BR112019019497A2

BR112019019497A2 - processo inovador para extração de proteína de planta ou da matéria algal

Info

Publication number: BR112019019497A2
Application number: BR112019019497A
Authority: BR
Inventors: Dina Alba; David Fuks; Ezra Hanuka; Aviad Karniel
Original assignee: Imi Tami Institute For Res And Development Ltd
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2020-04-28
Also published as: WO2018173041A1; CA3056758A1; US20200015495A1; CA3056758C; IL269443B1; IL269443B2; US11582986B2; EP3599884B1; EP3599884A1; CN110996677A; IL269443A; EP3599884A4

Abstract

trata-se de um método para separar proteínas de materiais vegetais ou algas. o método compreende misturar o material contendo proteína com um solvente, preferencialmente água; extrair o material contendo proteína em ph > 7; e acidificar a mistura, precipitando, desse modo, proteínas e fibras juntas. em algumas modalidades da invenção, a separação compreende adicionalmente decantar a mistura para recuperar um sólido de proteína/fibra; adicionar água ao sólido de proteína/fibra; adicionar uma quantidade predeterminada de base ao sistema de proteína/fibra/água, precipitando, desse modo, a fibra; separar a fibra da proteína em um decantador; e secar a solução proteica. em outras modalidades, o sólido de proteína/fibra é processado diretamente, por exemplo, sendo passado para uma extrusora. a utilização da fibra como um veículo para a proteína torna o método inventivo mais eficiente do que os métodos conhecidos na técnica; em particular, o método inventivo não requer o uso de uma centrífuga clarificadora de alto g.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO

PROCESSO INOVADOR PARA EXTRAÇÃO DE PROTEÍNA DE PLANTA OU DA MATÉRIA ALGAL

REFERÊNCIA A PEDIDOS RELACIONADOS [001 ] Este pedido reivindica prioridade do Pedido Provisório n^s U.S. 62/473.502, depositado em 20 de março de 2017, que é incorporado em sua totalidade a título de referência.

CAMPO DA INVENÇÃO [002] Esta invenção é direcionada, em geral, a métodos para extrair proteínas de material contendo proteína derivado de plantas ou algas. Esta invenção é direcionada, em geral, a métodos para extrair proteínas de material contendo proteína derivado de plantas ou algas. A mesma é dirigida, em particular, a métodos para extrair proteínas de matéria vegetal ou algal, em que fibras são usadas como veículo, a fim de proporcionar uma melhor separação da proteína.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [003] Matéria vegetal, particularmente de plantas tais como leguminosas, é uma fonte bem conhecida de proteína. Em métodos conhecidos na técnica, o processo de extração compreende, em geral, misturar a matéria vegetal com um solvente, centrifugação e decantação ou filtração para remover a matéria fibrosa e acidificar o material restante após separação no clarificador para produzir um extrato de proteína bruta. Açúcares e amido são, em geral, separados neste ponto para concentração para produzir melaço. O extrato de proteína bruta é reidratado, sendo que a água é usada adicionalmente para lavar sais, açúcares e amido do extrato de proteína. O extrato de proteína bruta é então alimentado para uma centrífuga de clarificação para produzir um segundo extrato. Água é adicionada a esse segundo extrato a fim de ajustar o teor de sólidos para 8 a 15%, e o pH é, então, trazido para um ponto quase neutro pela adição de base. Pó de proteína seca é, então, produzido por secagem por pulverização do segundo extrato. Um esboço esquemático das etapas nos métodos conhecidos

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2/9 na técnica, como o descrito aqui, é apresentado na Figura 1 A.

[004] Em métodos conhecidos na técnica, o clarificador usado para isolar a proteína do líquido sobrenadante representa um gargalo no processo, limitando o rendimento do processo, bem como a eficiência da separação e purificação.

[005] A Publicação de Patente Internacional (PCT) n² WO2018/011786 (doravante 786) revela um método para produzir um concentrado de proteína derivado de leguminosas, tais como grão de bico. O método compreende suspender o material de leguminosa em água, adoçar o material de leguminosa e extrair as proteínas do material adoçado. O adoçamento é realizado, preferencialmente, por reação do material de leguminosa com ácido fumárico, e a extração é realizada, preferencialmente, por alcalinização do produto leguminoso adoçado.

[006] Portanto, permanece uma necessidade sentida, ainda não atendida, de um processo de extração de proteínas da matéria vegetal que separe a proteína com mais eficiência do que os métodos conhecidos na técnica.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [007] O método revelado no presente documento foi projetado para atender a essa necessidade sentida há muito tempo. Em particular, o método usa fibra vegetal como veículo da proteína, em vez de separá-la em uma etapa inicial. O uso da fibra vegetal como veículo da proteína é conseguido acidificando-se uma suspensão do material vegetal antes de qualquer etapa de decantação, produzindo, desse modo, um precipitado de proteína/fibra que pode ser usado como está para processamento adicional ou a partir do qual a proteína pode ser separada com facilidade e eficiência.

[008] Portanto, é um objetivo dessa invenção revelar um método para extrair proteínas de material contendo proteína derivado de plantas ou algas, que compreende: (a) misturar o dito material contendo proteína com um solvente, produzindo, desse modo, uma suspensão do dito material contendo proteína no dito solvente; (b) extrair o dito material contendo proteína em pH > 7; (c) acidificar

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3/9 a dita suspensão, produzindo, desse modo, um precipitado de proteína/fibra e um líquido sobrenadante e (d) separar o dito precipitado de proteína/fibra do dito líquido sobrenadante para recuperar um sólido de proteína/fibra.

[009] É um objetivo adicional dessa invenção revelar esse método, em que a dita etapa de extração compreende: adicionar base suficiente à dita suspensão para elevar o pH acima de 7; e, manter a dita suspensão em pH básico até que uma fração predeterminada do dito material contendo proteína tenha sido extraída. Em algumas modalidades preferenciais do método, a dita fração predeterminada é de pelo menos 95% em peso.

[010] É um objetivo adicional dessa invenção revelar o método como definido em qualquer ponto anterior, em que a dita etapa de extração é realizada antes de qualquer etapa de adicionar ácido ao dito material contendo proteína.

[011] É um objetivo adicional dessa invenção revelar o método como definido em qualquer ponto anterior, em que a dita etapa de acidificação compreende a acidificação por adição de um ácido que não seja o ácido fumárico.

[012] É um objetivo adicional dessa invenção revelar o método como definido em qualquer ponto anterior, em que o dito método não compreende nenhuma etapa de adoçamento.

[013] É um objetivo adicional dessa invenção revelar o método como definido em qualquer ponto anterior, em que o dito material contendo proteína é de origem vegetal. Em algumas modalidades preferenciais da invenção, o dito material de origem vegetal é derivado de uma planta selecionada do grupo que consiste em ervilha, grão de bico, moringa, malva, amaranto, cânhamo e soja. Em algumas modalidades particularmente preferenciais da invenção, o dito material vegetal compreende material selecionado do grupo que consiste em farinha de ervilha e farinha de grão de bico.

[014] É um objetivo adicional dessa invenção revelar o método como definido em qualquer ponto anterior, em que o dito material contendo proteína é derivado de algas.

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4/9 [015] É um objetivo adicional dessa invenção revelar o método como definido em qualquer ponto anterior, em que o dito solvente é água.

[016] É um objetivo adicional dessa invenção revelar o método como definido em qualquer ponto anterior, em que a dita etapa de extração compreende a extração em um pH de cerca de 9.

[017] É um objetivo adicional dessa invenção revelar o método como definido em qualquer ponto anterior, em que a dita etapa de acidificação compreende acidificar a dita suspensão até seu ponto isoelétrico.

[018] É um objetivo adicional dessa invenção revelar o método como definido em qualquer ponto anterior, em que a dita etapa de acidificação compreende acidificar a dita suspensão para um pH entre 4,3 e 4,8.

[019] É um objetivo adicional dessa invenção revelar o método conforme definido em qualquer ponto anterior, em que a dita etapa de separação do dito precipitado de proteína/fibra do dito líquido sobrenadante compreende pelo menos uma etapa selecionada do grupo que consiste em (a) separar o dito precipitado de proteína/fibra do dito líquido sobrenadante por decantação; e (b) separar o dito precipitado de proteína/fibra do dito líquido sobrenadante por filtração. Em algumas modalidades preferenciais da invenção, a dita etapa de separar a dita fibra da dita solução de proteína compreende separar a dita fibra da dita proteína por decantação.

[020] É um objetivo adicional dessa invenção revelar o método como definido em qualquer ponto anterior, em que a dita etapa de separar o dito precipitado de proteína/fibra do dito líquido sobrenadante para recuperar um sólido de proteína/fibra é seguida por uma etapa de lavar o dito sólido de proteína/fibra para remover pelo menos uma substância selecionada do grupo que consiste em líquidos, gordura, açúcares e amido.

[021] É um objetivo adicional dessa invenção revelar o método como definido em qualquer ponto anterior, em que o dito método não compreende nenhuma etapa que exija o uso de um clarificador de força g alta.

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5/9 [022] É um objetivo adicional dessa invenção revelar o método como definido em qualquer ponto anterior, que compreende: adicionar água ao dito sólido de proteína/fibra, produzindo, desse modo, uma mistura de proteína/fibra/água; adicionar uma quantidade predeterminada de base à dita mistura de proteína/fibra/água, precipitando, desse modo, a fibra e produzindo uma solução de proteína; e separar a dita fibra da dita solução de proteína. Em algumas modalidades preferenciais da invenção, a mesma compreende secar a dita solução de proteína após a dita etapa de separar a dita fibra da dita solução de proteína, produzindo, desse modo, proteína seca. Em algumas modalidades particularmente preferenciais da invenção, a dita etapa de secar a dita solução de proteína compreende secar a dita proteína por secagem por pulverização. Em modalidades preferenciais da invenção, a dita etapa de adicionar uma quantidade predeterminada de base à dita mistura de proteína/fibra/água compreende a alcalinização da dita mistura para um pH entre 6,5 e 10. Em algumas modalidades particularmente preferenciais da invenção, a dita etapa de alcalinizar a dita mistura para um pH entre 6,5 e 10 compreende alcalinizar a dita mistura para um pH entre 8 e 9. Em algumas modalidades preferenciais da invenção, a dita etapa de separar a dita fibra da dita solução de proteína é seguida por uma etapa de ajustar a dita solução de proteína para um pH entre 6,8 e 7,5.

[023] É um objetivo adicional dessa invenção revelar o método como definido acima, que compreende passar o dito sólido de proteína/fibra para uma extrusora. Em algumas modalidades preferenciais do método em que o mesmo compreende passar o dito sólido de proteína/fibra para uma extrusora, o dito material contendo proteína compreende material derivado da soja.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [024] A invenção será descrita agora com referência ao desenho, em que: [025] A Figura 1 apresenta uma comparação esquemática de métodos conhecidos na técnica (Figura 1A) e o método aqui revelado (Figura 1B) para

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6/9 produção de proteína a partir de material vegetal.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS [026] Na descrição a seguir, vários aspectos da invenção serão descritos. Para fins de explicação, detalhes específicos são apresentados a fim de fornecer um entendimento completo da invenção. Será evidente para uma pessoa versada na técnica que existem outras modalidades da invenção que diferem em detalhes sem afetar a natureza essencial da mesma. Em particular, embora em alguns casos, por clareza ou concisão, diferentes elementos da invenção ou diferentes etapas do método sejam discutidos individualmente, qualquer combinação de elementos revelados no presente documento que não seja autocontraditória é considerada pelos inventores como estando dentro do escopo da invenção. Além disso, os exemplos aqui apresentados são apresentados a fim de ajudar uma pessoa de habilidade comum na técnica a entender como fazer e usar a invenção revelada no presente documento, e não deve ser interpretada como limitando a invenção de forma alguma. Pelo contrário, a invenção para a qual se busca proteção é aquela definida pelas reivindicações, de acordo com a interpretação razoável mais ampla das ditas reivindicações.

[027] Como utilizado no presente documento, com referência a quantidades numéricas, o termo cerca de refere-se a uma faixa de cerca de + 20% do valor nominal.

[028] Salvo indicação em contrário, todas as concentrações são dadas em porcentagem em peso.

[029] É feita agora referência à Figura 1B, que apresenta um esboço esquemático das etapas do processo inovador da presente invenção. Em contraste com os métodos conhecidos na técnica, como os descritos na Figura 1 A, em que a fibra vegetal é separada em um estágio inicial do processo após a extração básica ter sido realizada, no método revelado no presente documento, a fibra serve como veículo da proteína, levando a uma separação mais eficiente da proteína do restante da matéria vegetal. O método descrito no presente

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7/9 documento pode ser usado para extrair proteínas de qualquer tipo de material derivado de algas ou plantas que seja adequado para uso como fonte de proteína. Em algumas modalidades da invenção, o material é derivado de algas. Em algumas modalidades preferenciais da invenção, o material é de origem vegetal. Em algumas modalidades mais preferenciais da invenção, o material é matéria vegetal derivada de uma planta selecionada do grupo que consiste em ervilha, grão de bico, moringa, malva, amaranto, cânhamo e soja. Em algumas modalidades particularmente preferenciais da invenção, a matéria vegetal compreende farinha de ervilha e/ou farinha de grão de bico.

[030] No método inventivo, a matéria vegetal é misturada com um solvente (preferencialmente água) para formar uma suspensão. Base suficiente, tipicamente NaOH, é então adicionada para aumentar o pH para > 7 e a suspensão resultante mantida em pH básico até que a proteína, ou uma fração desejada, seja extraída. Em modalidades preferenciais da invenção, a extração é realizada em um pH de cerca de 9, isto é, sob condições suficientemente básicas para fornecer uma hidrólise essencialmente completa do conteúdo de proteína da planta ou material algal. Em modalidades típicas da invenção, mais de 95% em peso da proteína são extraídos na fase aquosa. Ao contrário dos métodos conhecidos na técnica, nas modalidades preferenciais do método, a fibra não é separada nesse ponto. Em vez disso, após a extração da proteína, a mistura de matéria vegetal/solvente é acidificada, preferencialmente até seu ponto isoelétrico, que, em geral, é um pH entre 4,3 e 4,8. Em modalidades típicas da invenção, é usado HCI, embora qualquer ácido que seja adequado para uso no processo (sendo H3PO4 um exemplo não limitante) possa ser utilizado. A acidificação leva à coprecipitação da proteína e fibra. Em contraste com os métodos da literatura, a etapa de acidificação do método revelado no presente documento precede em vez de suceder a etapa de decantação ou clarificação. Além disso, em contraste com o método revelado em ‘786, o método revelado não requer o uso de ácido fumárico.

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8/9 [031] Após a acidificação, o precipitado de proteína/fibra resultante é então separado do líquido sobrenadante, preferencialmente em um decantador. O precipitado de proteína/fibra é então recuperado para processamento adicional. Em modalidades preferenciais da invenção, o precipitado de proteína/fibra é então lavado para remover impurezas, como açúcares líquidos e amido. A lavagem é realizada preferencialmente em pH ácido, a fim de evitar a dissolução do precipitado e a perda de proteína no líquido sobrenadante. A mesma é realizada, de modo mais preferencial, em pH isoelétrico.

[032] Em algumas modalidades preferenciais, a proteína é separada do precipitado de proteína/fibra. Nestas modalidades, a proteína é separada preferencialmente de acordo com o seguinte. Solvente, preferencialmente água, é adicionado aos sólidos de proteína/fibra e o pH é ajustado por adição de base (em modalidades preferenciais, por adição de uma solução de NaOH). Em modalidades preferenciais, o pH é ajustado para entre 6,5 e 9 dissolvendo, desse modo, a proteína enquanto deixa a fibra não dissolvida. A fibra sólida é então separada da solução contendo proteína sobrenadante, preferencialmente em um decantador. Se a condição da suspensão de fibra exigir, pode ser usada uma centrífuga clarificadora além do decantador para separar a fibra, a fim de garantir que quaisquer pequenos pedaços restantes de fibra tenham sido removidos. Em contraste com os métodos da literatura, nos quais o uso de um clarificador de força g alta não é apenas necessário, mas representa o gargalo do processo, no método revelado no presente documento, o uso de um clarificador em geral não é necessário. O uso de um clarificador pode ser útil em alguns casos para fornecer um corte final desejado do que não está separado no decantador, mas mesmo nesses casos, um clarificador de alta força g de um tipo, em geral, conhecido na técnica pelo fato de que usa forças de milhares ou dezenas de milhares de gs não é necessário. Em modalidades preferenciais da invenção reveladas no presente documento, o pH da solução contendo proteínas é ajustado para próximo ao neutro após a separação da fibra da solução contendo

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9/9 proteínas, mais preferencialmente para um pH entre 6,8 e 7,5.

[033] Em modalidades preferenciais da invenção, a solução contendo proteína é, então, seca para produzir extrato de proteína seco. Em modalidades particularmente preferenciais da invenção, a solução contendo proteína é passada para um secador por pulverização, onde é seca por secagem por pulverização.

[034] Como descrito acima, devido à eficiência da extração básica, em algumas modalidades da invenção, em vez de separar a proteína do material vegetal, o precipitado de proteína/fibra produzido após a acidificação inicial é usado como está sem qualquer processamento adicional. Em modalidades preferenciais, o precipitado de proteína/fibra é transferido diretamente para uma extrusora, a fim de produzir um produto vegetal que seja rico em proteínas e também contenha fibra. Essa transferência direta é particularmente útil quando a matéria vegetal é rica em proteínas. Em algumas modalidades não limitantes, a concentração de proteína do precipitado de proteína/fibra enviado à extrusora é > 50%; a concentração de proteína mínima exata necessária para fornecer um produto útil depende dos requisitos específicos do produto desejado e do uso ao qual o mesmo se destina. Os inventores constataram que o precipitado de proteína/fibra derivado da soja é particularmente adequado para transferência direta para a extrusora. O material extrudado pode então ser processado de acordo com métodos conhecidos na técnica.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. MÉTODO PARA EXTRAIR PROTEÍNA DE MATERIAL CONTENDO PROTEÍNA DERIVADO DE PLANTAS OU ALGAS caracterizado pelo fato de que compreende:

misturar o dito material contendo proteína com um solvente, produzindo, desse modo, uma suspensão do dito material contendo proteína no dito solvente;

extrair o dito material contendo proteína em pH > 7;

acidificar a dita suspensão, produzindo, desse modo, um precipitado de proteína/fibra e um líquido sobrenadante; e, separar o dito precipitado de proteína/fibra do dito líquido sobrenadante para recuperar um sólido de proteína/fibra;

em que o dito método é realizado sob pelo menos uma condição selecionada do grupo que consiste em:

a dita etapa de acidificação ocorrer antes de qualquer etapa de decantação; e, a dita etapa de acidificação ocorrer antes de qualquer etapa de separar proteína de fibra.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de extração é realizada antes de qualquer etapa de adicionar ácido ao dito material contendo proteína.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito material contendo proteína é derivado de uma planta selecionada do grupo que consiste em ervilha, grão de bico, moringa, malva, amaranto, cânhamo e soja.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de acidificação compreende acidificar a dita suspensão um pH selecionado do grupo que consiste em seu ponto isoelétrico e um pH entre 4,3 e 4,8.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de separar o dito precipitado de proteína/fibra do dito

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2/2 líquido sobrenadante compreende pelo menos uma etapa selecionada do grupo que consiste em:

separar o dito precipitado de proteína/fibra do dito líquido sobrenadante por decantação; e, separar o dito precipitado de proteína/fibra do dito líquido sobrenadante por filtração.
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de separar o dito precipitado de proteína/fibra do dito líquido sobrenadante para recuperar um sólido de proteína/fibra é seguida por uma etapa de lavagem do dito sólido de proteína/fibra para remover pelo menos uma substância selecionada do grupo que consiste em líquidos, gordura, açúcares e amido.
7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende:

adicionar água ao dito sólido de proteína/fibra, produzindo, desse modo, uma mistura de proteína/fibra/água;

adicionar uma quantidade predeterminada de base à dita mistura de proteína/fibra/água, precipitando, desse modo, fibra e produzindo uma solução de proteína; e, separar a dita fibra da dita solução de proteína.
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende secar a dita solução de proteína após a dita etapa de separar a dita fibra da dita solução de proteína, produzindo, desse modo, a proteína seca.
9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende a passagem do dito sólido de proteína/fibra para uma extrusora.
10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito material contendo proteína compreende material derivado de soja.