Entfernung des Öls resultiert.
Die Zugabe derartiger Materialien zu dem Ölsamen-Schrotmehl hat eine Situation zur Folge, in der es nicht möglich ist, unter Verwendung umweltfreundlicher Isolationstechniken Protein-Isolate zu extrahieren, die mehr als etwa 90% Protein enthalten. Das Fett, das in den kommerziellen Schrotmehlen anwesend ist, hat in herkömmlichen Verarbeitungstechniken normalerweise die Konzentration des Fetts zusammen mit dem Protein zur Folge.
Protein-Konzentrationen, die mit herkömmlichen Verarbeitungstechniken erzielt werden können, übersteigen im allgemeinen nicht etwa 70 bis 75 Gew.-%, und ihre Funktionalität in Nahrungsmittelsystemen wird aufgrund der störenden Einwirkung des Fettes beeinträchtigt. Zusätzlich kann die Anwesenheit des Fettes in dem trockenen Protein-Produkt zu Ranzigkeit und anderen mit Fett in Beziehung stehenden Problemen führen, einschließlich schlechter Löslichkeit, Zusammenbacken usw. sowie Verfärbung, die ein Ergebnis der Mitverarbeitung von Pigmenten in dem Schrotmehl mit dem Fett ist.
Ein Nachdruck des Ölsamen-Pflanzenzüchtungsprogrammes liegt auf der Verbesserung der Ausbeute an Öl aus den ölhaltigen Samen, und in der Tat sind beispielsweise für Canola (Rapssamen) Zuchtsorten entwickelt worden, die eine höhere Ausbeute an Öl liefern. Jedoch hat eine derartige verstärkte Ölproduktion die Wirkung, den Anteil an Fett, der als Ergebnis des Zusatzes der Nebenprodukte der Ölraffinierung zu dem Ölsamen-Schrotmehl in dem Ölsamen- Schrotmehl anwesend ist, zu steigern.
Während es möglich ist, zumindest teilweise derartige Fette durch Extraktion mit organischen Lösungsmitteln aus den Ölsamen-Schrotmehlen zu entfernen, tendiert die Verwendung von organischen Lösungsmitteln, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, dazu, das Protein zu denaturieren, wodurch die Funktionalität des Produktes beeinträchtigt wird und was zusätzlich Anlaß für ein Entsorgungs- und Rückgewinnungsproblem gibt, das umweltbelastend ist.
Im US-Patent Nr. 4,208,323, von dem ich ein Erfinder bin, wird ein Verfahren zur Isolierung von Proteinen aus verschiedenen Quellen beschrieben. Die Protein-Ausgangsmaterialien, die in einem solchen Verfahren verwendet werden, können aus einer Vielfalt von Quellen stammen, einschließlich ölhaltiger Samen. Die Ölsamen-Schrotmehle, die 1980 zum Zeitpunkt der Herausgabe des Patentes verfügbar waren, wiesen nicht die Fettverunreinigungs-Konzentrationen auf, die in derzeitigen Ölsamen-Schrotmehlen vorliegen, und als Folge kann das Verfahren, das in dem früheren Patent beschrieben ist, aus den heutigen Ölsamen-Schrotmehlen nicht Proteinmaterial-Produkte erzeugen, welche mehr als 90% Protein-Gehalt aufweisen, was eine Eigenschaft der Proteinmaterialien ist, die durch das in dem Patent erzeugte Verfahren erzeugt werden. Es ist notwendig, eine bedeutende Abwandlung eines derartigen Verfahrens zu verwenden, um zu ermöglichen, daß derartige Produkte aus heutigen Ölsamen-Schrotmehlen, einschließlich kaltgepreßter Schrotmehle, erzeugt werden.
Das US-Patent 4,285,862, von dem ich ein Erfinder bin, beschreibt die Herstellung und Reinigung eines im wesentlichen nicht-denaturierten Proteinisolat-Produkts, das mindestens etwa 90 Gew.-% Protein enthält und in Form einer amorphen Proteinmasse vorliegt, welche gebildet wird, indem man eine feste Phase aus einer wäßrigen Dispersion von Protein-Mizellen absetzt, die aus homogenen amphiphilen Protein-Einheiten bestehen und aus mindestens einem Pflanzenprotein-Ausgangsmaterial gebildet sind. Das Produkt, das als "Protein-Mizellenmasse" oder "PMM" bezeichnet wird, weist im wesentlichen keinen Flüssigkeitsgehalt, im wesentlichen keinen Lysinoalanin-Gehalt und im wesentlichen den gleichen Lysin-Gehalt wie das Speicherprotein in dem Ausgangsmaterial auf. In der vorliegenden Erfindung werden derartige Materialien aus Ölsamen-Schrotmehl, das einen bedeutenden Fettgehalt aufweist, durch eine Abwandlung des in diesem Stand der Technik beschriebenen Verfahrens erzeugt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung trachtet danach, dieses Problem des Standes der Technik zu vermeiden, indem sie ein Verfahren bereitstellt, welches ermöglicht, daß aus derzeitigem, mit Fett verunreinigtem Ölsamen-Schrotmehl ein gereinigtes Protein-Isolat mit hohem Proteingehalt bereitgestellt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Protein- Isolats bereitgestellt, welches umfaßt: (a) das Extrahieren eines Ölsamen-Schrotmehls mit einem Fettgehalt bis zu 10 Gew.-% des Schrotmehls mit einer wäßrigen Lösung von Salz von Nahrungsmittelgüte mit einer Ionenstärke von mindestens 0,2 und bei einem pH von etwa 5 bis etwa 6,8 bei einer Temperatur von etwa 15ºC bis etwa 75ºC, um eine Löslichmachung von Proteinmaterial und etwas Fett in dem Ölsamen-Schrotmehl zu verursachen und eine Protein- Lösung zu bilden, (b) die Abtrennung der Proteinlösung von rückständigem Ölsamen- Schrotmehl, welche vor oder nach Schritt (c) durchgeführt werden kann, (c) das Entfernen von Fett aus der Proteinlösung, um eine entfettete Proteinlösung bereitzustellen, (d) das Erhöhen der Protein-Konzentration der entfetteten Proteinlösung, während man deren Ionenstärke im wesentlichen konstant hält, um eine konzentrierte entfettete Proteinlösung zu bilden, (e) das Verdünnen der konzentrierten entfetteten Proteinlösung auf eine Ionenstärke unterhalb von etwa 0,2, um die Bildung von diskreten Protein-Teilchen in der wäßrigen Phase in Form von hochaggregierten mikroskopischen Protein-Mizellen zu verursachen, (f) das Absetzen der Protein-Mizellen, um eine Masse von Protein-Isolat zu bilden, die mindestens teilweise in Form einer amorphen, klebrigen, Gelatine-artigen, Gluten-artigen Protein-Mizellenmasse vorliegt, (g) das Abtrennen des Protein-Isolats von überstehender Flüssigkeit und (h) das Trocknen des abgetrennten Protein-Isolats, um ein getrocknetes Protein-Pulver bereitzustellen, das im wesentlichen nicht denaturiert ist und einen Proteingehalt von mindestens etwa 90 Gew.-% aufweist.
In der vorliegenden Erfindung ist es notwendig, den bzw. die Fettentfernungsschritt oder -schritte vor dem Verdünnungsschritt, welcher die Protein-Mizellen erzeugt, zu bewirken, da anderenfalls das Protein und das Fett während des Mizellenbildungs-Schrittes zusammen gereinigt werden und es dann nicht möglich ist, ein Protein-Isolat mit der erforderlichen Reinheit herzustellen, da das Fett das Protein verdünnt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Protein-Isolationsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wie es auf Canola-Schrotmehl, aber auch allgemein auf andere Ölsamen-Schrotmehle angewendet wird;
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm eines Protein-Isolationsverfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wie es auf Canola-Ölsamen-Schrotmehl, aber auch allgemein auf andere Ölsamen-Schrotmehle angewendet wird.

ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Schritte, die an dem Verfahren der Erfindung beteiligt sind, sind in Form der Verfahrens-Flußdiagramme der Fig. 1 und 2 gezeigt.
Der Anfangsschritt des Verfahrens dieser Erfindung beinhaltet die Löslichmachung von Proteinmaterial aus Ölsamen-Schrotmehl, insbesondere Canola-Schrotmehl, obwohl das Verfahren auf andere Ölsamen-Schrotmehle angewendet werden kann, wie Sojabohnen- Schrotmehl und Rapssamen-Schrotmehl. Bei einem derartigen Proteinmaterial kann es sich um die Proteine handeln, die natürlich in Canola-Samen oder anderen Ölsamen vorkommen, oder es kann sich bei dem Proteinmaterial um Proteine handeln, die durch genetische Manipulation eingeführt werden, aber die charakteristischen hydrophoben und polaren Eigenschaften der Proteine besitzen. Bei dem Canola-Schrotmehl kann es sich um irgendein Canola-Schrotmehl, welches das Ergebnis der Entfernung von Canolaöl aus Canola-Samen ist, mit variierenden Konzentrationen von nicht-denaturiertem Protein handeln, welche beispielsweise eine Folge der Extraktion mit heißem Hexan oder von kalten Öl-Extrusionsverfahren sind. Wie oben erörtert, enthält ein derartiges Ölsamen-Schrotmehl einen signifikanten Anteil an Fett bis zu etwa 10 Gew.-% des Schrotmehls.
Eine Lösung von Salz von Nahrungsmittelgüte wird bei der Protein-Löslichmachung verwendet, und das Salz von Nahrungsmittelgüte ist gewöhnlich Natriumchlorid, obwohl andere Salze, wie Kaliumchlorid, verwendet werden können. Die Lösung von Salz von Nahrungsmittelgüte weist eine Ionenstärke von mindestens etwa 0,2 auf, um zu ermöglichen, daß eine Löslichmachung von signifikanten Mengen an Protein bewirkt wird. Wenn die Ionenstärke der Salzlösung zunimmt, nimmt der Grad der Löslichmachung von Protein in dem Ausgangsmaterial anfänglich zu, bis ein maximaler Wert erreicht wird. Jede anschließende Zunahme der Ionenstärke erhöht das insgesamt gelöste Protein nicht. Die Ionenstärke der Lösung von Salz von Nahrungsmittelgüte, welche eine maximale Protein-Löslichmachung verursacht, variiert abhängig von dem betreffenden Salz und der gewählten Proteinquelle.
Im Hinblick auf den größeren Verdünnungsgrad, der für eine Proteinfällung bei zunehmenden Ionenstärken erforderlich ist, wird es gewöhnlich bevorzugt, einen Ionenstärke- Wert von weniger als etwa 0,8 und bevorzugter einen Wert von etwa 0,3 bis etwa 0,6 zu verwenden. Ionenstärke-Werte bis zu 5,0 sind jedoch verwendet worden. in der erläuterten Ausführungsform in den Fig. 1 und 2 wird eine 0,5 M NaCl-Lösung verwendet, um Protein in dem Canola-Schrotmehl löslich zu machen.
Die Salz-Löslichmachung des Proteins wird bei einer Temperatur von etwa 5 bis etwa 35ºC bewirkt, vorzugsweise begleitet von Rühren, um die Lösungszeit zu verringern, welche gewöhnlich etwa 10 bis etwa 60 Minuten beträgt. Es wird bevorzugt, die Löslichmachung so zu bewirken, daß im wesentlichen die maximale Menge an Protein aus dem Ausgangsmaterial extrahiert wird.
Die niedrigere Temperaturgrenze von etwa 5ºC wird gewählt, da eine Löslichmachung unterhalb dieser Temperatur unpraktisch langsam ist, während die obere Temperaturgrenze von etwa 35ºC gewählt wird, da oberhalb von dieser Temperatur das Mikrobenwachstum unannehmbar schnell wird.
Die wäßrige Lösung von Salz von Nahrungsmittelgüte und das Ölsamen-Schrotmehl weisen einen natürlichen pH von etwa 5 bis etwa 6,8 auf, was ermöglicht, daß das Protein- Isolat über den Mizellen-Weg gebildet wird, wie nachstehend in mehr Einzelheit beschrieben.
Der optimale pH-Wert für eine maximale Ausbeute an Protein-Isolat variiert abhängig von dem gewählten Protein-Ausgangsmaterial.
Bei und nahe bei den Grenzen des pH-Bereichs findet eine Protein-Isolatbildung nur teilweise über den Mizellen-Weg und mit niedrigeren Ausbeuten statt, als sie an anderer Stelle im pH-Bereich erzielbar sind. Aus diesen Gründen werden pH-Werte von etwa 5,3 bis 6,2 bevorzugt.
Der pH der Lösung von Salz von Nahrungsmittelgüte kann durch die Verwendung irgendeiner zweckmäßigen Säure von Nahrungsmittelgüte, gewöhnlich Salzsäure, oder irgendeines zweckmäßigen Alkalis von Nahrungsmittelgüte, gewöhnlich Natriumhydroxid, wie erforderlich, auf irgendeinen gewünschten Wert innerhalb des Bereiches von etwa 5 bis etwa 6,8 zur Verwendung in dem Extraktionsschritt eingestellt werden.
Die Konzentration des Protein-Ausgangsmaterials in der Lösung von Salz von Nahrungsmittelgüte während des Löslichmachungs-Schrittes kann in großem Maß variieren. Typische Konzentrationswerte liegen bei etwa 5 bis etwa 15% Gew./Vol.
Der Protein-Extraktionsschritt mit der wäßrigen Salzlösung weist die zusätzliche Wirkung der Löslichmachung gewisser Fette in dem Canola-Schrotmehl auf, was zur Folge hat, daß die Fette in der wäßrigen Phase vorliegen.
Die Proteinlösung weist im allgemeinen eine Protein-Konzentration von etwa 10 bis etwa 100 g/l, bevorzugt etwa 30 bis etwa 70 g/l auf, zusammen mit etwa 1 bis etwa 10 g/l löslich gemachtem Fett. Die Proteinlösung kann bezüglich des Fettgehalts durch Standard-Gesamtfett- Testverfahren überprüft werden.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann die gesamt wäßrige Phase, welche das Ergebnis des Extraktionsschrittes ist, dann auf irgendeine zweckmäßige Weise von dem rückständigen Canola-Schrotmehl abgetrennt werden, wie durch die Verwendung einer Blasenpresse, gefolgt von Zentrifugation, um rückständiges Schrotmehl zu entfernen. Der abgetrennte Schrotmehl- Rückstand kann zur Entsorgung getrocknet werden. Alternativ kann der Schrotmehl-Rückstand nach dem ersten nachstehend beschriebenen Fettentfernungsschritt abgetrennt werden, wie in der Ausführungsform von Fig. 2 erläutert.
Die Proteinlösung wird dann einem Entfettungsverfahren unterzogen, um zumindest einen Teil des Fettes aus derselben zu entfernen. Das Entfettungsverfahren kann bewirkt werden, indem man die wäßrige Proteinlösung auf eine Temperatur unterhalb von etwa 15ºC, vorzugsweise unterhalb von etwa 10ºC und insbesondere im Bereich von etwa 3 bis etwa 7ºC, im allgemeinen ohne Rühren, abkühlt, um zu veranlassen, daß sich Fett für die Entfernung durch irgendein zweckmäßiges Abtrennungsverfahren, wie Dekantieren, Zentrifugation und/oder Feinfiltration beispielsweise unter Verwendung eines 5 um-GAF-Beutelfilters aus der wäßrigen Phase abtrennt. Die gekühlte Proteinlösung kann bezüglich des Fettgehalts überprüft werden, um das Fett zu bestimmen, das durch Kühlen entfernt wurde. In den erläuterten Ausführungsformen wird das Fett beispielsweise durch die Verwendung einer Pumpe von der Oberfläche der Lösung dekantiert, und die entfettete Lösung kann feinfiltriert werden, um rückständiges ausgefallenes Fett zu entfernen, wie in Fig. 1 ersichtlich. Alternativ kann in der Ausführungsform von Fig. 2 die Abtrennung von rückständigem Schrotmehl nach dem Kühlschritt durch Zentrifugation der entfetteten Proteinlösung bewirkt werden.
Das Entfettungsverfahren wird im allgemeinen so bewirkt, daß etwa 30 bis etwa 90%, bevorzugt etwa 70 bis etwa 90% des Fetts, das in der wäßrigen Proteinlösung enthalten ist, entfernt werden und es ermöglicht wird, daß die entfettete Proteinlösung weiterverarbeitet wird, um ein Protein-Isolat mit einem hohen Proteingehalt zu erzeugen.
Die entfettete wäßrige Proteinlösung wird dann konzentriert, um ihre Proteinkonzentration zu erhöhen, während ihre Ionenstärke im wesentlichen konstant gehalten wird.
Der Konzentrationsschritt kann durch irgendeine bequeme selektive Membrantechnik, wie Ultrafiltration oder Diafiltration, bewirkt werden. Der Konzentrationsschritt weist die günstige Wirkung auf, die Ausbeute an Proteinmizellen-Isolat, das aus dem Verfahren erhalten werden kann, zu steigern, und dadurch den Gesamtwirkungsgrad des Protein-Isolationsverfahrens zu erhöhen.
Der Konzentrationsgrad der Proteinlösung kann als "Volumenverringerungsfaktor" bezeichnet werden. Wenn der Volumenverringerungsfaktor, ausgedrückt als das Verhältnis des Volumens der Lösung vor Konzentration zum Volumen der konzentrierten Lösung und demgemäß der Proteinkonzentration, von 1,0 aus zunimmt, nimmt die erzielbare Ausbeute zu, bis ein Maximum erreicht ist.
Wenn einmal die maximal erreichbare Ausbeute erzielt wird, sind weitere Verringerungen des Volumens an konzentrierter Lösung nur bezüglich des Flüssigkeitsvolumens vorteilhaft, das für die anschließende Verdünnung beim Protein-Isolierungsschritt erforderlich ist. Der Volumenverringerungsfaktor, bei dem die maximale erzielbare Ausbeute erreicht wird, hängt von dem betreffenden Protein-Ausgangsmaterial und dem pH der Proteinlösung ab. Es wird bevorzugt, einen Volumenverringerungsfaktor von etwa 3,0 bis etwa 10 zu verwenden, da die maximale erzielbare Ausbeute häufig das Ergebnis der Verwendung dieser Werte ist. Ein Volumenverringerungsfaktor von mindestens etwa 1, 1 wird üblicherweise verwendet, und wenn die Volumenverringerungsfaktoren ziemlich hoch werden, wird die Viskosität der Proteinlösung ziemlich hoch, was zu Schwierigkeiten bei der Verarbeitung führen kann, wodurch die Verwendung größerer Werte verhindert wird.
Die Konzentration kann bei irgendeiner zweckmäßigen Temperatur, typischerweise etwa 20 bis etwa 45ºC, und über eine Zeitspanne zur Erzielung des gewünschten Konzentrationsgrades bewirkt werden. Die verwendete Temperatur und die anderen verwendeten Bedingun gen hängen zu einem gewissen Grad von der Membranausrüstung, die verwendet wird, um die Konzentration zu bewirken, und der Proteinkonzentration der Lösung ab.
Das Konzentrieren der Proteinlösung in diesem Schritt steigert nicht nur die Gesamt- Verfahrensausbeute, sondern verringert auch die Salzkonzentration des End-Proteinisolats nach Trocknen. Die Möglichkeit, die Salzkonzentration des Isolats zu steuern, ist bei Anwendungen des Isolats wichtig, in denen Schwankungen der Salzkonzentrationen die funktionellen und sensorischen Eigenschaften bei einer speziellen Nahrungsmittelanwendung beeinflussen.
Wie es wohlbekannt ist, gestatten Ultrafiltrations- und ähnliche selektive Membrantechniken, daß Spezies mit niedrigem Molekulargewicht durch dieselben dringen, während Spezies mit höherem Molekulargewicht daran gehindert werden. Die Spezies mit niedrigem Molekulargewicht schließen nicht nur die ionischen Spezies des Salzes von Nahrungsmittelgüte, sondern auch Materialien mit niedrigem Molekulargewicht, die aus dem Ausgangsmaterial extrahiert wurden, wie Kohlehydrate, Pigmente usw. ein. Das Molekulargewicht-Rückhaltevermögen der Membran wird üblicherweise so gewählt, daß es die Zurückhaltung von im wesentlichen dem ganzen Protein in der Lösung sicherstellt.
Die Beseitigung von Spezies mit niedrigem Molekulargewicht aus der extrahierten Lösung während des Konzentrationsschrittes gestattet, daß die Konzentration des Proteins ohne dessen Fällung gut über die beim Extraktionsschritt erreichbare maximale Konzentration hinaus erhöht wird.
Die konzentrierte Proteinlösung kann einem weiteren Fettentiernungsschritt unterzogen werden, indem man die konzentrierte Proteinlösung auf eine Temperatur unterhalb von etwa 15ºC, bevorzugt unterhalb von etwa 10ºC, insbesondere im Bereich von etwa 3 bis etwa 7ºC abkühlt, um zu veranlassen, daß sich Fett aus der wäßrigen Phase abtrennt, und das Fett entfernt, das sich von der konzentrierten Proteinlösung abtrennt. Jedes der Fettabtrennungsverfahren, das oben für den Entfettungsschritt beschrieben worden ist, kann allein oder in Kombination für die Entfernung des Fetts aus der gekühlten konzentrierten Proteinlösung verwendet werden. Das weitere. Entfettungsverfahren hat im allgemeinen die Entfernung von etwa 30 bis etwa 90% des restlichen Fettes, vorzugsweise etwa 70 bis etwa 90%, auf eine Rest-Fettkonzentration von etwa 1 bis etwa 10 g/l konzentrierte Proteinlösung zum Ergebnis.
Die Proteinlösung kann bezüglich des Fettgehaltes überprüft werden, um das durch Kühlen entfernte Fett zu bestimmen. Das Fett wird von der Oberfläche der Lösung, beispielsweise durch die Verwendung einer Pumpe, dekantiert, und die entfettete Lösung wird feinfiltriert, um restliches gefälltes Fett zu entfernen.
Die konzentrierte Proteinlösung, die aus der Konzentration und den Entfettungsschritten resultiert und im allgemeinen eine Proteinkonzentration von etwa 40 bis etwa 200 g/l, aufweist, abhängig von der anfänglichen Proteinkonzentration und dem verwendeten Volumenverringerungsfaktor, wird auf eine Ionenstärke von weniger als etwa 0,2 verdünnt, im allgemeinen durch Zugabe der konzentrierten Proteinlösung zu einer Wassermasse, die das Volumen aufweist, das erforderlich ist, um die erforderliche Abnahme der Ionenstärke zu erzielen.
Die Wassermasse, in welche die konzentrierte Proteinlösung eingetragen wird, weist üblicherweise eine Temperatur von weniger als etwa 25ºC auf und weist bevorzugt eine Temperatur von etwa 3 bis etwa 15ºC auf, da bei diesen kälteren Temperaturen verbesserte Ausbeuten an Protein-Isolat erzielt werden.
Die Verringerung der Ionenstärke verursacht die Bildung einer wolkenähnlichen Masse von hoch aggregierten Proteinmolekülen in diskreten Proteintröpfchen in Mizellenform. Man läßt die Protein-Mizellen sich absetzen, um eine aggregierte, koaleszierte, dichte, amorphe, klebrige, Gluten-artige Proteinisolat-Masse zu bilden. Das Absetzen kann beispielsweise durch Zentrifugation unterstützt werden. Ein derartiges induziertes Absetzen verringert den Flüssigkeitsgehalt der Proteinisolat-Masse, wodurch der Feuchtigkeitsgehalt im allgemeinen von etwa 70 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-% auf einen Wert von im allgemeinen etwa 50 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% der gesamten Isolat-Masse verringert wird. Die Verringerung des Feuchtigkeitsgehaltes der Isolat-Masse auf diese Weise verringert auch den Gehalt des Isolats an eingeschlossenem Salz und demgemäß den Salzgehalt des getrockneten Isolats.
Die Ionenstärke, auf welche die konzentrierte Proteinlösung verdünnt wird, unterhalb etwa 0,2, beeinflußt die Effizienz der Mizellenbildung und demgemäß die Ausbeute an Isolat, die erzielt wird. Aus diesem Grund wird die Ionenstärke gewöhnlich auf einen Wert von weniger als etwa 0,15 und vorzugsweise weniger als etwa 0,1 verringert. Die Möglichkeit, in dieser Erfindung gute Ausbeuten an Protein-Isolat im Ionenstärkebereich von etwa 0,1 bis etwa 0,2 zu erzielen, steht in deutlichem Kontrast zu dem oben erwähnten Verfahren des Standes der Technik, in dem die Ionenstärke auf unterhalb von 0,1 verringert werden muß, um vernünftige Ausbeuten zu erzielen.
Die Verdünnung wird vorzugsweise bis zu einer Ionenstärke im Bereich von etwa 0,06 bis etwa 0,12 bewirkt, da in diesem Bereich optimale Ausbeuten erzielbar sind und für eine Ionenstärke unterhalb von etwa 0,06 übermäßige Wasservolumina ohne zusätzlichen Vorteil erforderlich sind. Die untere Grenze der Ionenstärke der verdünnten Proteinlösung wird mehr durch praktische wirtschaftliche Überlegungen bezüglich Flüssigkeitsvolumen als durch Überlegungen der Verfahrensführbarkeit diktiert. In der erläuterten Ausführungsform wird die konzentrierte Proteinlösung etwa 1 : 15 in Wasser verdünnt.
Das abgesetzte Isolat in Form einer amorphen, aggregierten, klebrigen, Gelatine-artigen, Gluten-artigen Protein-Masse, als "Protein-Mizellenmasse" oder PMM bezeichnet, wird von der restlichen wäßrigen Phase beispielsweise durch Abdekantieren der restlichen wäßrigen Phase von der abgesetzten Masse getrennt. Die PMM kann in nasser Form verwendet werden oder durch irgendeine zweckmäßige Technik, wie Sprühtrocknen, Gefriertrocknen oder Vakuumtrommeltrocknen zu einer trockenen Form getrocknet werden. Die trockene PMM weist einen hohen Proteingehalt auf, gewöhnlich von mehr als 90% Protein (berechnet als Kjeldahl-N · 6,25) und ist im wesentlichen nicht denaturiert (wie durch Differentialscanning-Kalorimetrie bestimmt). Die trockene PMM, die aus dem fettigen Ölsamen-Schrotmehl isoliert wird, weist auch einen niedrigen Rest-Fettgehalt auf, der unterhalb von etwa 1% liegen kann.
Die Möglichkeit, hohe Konzentrationen an nicht-denaturiertem Protein zu erzielen, steht in deutlichem Kontrast zu den Protein-Konzentrationen, die durch herkömmliche Techniken erzielt werden. Der hohe Gehalt an nicht-denaturiertem Protein, der durch die Anwendung des Verfahrens der Erfindung auf heutige, mit Fett versetzte Ölsamen-Schrotmehle erzielt wird, ist mit demjenigen vergleichbar, der durch das Verfahren des US-Patents 4,208,323 bei Protein- Ausgangsmaterialien, wie in dem Patent beschrieben, erzielbar ist.
Die einzigartigen Entfettungsvorgänge, die gemäß der Erfindung, wie oben beschrieben, durchgeführt werden, ermöglichen, daß die hohe Proteinkonzentration in einem nichtdenaturierenden Verfahren aus mit Fett verunreinigtem Ölsamen-Schrotmehl erzielt wird. Das Verfahren der Erfindung ermöglicht, daß ein modifiziertes Protein-Mizellenmasse-Flüssigkeitsausschlußprodukt, hierin als MPMMLE bezeichnet, bereitgestellt wird.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert:

BEISPIEL 1:

Dieses Beispiel erläutert die Herstellung eines Protein-Isofats aus Canola-Ölsamen- Schrotmehl gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gemäß dem Verfahren von Fig. 1.
Kommerzielles Canola-Schrotmehl (50 kg) wurde zu 500 l einer aus Leitungswasser hergestellten wäßrigen Lösung von Natriumchlorid (0,5 M) gegeben, alles in einem 600 I- System enthalten. Die Mischung wurde 4 Stunden bei 8ºC unter Rühren bei 76,0 U/min mit einem Paddelmischer gerührt. Die gesamt Mischung wurde dann mit einer Wilmes-Blasenpresse einem Preßschritt unterzogen. Die Flüssigkeit, die aus der Presse gewonnen wurde, wurde dann in einem Westphalia-Klärgefäß zentrifugiert, was einen rohen Salz/Protein-Extrakt mit 13 mg Protein/ml Extrakt und einem End-Gesamtvolumen von 477 l erzeugte.
Die rohe Salz/Protein-Lösung wurde dann 16 Stunden auf 6ºC gekühlt, wonach eine Fettschicht oben auf der Lösung entstanden war. Diese obere Schicht wurde abgepumpt, und die verbleibende Proteinlösung wurde durch ein Beutelfilter mit einer Nenn-Porosität von 5 Mikrometern filtriert, um verbleibende Teilchen aus Samenhülsen und Zellwandmaterial plus Restteilchen von Fett zu entfernen.
Die geklärte Lösung wurde in einem Hohlfaser-Ultrafiltrationssystem mit einem Molekulargewicht-Rückhaltevermögen von 30000 auf ein Endvolumen von 50 l mit einer Protein konzentration von ungefähr 120 mg/ml konzentriert. Das resultierende 50 I-Konzentrat wurde wieder 16 Stunden auf 6ºC gekühlt, und es bildete sich ein feiner Fettfilm auf der Oberfläche der Lösung; dieser Film wurde abgeschöpft und verworfen.
Der Flüssigkeitsextrakt mit hohem Proteingehalt wurde 15-fach in Leitungswasser (6ºC) verdünnt. Unmittelbar nach der Verdünnung war zu sehen, daß sich eine weiße Wolke bildete. Man ließ diese Protein-Wolke (verursacht durch Proteinaggregation aufgrund von hydrophober Assoziation der Canola-Schrotmehl-Proteine) sich in dem Verdünnungsgefäß absetzen. Das obere verdünnende Wasser wurde abgepumpt, und die gefällte, viskose Proteinmasse wurde gesammelt und sprühgetrocknet. Es wurde durch Differentialscanning-Kalorimetrie gezeigt, daß das resultierende Protein-Isolat (91% Protein, wie es ist) nativ mit hoher Funktionalität in verschiedenen Nahrungsmittelanwendungen war. Der End-Fettgehalt des Isolats betrug 0,93%.

BEISPIEL 2:

Dieses Beispiel erläutert die Herstellung eines Protein-Isolats aus mit Lösungsmittel extrahiertem Rapssamen-Schrotmehl gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung des Verfahrens von Fig. 2.
Schrotmehl aus einem kommerziellen polnischen Rapssamen, das 32,5% Protein (wie es ist), 10,1% Fett und 6,1% Feuchtigkeit enthielt, wurde bei einem 10%-igen Gewichts/Volumen- Verhältnis in Wasser extrahiert, das 1,46 Gew.-% Salz enthielt. Das Extraktionssystem wurde 2 Stunden bei 25ºC gemischt, wie in Beispiel 1 beschrieben verarbeitet, um restliches Schrotmehl zu entfernen, und dann auf 8ºC gekühlt und eine Stunde absetzen gelassen. Nach dieser Absetzungszeitspanne wurden etwa 200 g Fett oben von dem Absetzungssystem abgeschöpft, das wäßrige System wurde dann zentrifugiert, um teilchenförmiges Material zu entfernen. Der Überstand wurde diafiltriert und dann auf einer Membran mit einem Molekulargewicht-Rückhaltevermögen von nominell 30000 Dalton konzentriert. Dieser vereinigte Membranschritt erforderte 4, 5 Stunden und erzeugte einen Proteinextrakt mit einer Gesamt-Feststoffkonzentration von 4,1% (43,9% Protein, Trockenbasis). Der Proteinextrakt wurde 15-fach in kaltem Leitungswasser (2ºC) verdünnt, unmittelbar bei der Verdünnung bildete sich eine weiße Mizellenwolke aus aggregiertem Protein. Man ließ diese Mizellenmasse sich 14 Stunden bei 3ºC absetzen, das obere verdünnende Wasser wurde abdekantiert, und die viskose Proteinmasse wurde vom Boden gesammelt und getrocknet, um das End- Proteinprodukt zu bilden.

BEISPIEL 3:

Dieses Beispiel erläutert die Verwendung eines Schrotmehls, das aus der Kaltpressung (Extrusion) von Canola-Samen hergestellt wurde.
Intakte Canola-Samen wurden in eine Kaltextrusionspresse (vom Monforts-Typ) eingetragen und darin zerquetscht, resultierende Pfropfen wurden zerquetscht, verdichtete Samen bruchstücke (abzüglich des extrudierten Öls) wurden in einer Standardmühle (vom Fitz-Typ) gemahlen, um eine Konsistenz ähnlich derjenigen von kommerziellem Canola-Schrotmehl zu ergeben. Dieses Material wurde dann durch das Proteinextraktions- und -gewinnungsverfahren, wie in Beispiel 2 beschrieben, verarbeitet. Die typische Wolke aus Proteinmizellen bildete sich bei Verdünnung, und die viskose Mizellenmasse wurde gesammelt und getrocknet, um das End-Proteinprodukt zu bilden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Protein-Isolats, gekennzeichnet durch:

(a) Extrahieren eines Ölsamenschrots mit einem Fett-Gehalt von bis zu 10 Gew.-% des Schrots mit einer wäßrigen Lösung eines Salzes von Nahrungsmittelgüte, die eine Ionenstärke von mindestens 0,2 und einen pH von 5 bis 6, 8 aufweist, bei einer Temperatur von 5 bis 35ºC, um die Löslichmachung von Protein und Fett in dem Ölsamenschrot zu veranlassen und eine wäßrige Protein-Lösung zu bilden,

(b) Abtrennen der wäßrigen Protein-Lösung von rückständigem Ölsamenschrot,

(c) Entfernen von Fett aus der wäßrigen Protein-Lösung, um eine entfettete Protein-Lösung bereitzustellen,

(d) Erhöhen der Protein-Konzentration der entfetteten Protein-Lösung, während man die Ionenstärke derselben im wesentlichen konstant hält, um eine konzentrierte entfettete Protein-Lösung zu bilden,

(e) Verdünnen der konzentrierten entfetteten Protein-Lösung auf eine Ionenstärke unterhalb von 0,2, um die Bildung von diskreten Protein-Teilchen in der wäßrigen Phase zumindest teilweise in Form von Protein-Mizellen zu veranlassen,

(f) Absetzenlassen der Protein-Mizellen, um eine Masse von Protein-Isolat zumindest teilweise in Form einer amorphen, klebrigen, Gelatine-artigen, Gluten-artigen Protein-Mizellenmasse zu bilden,

(g) Abtrennen des Protein-Isolats von überstehender Flüssigkeit und

(h) Trocknen des abgetrennten Protein-Isolats, um ein getrocknetes Protein- Pulver, das im wesentlichen nicht denaturiert ist und einen Protein- Gehalt von mindestens 90 Gew.-% aufweist, bereitzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die wäßrige Lösung eines Salzes von Nahrungsmittelgüte eine Ionenstärke von 0,3 bis 0,6 aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, in dem der Extraktionsschritt während 10 bis 60 Minuten bewirkt wird.

4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, in dem die wäßrige Lösung eines Salzes von Nahrungsmittelgüte einen pH von 5, 3 bis 6, 2 aufweist.

5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, in dem die wäßrige Protein-Lösung eine Konzentration von 10 bis 100 g/l Protein und 1 bis 10 g/l löslich gemachtes Fett aufweist.

6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, in dem Fett aus der wäßrigen Protein-Lösung entfernt wird, indem man die wäßrige Protein- Lösung kühlt, um zu veranlassen, daß sich Fett aus der wäßrigen Phase abtrennt, und dann das Fett von der wäßrigen Phase abtrennt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, in dem das Fett durch Dekantieren, Zentrifugieren und/oder Feinfiltration abgetrennt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, in dem die wäßrige Protein-Lösung auf eine Temperatur unterhalb von 15ºC abgekühlt wird, um die Entfernung von 2530 bis 90% Fett aus der wäßrigen Protein-Lösung zu bewirken.

9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, in dem die wäßrige Protein-Lösung auf 3 bis 7ºC abgekühlt wird.

10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9, in dem der Abkühlungsschritt bei der wäßrigen Protein-Lösung vor der Abtrennung von rückständigem Ölsamenschrot bewirkt wird und der rückständige Ölsamenschrot von der wäßrigen Protein-Lösung nach der Abtrennung von Fett aus der wäßrigen Phase abgetrennt wird.

11. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9, in dem der Abkühlungsschritt bei der wäßrigen Protein-Lösung nach der Abtrennung der wäßrigen Protein-Lösung von rückständigem Ölsamenschrot bewirkt wird.

12. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, in dem 70 bis 90% des Fett-Gehalts der wäßrigen Protein-Lösung entfernt werden.

13. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, in dem die entfettete Protein-Lösung konzentriert wird, während man die Ionenstärke derselben unter Verwendung einer selektiven Membrantechnik beibehält.

14. Verfahren nach Anspruch 13, in dem die entfettete Protein-Lösung um einen Volumenverringerungsfaktor von 3,0 bis 10 konzentriert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, in dem die Konzentration bei einer Temperatur von 20ºC bis 45ºC bewirkt wird.

16. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, in dem die konzentrierte entfettete Protein-Lösung vor dem Verdünnungsschritt einem weiteren Fettentfernungsschritt unterzogen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, in dem der weitere Fettentfernungsschritt bewirkt wird, indem man die konzentrierte entfettete Protein-Lösung abkühlt, um zu veranlassen, daß sich Fett aus der wäßrigen Lösung abtrennt, und dann das Fett von der wäßrigen Phase abtrennt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, in dem das Fett durch Dekantieren, Zentrifugieren und/oder Feinfiltration abgetrennt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, in dem die wäßrige Protein-Lösung auf eine Temperatur unterhalb von 15ºC abgekühlt wird, um die Entfernung von 30 bis 90% des Fettes aus der wäßrigen Protein-Lösung zu bewirken.

20. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 17 bis 19, in dem die konzentrierte entfettete Protein-Lösung auf 3 bis 7ºC gekühlt wird.

21. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 17 bis 20, in dem 70 bis 90% des Fett-Gehalts der konzentrierten Protein-Lösung entfernt werden.

22. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 21, in dem der Verdünnungsschritt bei einer Temperatur von weniger als 25ºC bewirkt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, in dem der Verdünnungsschritt durch Einspeisen der konzentrierten Protein-Lösung in eine gekühlte Masse aus Wasser mit einer Temperatur von 3 bis 15ºC bewirkt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, in dem die Verdünnung bis zu einer Ionenstärke von 0,06 bis 0,12 bewirkt wird.

25. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 24, in dem die Protein- Mizellen durch Zentrifugation abgeschieden werden.

26. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 25, in dem der Ölsamenschrot Canolaschrot, Rapssamenschrot oder Sojabohnenschrot ist.