從含油種子提取蛋白質(zhì)的方法
【專利說明】從含油種子提取蛋白質(zhì)的方法 發(fā)明領域
[0001] 本發(fā)明涉及從含油種子（Oil seed)粗粉（meal)、優(yōu)選從冷壓的含油種子粗粉 選擇性地優(yōu)先于油提取蛋白質(zhì)，以生產(chǎn)中間水性蛋白質(zhì)溶液（intermediate aqueous protein solution)，所述中間水性蛋白質(zhì)溶液適合制備由天然蛋白質(zhì)構成的蛋白質(zhì)分離 物。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 含油種子（例如，向日葵、油菜籽（rapeseed)/加拿大油菜籽（canola)、芥菜籽、 玉米種子、亞麻籽）和大豆通常不僅是食用油的極好來源，而且還是蛋白質(zhì)的極好來源。例 如，加拿大油菜籽是世界上最大的含油種子作物之一，其被認為是第三位的最豐富的食用 油來源。
[0004] 傳統(tǒng)上，對于具有相對高的油含量（基于干物質(zhì)> 35%，油菜籽約40% )的材 料而言，使用機械壓榨和溶劑提取的組合來有效提取油[Rosenthal等人，Enzyme and Microbial Technology 19(1996)402-420]。提取油之后，對經(jīng)壓榨的材料進行熱處理 以除去溶劑，從而產(chǎn)生油和蛋白質(zhì)含量分別為干物質(zhì)的1-5%和40-50%的餅（cake)。 雖然所述餅具有相對高的蛋白質(zhì)含量，但油提取期間所應用的苛刻條件（即，提高的溫 度、溶劑）顯著降低了存在的蛋白質(zhì)的質(zhì)量。這些苛刻條件導致蛋白質(zhì)變性，從而負面 影響所純化的蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)[Khattab等人，LWT-Food Science and Technology 42(2009) 1119-1124]，從而降低了它們的價值。這些油提取條件不利于蛋白質(zhì)的質(zhì)量這一 認識是支持冷壓技術改進的因素之一。在冷壓期間，不使用溶劑且在溫和條件下榨出油，從 而產(chǎn)生質(zhì)量更好的油和質(zhì)量更高的含油種子壓榨的粗粉。
[0005] 這種粗粉具有相對高的油含量（基于干物質(zhì)，通常>8%，例如>10% )，且是功能 性得到保留的蛋白質(zhì)的極好來源?？赏ㄟ^例如水性提取容易地從粗粉中提取這些蛋白質(zhì) [Rosenthal 等人，Enzyme and Microbial Technology 19(1996)402_420, Rosenthal 等 人，Trans IChemE, Part C, 76 (1998) 224-230 和 Lawhon 等人，Journal of Food Science 46(1981)912-916]。這類工藝的最大挑戰(zhàn)之一是：在提取期間，蛋白質(zhì)和油被同時提取 [Rosenthal 等人，Trans IChemE, Part C, 76 (1998) 224-230]。這導致含有顯著量油的提取 物，所述油在大多數(shù)情況下部分作為穩(wěn)定乳劑存在，從而使其去除相當困難。
[0006] 本發(fā)明通過證明可通過使用溫和提取方法選擇性提取蛋白質(zhì)來生產(chǎn)富含蛋白質(zhì) 且?guī)缀酰╬ractically)不含脂肪的提取物解決了這個挑戰(zhàn)。以下將更詳細解釋：溫和提取 方法是在提取期間產(chǎn)生最低剪切至不產(chǎn)生剪切的提取方法，這對于選擇性提取蛋白質(zhì)而基 本上不提取脂肪很重要。
[0007] 對于從基于干物質(zhì)具有至少8%油含量的含油種子粗粉中提取蛋白質(zhì)而言，本發(fā) 明的方法特別有用。
[0008] US 2012/0252065描述了從含油種子粗粉制備蛋白質(zhì)分離物和水解的蛋白質(zhì)濃縮 物的水性方法。將含油種子粗粉與水性溶劑混合以形成漿體。根據(jù)圖4A，所使用的混合時 間是1小時，從而導致中間蛋白質(zhì)水性蛋白質(zhì)溶液中不期望的脂肪與蛋白質(zhì)之比。
[0009] US 6, 005, 076描述了制備蛋白質(zhì)分離物的方法，其包含多個步驟。蛋白質(zhì)提取通 過將含油種子粗粉與鹽溶液混合并在76rpm下混合/攪拌來進行。根據(jù)說明書，蛋白質(zhì)提 取具有在加拿大油菜籽粗粉中溶解一定脂肪的額外效果，這導致脂肪存在于含水相中。其 它步驟之一是從含水相中除去脂肪。
[0010] Klockeman 等人（1997, J. Agric. Food Chem，45, 3867-3870, Isolation and characterization of defatted canola meal protein)描述了通過在 180_200rpm下攬動 60分鐘來從商業(yè)化己烷脫脂加拿大油菜籽粗粉中提取蛋白質(zhì)。
[0011] W0 95/27406描述了通過將基于脫脂（不含脂肪）大豆的材料懸浮在水中并使懸 浮物經(jīng)受酶處理來生產(chǎn)基于膳食大豆的產(chǎn)品的方法。
[0012] GB 2461093描述了從油質(zhì)植物材料制備植物蛋白質(zhì)濃縮物的方法，其包括使用非 極性溶劑（例如己烷）和使用乙醇。
[0013] GB 1 502 959描述了通過使用有機溶劑處理脫油的油質(zhì)種子材料以生產(chǎn)蛋白質(zhì) 濃縮物和提取物溶液的方法。
[0014] Rosenthal 等人（I"8, Trans iChemE,第 76 期，C 部分，Simultaneous aqueous extraction of oil and protein from soybean:mechanisms for process design)石開究 了從大豆粉水性提取油和蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)和油的提取率顯示出密切相關。圖10顯示了攪 動速度對從大豆粉提取油和蛋白質(zhì)的影響。
【附圖說明】
[0015] 圖1 :作為蛋白質(zhì)和油的提取率的函數(shù)的脂肪與蛋白質(zhì)之比。
[0016] (A)具有基于干重（DWB)為1%的油含量、DWB為38%的蛋白質(zhì)含量和92%的干 物質(zhì)（DM)的脫脂油菜籽餅；
[0017] ⑶具有DWB為2. 6%的油含量、DWB為36. 2%的蛋白質(zhì)含量和89. 2%的DM的 脫月旨油菜軒餅[Shahidi F, Canola and Rapeseed:Production, Chemistry, Nutrition and Processing Technology. 1990Van Nostrand Reinhold, ISBN 0-442-00295-5]；
[0018] (C)具有DWB為5%的油含量、DWB為38%的蛋白質(zhì)含量和92%的DM的脫脂油菜 籽餅；
[0019] (D)具有DWB為5%的油含量、DWB為38%的蛋白質(zhì)含量和92%的DM的冷壓油菜 籽餅。
[0020] 實粗線：油提取率為5% ;
[0021] 短劃線：油提取率為10% ;
[0022] 點劃線：油提取率為20% ;
[0023] 實細線：油提取率為50% ;
[0024] 灰線：油提取率為80%。
[0025] 插圖：脂肪與蛋白質(zhì)之比具有低值的區(qū)域被放大。使用方程（3)來計算脂肪與蛋 白質(zhì)之比（參見實驗部分）。
[0026] 圖2 :在攪拌的容器中期間的脂肪與蛋白質(zhì)之比（也參見實施例3)。
[0027] 圖3 :示意性提取柱。
[0028] 發(fā)明概沐
[0029] 在一個其實施方式中，本發(fā)明提供從含油種子粗粉生產(chǎn)中間水性蛋白質(zhì)溶液的方 法，所述蛋白質(zhì)溶液具有至少1:12的脂肪與蛋白質(zhì)之比，所述方法包括：使基于干物質(zhì)具 有至少8%的油含量的含油種子粗粉經(jīng)受重力引起的固-液提取，以及任選地收集產(chǎn)生的 中間水性蛋白質(zhì)溶液。
[0030] 在另一個實施方式中，本發(fā)明提供中間水性含油種子蛋白質(zhì)溶液，其具有至少 1:12的脂肪與蛋白質(zhì)之比。所述中間水性含油種子蛋白質(zhì)溶液例如通過上述方法獲得。
[0031] 在又一實施方式中，本發(fā)明提供最低剪切條件（例如重力引起的固_液提?。┰?從含油種子粗粉中選擇性地優(yōu)先于油提取蛋白質(zhì)中的用途。
[0032] 本發(fā)明還提供獲得含油種子蛋白質(zhì)分離物的方法，所述方法包括濃縮和沉淀（使 用標準的方法學）中間水性含油種子蛋白質(zhì)溶液。
[0033] 發(fā)明詳沐
[0034] 本發(fā)明證明，可通過使用溫和提取方法選擇性提取蛋白質(zhì)來從壓榨的含油種子粗 粉中提取富含蛋白質(zhì)且?guī)缀醪缓镜奶崛∥?。溫和提取方法是在提取期間產(chǎn)生最低剪切 至不產(chǎn)生剪切的提取方法，這對于選擇性提取蛋白質(zhì)而基本上不提取脂肪很重要。
[0035] 通過多步驟方法來生產(chǎn)含油種子蛋白質(zhì)分離物。一般而言，這種從含油種子生產(chǎn) 蛋白質(zhì)分離物的方法包括：
[0036] _獲得含油種子
[0037] _對含油種子進行篩選、清洗和任選地脫殼
[0038] -從脫殼的含油種子中至少部分地（溶劑或冷）提取油，產(chǎn)生油產(chǎn)物和至少部分脫 脂的含油種子粗粉
[0039] -使所述油產(chǎn)物與所述部分脫脂的含油種子粗粉分離
[0040]-提取所述部分脫脂的含油種子粗粉以使所述部分脫脂的含油種子粗粉中的蛋白 質(zhì)溶解，這通常也使所述部分脫脂的含油種子粗粉中的（部分）剩余脂肪溶解
[0041] _將水性蛋白質(zhì)溶液與殘留的含油種子粗粉分離以獲得中間水性蛋白質(zhì)溶液；如 上文所概述，這種溶液通常包含共提取的脂肪，因此，在總體生產(chǎn)方法的這個階段，脂肪與 蛋白質(zhì)之比通常遠高于〇. 5%
[0042] -使產(chǎn)生的中間水性蛋白質(zhì)溶液經(jīng)受這樣的步驟，例如：
[0043] ?色素去除步驟和/或脂肪去除步驟（這些步驟的順序可顛倒）
[0044] _濃縮獲得的蛋白質(zhì)溶液以增加蛋白質(zhì)濃度
[0045] _另外的脂肪去除步驟
[0046] _干燥濃縮的蛋白質(zhì)溶液以獲得含油種子蛋白質(zhì)分離物；或者，通過改變包括溫 度、PH、離子強度、鹽濃度和/或溶劑的因素使溶液中的蛋白質(zhì)沉淀，使蛋白質(zhì)沉淀物沉降， 使沉淀的蛋白質(zhì)與殘留的含水相分離，以及干燥蛋白質(zhì)以獲得含油種子蛋白質(zhì)分離物。 [0047] 在油菜籽的情況下，通常利用稀釋來使蛋白質(zhì)沉淀，例如利用冷水稀釋以降低所 有組分的溶解度，或進行稀釋以將離子強度降至最低，從而降低在相對高的離子強度下可 溶的那些組分的溶解度。
[0048] 或者，直接洗滌并干燥濃縮的蛋白質(zhì)（即，不沉淀）。
[0049] 根據(jù)所使用的確切條件和源材料（即，特定的含油種子粗粉），并非所有步驟都需 要執(zhí)行且一些步驟可以以不同的順序執(zhí)行。此外，并非所有步驟都需要立即和在相同場所 執(zhí)行。通常，在一個場所中從含油種子提取油（油制造商），且在另一個場所中進行從含油 種子粗粉/餅提取蛋白質(zhì)。
[0050] 為了避免任何混淆，本發(fā)明涉及獲得中間水性蛋白質(zhì)溶液（或者，蛋白質(zhì)提取物 流或蛋白質(zhì)提取物，所述術語在本文中可交換使用）的方法，所述中間水性蛋白質(zhì)溶液即， 作為水性提?。ú糠置撝模┖头N子粗粉之后的直接生成產(chǎn)物的蛋白質(zhì)溶液。取決于溫 和提取的類型和這種溫和提取是否以分批或連續(xù)方式進行，在得到中間水性蛋白質(zhì)溶液之 前可需要進行固/液提取。換言之，中間水性蛋白質(zhì)溶液是包含溶解的源自（部分脫脂的） 含油種子粗粉的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)溶液，其是提取的直接結果。中間水性蛋白質(zhì)溶液是尚未 經(jīng)受濃縮、沉淀和/或干燥的蛋白質(zhì)級分。換言之，中間水性蛋白質(zhì)溶液是在提取步驟結束 時存在于固/液混合物中的液相。為了避免任何誤解，中間水性蛋白質(zhì)溶液不是作為脫脂、 脫油或脫乳脂（decreaming)步驟的結果的蛋白質(zhì)溶液，例如離心后獲得的提取物。本文所 述的中間水性蛋白質(zhì)溶液不同于現(xiàn)有技術的蛋白質(zhì)提取方法中所產(chǎn)生的漿體。術語"漿體" 通常是指這樣的含油種子粗粉，其已與水性溶劑充分混合（或攪動）從而形成含有溶解蛋 白質(zhì)和蛋白質(zhì)懸浮物、油和任選地液體中的纖維和抗營養(yǎng)化合物的液體。
[0051] 蛋白質(zhì)中間溶液中脂肪的存在是不期望的，因為這導致部分作為穩(wěn)定乳劑存在的 蛋白質(zhì)提取物。此外，脂肪的存在可導致在蛋白質(zhì)和脂肪/乳劑的進一步分離期間蛋白質(zhì) 產(chǎn)物損失。中間蛋白質(zhì)溶液中（高水平）脂肪的存在可導致終產(chǎn)物（蛋白質(zhì)分離物）中相 對高的脂肪含量，這也是不期望的。本發(fā)明通過證明可通過使用溫和的蛋白質(zhì)提取方法選 擇性提取蛋白質(zhì)來生產(chǎn)富含蛋白質(zhì)且?guī)缀醪缓镜奶崛∥飦斫鉀Q這些問題。
[0052] 本發(fā)明提供從含油種子粗粉生產(chǎn)中間水性蛋白質(zhì)溶液的水性方法，所述蛋白質(zhì)溶 液具有至少1:12的脂肪與蛋白質(zhì)之比，所述方法包括：使基于干物質(zhì)具有至少8%的油含 量的含油種子粗粉在最低剪切條件下經(jīng)受水性提取，優(yōu)選重力引起的固_液提取，以及任 選地收集產(chǎn)生的中間水性蛋白質(zhì)溶液。
[0053] 換言之，本發(fā)明提供從基于干物質(zhì)具有至少8%的油含量的含油種子粗粉中選擇 性提取蛋白質(zhì)（優(yōu)先于油）的方法，所述方法包括：使所述粗粉在最低剪切條件下經(jīng)受