CN104955341A - 分级可溶性豌豆部分的方法,由此获得的部分及其增值 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于分级豌豆可溶性部分的方法，该方法按顺序包括一个微滤或离心的步骤，随后是一个超滤步骤，以及可任选地一个反渗透步骤。由此实现了：减少蛋白质向可溶性部分的泄漏，改善了由蒸发可溶性部分进行的单一浓缩步骤的产率，并选择性地分离了所感兴趣的蛋白质。该方法易于实施，用在各单个步骤的设备是常规的且是本领域的技术人员熟知的。而且，本发明的该方法不使用除水之外的任何有机试剂。

Description

分级可溶性豌豆部分的方法,由此获得的部分及其增值
本发明涉及一种用于分级豌豆可溶性部分的原创性方法，该方法包括一个微滤或离心步骤，随后是一个超滤步骤，和一个可任选的反渗透步骤。由此实现了：减少蛋白质向可溶性部分的泄漏，改善了通过蒸发可溶性部分进行的单一浓缩步骤的产率，并选择性地分离了所感兴趣的蛋白质。它也是一种易于实施的方法，在各单一步骤中所使用的设备是常规并且是本领域的技术人员熟知的。
自二十世纪70年代以来，豌豆已经成为了在欧洲并且主要在法国最广泛发展的一种豆科种子植物，尤其是作为动物饲料还有人类消费的食物的蛋白质资源。豌豆包含按重量计大约27％的蛋白质物质。术语“豌豆”在此被认为是其最广泛接受的含义，并且具体包括“光粒豌豆”的所有的野生品种和“光粒豌豆”和“皱粒豌豆”的所有的突变品种，无论所述品种通常的用途(人类消费的食物，动物饲料和/或其他用途)如何。
在豌豆的成分中，目前最多被开发的那些是淀粉、纤维和蛋白质，也称为惰性成分。开发的相应的方法在于先通过在捏合机中混合豌豆粉和水来制备淀粉乳状物。在从这种乳状物提取完淀粉和纤维后，获得了一种富含蛋白质的产品。然后在乳状物上进行絮凝操作，具体地通过热凝固术，絮凝操作的目标是使所感兴趣的一种或多种蛋白质变得不可溶。在该方法的这个阶段，有必要进行分离，具体是通过离心倾析，以便分离一种也称作“絮凝物”的高度富含蛋白质的组合物。该上清液构成了本领域技术人员通常称为“可溶性部分”的物质。
首先应当指明的是在所述部分包括一定数量的不溶性微粒(例如多种多样的胶体，并且还有特别是蛋白质)的意义上，术语“可溶性部分”构成了语言上的误用。这些可溶性部分首先必须是通过蒸发进行浓缩，这样使得它们包含的不溶性物质(并且具体是蛋白质)被回收。目前，可溶性部分被开发的非常少；一旦所述部分富含纤维，它们在发酵中实际上会被专门用作氮源以及被用作牲畜的营养饲料。
本申请人近期已经通过法国专利申请号0951962和1257680保护了用于从来自淀粉植物的可溶性部分提取β-淀粉酶的方法，淀粉植物包括豌豆，所述方法包括通过微滤进行的澄清步骤和通过超滤进行的浓缩/纯化步骤。
当它发生时，一定要注意这种使从最初的豌豆变成富含蛋白质的组合物(絮状物)的方法的总产率远不能达到100％。认为在工业水平上，在可溶性部分中发现了按重量计5％和25％之间的，但是更通常是在大约20％的最初包含在起始豌豆中的蛋白质。这种大量的蛋白质经由可溶性部分的泄漏引起了一定数量的弊端。
首先是所感兴趣的蛋白质的完全损失，目前只是通过从倾析步骤生成的蛋白质絮状物来利用该所感兴趣的蛋白质。如果实现了包含在可溶性部分中的蛋白质部分的完全分离，那么考虑到对其进行富集，所述部分可以有利地被掺入或重新定向至蛋白质絮状物中。
该方法引起的目前存在的第二个问题是，在通过蒸发进行的可溶性部分的单一浓缩步骤的水平下的一个很平庸的产率：其中丰富的蛋白质的含量导致蒸发器结垢现象是很显著的并且为了清洁需要频繁中断。事实上，凭借它们的热敏性，蛋白质凝结并有污染蒸发装置的倾向。
最后并且根据第三视角，近期研究已表明由可溶性部分(该部分称为PA1b)得来的蛋白质的一部分可以有利地用于生产杀虫剂：这种结果来自文献FR 2 778 407 A1的教导。因此，实际上在可溶性部分中选择性分离一种或多种蛋白质部分中也存在技术优势。
就本申请人所知，这个问题从未被作为一个整体来解决，即，着眼于找到目标在于解决如上所述的三重技术问题的方案。文献“中试规模回收来自通过超滤排放的豌豆乳清的蛋白”(高雷(利)(Lei(Leigh)Gao)、阮凯D.(Khai D.)和阿尔芬斯C.尤提鸥(Alphonsus C.Utioh)，食品科学与技术(Lebensm.-Wiss.u.-Technol.)，第34卷，149-158页，2001)主要讲述通过离心随后超滤进行的豌豆蛋白质的回收。就其本身而言，专利申请WO2006/052003涉及用于制备衍生自来自于豌豆转换的废液的可溶性多肽的方法，该方法通过膜过滤并且然后干燥进行。
致力于找到用于优化针对从豌豆中提取蛋白质的方法的产率的总体解决方案，本申请人已经成功研发了一种方法，该方法可以解决以下三重技术问题：
-减少蛋白质向可溶性部分的泄漏，
-改善通过蒸发可溶性部分进行的单一浓缩步骤的产率，
-选择性地分离在可溶性部分中的所感兴趣的蛋白质。
这种方法是基于分离所述可溶性部分的不同步骤的连续进行，a)通过离心或微滤，b)然后超滤，c)并且最后可任选地反渗透。
以顺序的方式实施这些步骤完全有利地使得在每个过滤单元的水平上分离所感兴趣的蛋白质部分成为可能。典型地，在微滤渗余物或离心颗粒(或沉积物)中回收球蛋白和植酸。然后微滤渗透物或离心上清液经历一个超滤步骤：然后白蛋白组成了大部分的超滤渗余物的固体，渗透物将要经历可任选的反渗透步骤。一方面，后者使得分离在渗余物中的富含α-半乳糖苷-型的碳水化合物的部分成为可能，并且，在另一方面，氨基酸、碳水化合物和其他盐存在于渗透物中。可以参考本申请图1中的原理图。
其他图2-5展示了在本申请中的测试示例中所获得的结果和电泳图谱。
由此实现了所感兴趣的蛋白质的不同类别的非常精确的分离，所分离的蛋白质随后可以在给定应用中得以利用。微滤渗余物和从离心得到的沉积物完全有利地富含植酸。当它发生时，这种酸通过形成不溶性盐(植酸盐)抑制了不同阳离子(Zn、Cu、Co、Mn、Ca、Fe)的吸收。这种性质被用在酿酒学中：用植酸钙进行处理是唯一授权的(在法国)用于去除红酒中的离子的处理方法。
还有利的是，从反渗透步骤中得到的渗余物特别富含α-半乳糖苷，而且还富含称为PA1b的部分，PA1b在生产完全生物基来源的杀虫剂中具有直接的应用(如在上述的文献FR 2 778 407中所披露的)。此外，富含所感兴趣的不同蛋白质的并且在每个单一的过滤步骤的水平下所获得的部分的全部或一部分可以被重新定向至絮状物，离心倾析步骤的下游。其结果是，絮状物的丰富的蛋白质的含量增加。
最后，从反渗透步骤得到的最终渗透物(有利地包含氨基酸、碳水化合物和其他盐，是具有非常小尺寸的颗粒)，可以容易借助蒸发仪进行浓缩，但不会引起堵塞的问题，堵塞的问题需要经常停止生产来进行清洗操作或甚至更换设备。
因此，本发明的一个第一主题由一种用于处理豌豆可溶性部分的方法组成，该方法包括：
a)一个微滤或离心所述可溶性部分以得到一种微滤渗透物或一种离心上清液的步骤，
b)随后是一个超滤该微滤渗透物或该离心上清液以得到一种超滤渗透物和一种超滤渗余物的步骤，
c)随后是一个反渗透该超滤渗透物以从该反渗透得到一种渗透物和一种渗余物的可任选的步骤。
本发明的原创性之一在于，着眼于利用其含量，使豌豆可溶性部分(先天非贵金属的组合物)经历一定数量的处理步骤。这种类型的方法(其中单一处理步骤直接应用到可溶性部分)是明确区分于现有技术工艺的，现有技术工艺可能依靠这些相同的个体步骤，但是着眼于处理：
-着眼于纯化豌豆蛋白质，所述豌豆蛋白质不含可溶性部分，
-或这些相同的豌豆蛋白质仍然带有可溶性部分，并且着眼于精确地进行蛋白质与可溶性部分之间的分离。
因此，根据本发明的方法的第一步骤是微滤或离心步骤，a)这一步骤直接在豌豆可溶性部分上进行，该豌豆可溶性部分来自于离心倾析步骤。这一步骤的目的具体地是为了分离富含球蛋白的蛋白质部分。
豌豆可溶性部分的微滤生成了微滤渗透物和微滤渗余物。然后在后续超滤步骤b)中进行处理的是渗透物。就其本身而言，离心豌豆可溶性部分产生离心上清液和离心沉积物。然后在后续超滤步骤b)中进行处理的是上清液。
当第一步骤为微滤时，优选地是切向膜微滤。更具体的是，切向微滤优选地是用具有0.01μm至1μm，优选0.05μm至0.5μm的孔隙度的陶瓷膜进行的。
任选地，此外，通过本领域的技术人员已知的任何技术，在该第一微滤或离心步骤之前可以对包含在淀粉植物可溶性部分中的不溶性颗粒进行一个絮凝步骤。
根据本发明的方法的第二步骤由一个超滤步骤b)组成，该步骤在微滤渗透物或在离心上清液上进行。一方面，它使得获得富含白蛋白的超滤渗余物成为可能；在另一方面，它使得获得富含关于已经提到过的称为PA1b的部分的渗透物成为可能，PA1b部分可以用于生产杀虫剂。因此，渗透物整体可以直接用于该杀虫剂应用，不必对其进行过度地处理/分离。
更具体地是，建议使用具有在0.1和0.5μm之间的截留阈值的膜进行超滤，保持跨膜压低于4巴。
最后，根据本本发明的方法包括第三步骤c)，该步骤仍是可任选的，但是优选地进行的：它是在超滤渗透物上进行的一个反渗透步骤。
本申请人建议用具有在100Da和500Da之间的截留阈值的膜执行这种渗透。
下列实例使得能够更清晰地说明本申请，但不限制其范围。
实例
实例1
这一实例说明了为了获得首先是富含球蛋白的微滤渗余物，其次是富含碳水化合物的超滤渗透物，将微滤与超滤进行组合的有效性。
首先生产豌豆可溶性部分。
起初通过在配备有100pm筛的Alpine锤磨机中研磨去皮饲用豌豆制备豌豆粉。然后在水中浸泡含有87％固形物的300kg豌豆粉至基于干重的25％终浓度，pH 6.5。含有25％固形物(即，因此为261kg干粉)的1044kg豌豆粉悬浮液然后与500kg水一起导入由14级组成的水力旋流器组中。在第5级与豌豆粉悬浮液一起进料。该分离导致与第1级输出物相对应的轻质相产生。它由蛋白、内部纤维和可溶性材料的混合物组成。
作为混合物(基于总干重142kg)，在水力旋流器出口处的这种轻质相含有：纤维(按重量计约14.8％，即基于干重21kg)、蛋白质(按重量计约42.8％，即基于干重60.8kg)和可溶性材料(按重量计约42.4％，即基于干重60.2kg)。该部分具有11.4％的固形物含量。在用于工业马铃薯加工淀粉设备中所用的Westfalia离心倾析器上进行纤维分离。在离心倾析器出口处的轻质相含有蛋白质和可溶性材料的混合物，而重质相含有豌豆纤维。重质相含有105kg纤维，该纤维含有20％固形物。应当注意，几乎所有纤维实际上都发现于这部分中。
就蛋白和可溶性材料部分而言，它含有在可溶性材料和蛋白的溶液中的1142kg混合物(含有6％固形物的部分)。通过调节在离心倾析器出口处的轻质相至pH 4.5并加热至50℃，在其等电点进行蛋白质的絮凝。
这样絮凝的蛋白质在熟化罐中留置10分钟。在蛋白质沉淀后，进行离心倾析，使得在干燥后回收含有56kg蛋白质的沉积物成为可能(基于干重86％的N×6.25)，该蛋白质含有93％的固形物。
以该方式进行该过程，直至获得2500升的豌豆可溶物，通过添加50％的氢氧化钠将这些豌豆可溶物的pH调节至7。使得到的悬浮液的温度到达70℃。在表1.1中给出得到的悬浮液(SOLF_1)的组成。
表1.1
溶液从配备有Inside陶瓷膜的微滤单元抽出来，该陶瓷膜具有0.14μm的截留阈值(19个4.5mm的通道)。通过过滤，将温度调节至60℃并且跨膜压被保持在0.4和0.6巴之间的一个值。
由此回收了707升的微滤渗透物(P014_1)和1768升的微滤渗余物(R014_1)。在表1.2中给出了各部分的组成。
表1.2
通过超滤单元抽出550升的渗透物(P014_1)。该超滤单元配备有BX陶瓷膜，该陶瓷膜由诺华赛(Novasep)公司销售，并且具有15kDa的截留阈值(7个6mm的通道)。通过过滤，将温度调节至60℃并且跨膜压被保持在1和3巴之间的一个值。
由此回收了467升的超滤渗透物(P15_1)和33升的渗余物(R15_1)。在表1.3中给出了各部分的组成。
表1.3
实例2
与前面的实例相比，这个实例说明了用于优化渗余物丰度的渗滤的好处。
通过添加50％的氢氧化钠，将从等电凝聚过程中得到的600升的豌豆可溶物调节至pH 7.0。使得到的悬浮液的温度到达60℃。悬浮液的组分是在上表1.1中给出的那些。
溶液从配备有Inside陶瓷膜的微滤单元抽出来，该陶瓷膜具有0.14μm的截留阈值(19个4.5mm的通道)。通过过滤，将温度调节至60℃并且跨膜压被保持在0.4和0.6巴之间的一个值。
由此回收了160升的微滤渗透物(P014_2)和400升的微滤渗余物(R014_2)。
通过超滤单元抽出110升的渗透物(P014_2)。该超滤单元配备有BX陶瓷膜，该陶瓷膜由诺华赛(Novasep)公司销售，并且具有15kDa的截留阈值(7个6mm的通道)。渗余物部分全部保持回收到进料上，并且排出渗透物。该进料补充有恒定流量的水，以1体积水对7体积排出的渗透物的比例。通过过滤，将温度调节至60℃并且跨膜压被保持在2和3巴之间的一个值。
由此回收了107升的超滤渗透物(P15_2)和7升的渗余物(R15_2)。喷雾干燥该渗余物(R15_2)。在表2.1中给出了所分析的部分的组分。
表2.1
实例3
这个实例说明了用于脱矿质和增加超滤渗透物的所感兴趣的总碳水化合物浓度的反渗透的有益作用。
根据在实例2中所描述的方案处理150升的豌豆可溶物。由此获得60升的超滤渗透物(P15_3)并且然后将其通过配备有Osmonics螺旋有机膜的反渗透单元抽出，该螺旋有机膜由通用电气公司(General ElectricCompany)销售并且具有350Da的截留阈值。渗余物部分全部保持回收到进料上，并且排出渗透物。通过过滤，将温度调节至50℃并且将压力保持在约20巴的值。
由此回收5升的渗余物(R350_3)。在表3.1中给出了不同部分的组成。
表3.1
实例4
测量溶解度作为在实例2中所获得的喷雾干燥的部分R15_2的pH的函数。将其与申请人所销售的F85M豌豆蛋白质分离物相比较。
溶解度被认为等于来自离心(15min，以3000g)的悬浮液中的上清液的固形物，该悬浮液在给定的pH下并且是通过5g产品于100g水中的均质化制备的。图2代表了作为pH的函数的两种产品的溶解度。R15_2部分比F85M具有更好的溶解度。这种更好的溶解度在芽变(sport)领域对能量表达部分是一种优势。
实例5
测量乳化能力作为在实例2中所获得的喷雾干燥的部分R15_2的pH的函数。将其与F85M豌豆蛋白分离物相比较。
基于余下的乳状液的体积(为％)，在分散于给定的pH下的水-油混合物中后确定产品的乳化活性，并且然后离心。基于余下的乳状液的体积(为％)，在分散于给定的pH下的水-油混合物中后确定产品的乳化活性，并且然后根据安松氏(Yasumatsu)等人(1972)的方法进行离心，该方法由纳科斯M.(Naczk M.)、鲁宾L.J.(Rubin L.J.)、夏海迪F.(Shahidi F.)豌豆蛋白质制备的功能性质和植酸盐含量，食品科学杂志(Journal of FoodScience)，第51卷，第5期，1986，1245-1247页中描述。
图3示出在pH 4.5和5.5下，R15_2部分具有最好的乳化能力，在这个pH下F85M不具有乳化能力。可以尤其是在猪肉领域利用这些乳化性。
实例6
在不同pH下测量在实例2中获得的喷雾干燥的部分R15_2的发泡能力和泡沫稳定性。将其与F85M豌豆蛋白分离物相比较(参见图4)。
根据萨姆纳A.K.(Sumner A.K.)、尼耳森M.A.(Nielsen M.A.)、扬斯C.G.(Youngs C.G.)豌豆蛋白质分离的产品与评价，食品科学杂志，第46卷，1981，364-372页中的方法，确定样品蛋白质的发泡能力。在放置使其静置30分钟后，从泡沫体积的百分比减少计算出所得泡沫的损失。
R15_2部分的泡沫的保持性比F85M好得多。在冰淇淋、蛋糖霜、水果蛋糕、面包或高蛋白质条中，实际上会寻求更好的泡沫保持性。
实例7
通过一组20名专家组成员评估在实例2中所获得的喷雾干燥的部分R15_2的感官品质。将其与F85M豌豆蛋白分离物相比较。
对于每个测试，将5g的产品与150ml的水混合并且保持在50℃的水浴中。
与F85M相比，就气味和味道而言，R15_2部更趋于中性。
表7.1 列出了在分析期间由专家组成员作出的描述。
表7.1
实例8
为了供给试点回路，被预浓缩至10％的固形物(SOPPr)的一部分豌豆可溶物的工业流从最后的浓缩步骤转移(旨在使其达到28％的固形物)，包括：
·将CA-505离心倾析单元调节至3600g的加速度并且以大约12m3/h进行给料。所述单元连续产生11m3/h的溢流部分(OVF)，将其重新导入回收SOPPr部分的点的可溶物-浓缩回路下游，并且在干燥前将600kg/h的沉积物(SED)与蛋白质分离物混合。
·超滤单元配备有BW陶瓷膜，该陶瓷膜由诺华赛(Novasep)公司销售，并且具有5kDa的截留阈值(19个3.5mm的通道)。用由前面步骤产生的溢流体积部分(OVF)分批供给所述单元。
渗余物部分全部保持回收到进料上，并且排出渗透物。该进料补充有恒定流量的水，以1体积水对5体积排出的渗透物的比例。通过过滤，将温度调节至60℃并且跨膜压被保持在2和3巴之间的一个值。生成2部分：渗余物(RET)和渗透物(PERM)。
在表8.1和8.2中给出了不同部分的组分。
表8.1
表8.2
实例9
呈现于图5中的电泳图谱对在实例2中所获得的喷雾干燥的部分R15_2、在实例1中获得的R014_1部分，和在实例8中所获得的SED和RET部分进行了确定。在变性的和还原条件下，通过迁移样品穿过20％的聚丙烯酰胺凝胶，随后用考马斯蓝染色产生图谱。相对应的图谱显示在图5中。
对于R15_2和RET部分，注意到明显地存在约14kDa的带(相对应于白蛋白PA1)，在30kDa的带(相对应于白蛋白二聚物PA2)。事实上，根据文献FR 2 778 407 A1的指示，这是一个特别有利于利用的部分。
对于R014_1和RET部分，注意到在约50kDa及以上的带的优势，反映了大量存在的球蛋白，该优势使其能够被用于尤其是动物饲料中。
实例10
这个实例说明了可溶物的预处理对循环时间以及因此的浓缩步骤的有效性的有益作用。
在实例8中所描述的离心倾析单元的操作保持不变，以便观察对操作可溶物-浓缩步骤的循环时间的影响。由此将数据与未通过倾析单元对可溶物进行预处理的浓缩步骤的那些进行比较。在这两种情况下，用于操作浓缩系统的参数(汽流速率、真空、产生的温度，可溶物的进口与出口固形物)是保持不变的。通过在两次中止蒸发系统用来清洗间流逝的时间限定循环时间。一旦蒸发冷凝流速率减少超过相对于完成清洗后所获得的其标称值(针对55m3/h的可溶物-供给流速是>40m3/h)的15％，就开始清洗。
表10.1

Claims (7)

1.一种用于处理豌豆可溶性部分的方法，该方法包括：
a)一个微滤或离心所述可溶性部分以得到一种微滤渗透物或一种离心上清液的步骤，
b)随后是一个超滤该微滤渗透物或该离心上清液以得到一种超滤渗透物和一种超滤渗余物的步骤，
c)随后是一个反渗透该超滤渗透物以从该反渗透得到一种渗透物和一种渗余物的可任选的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该微滤步骤a)是一种切向膜微滤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于用具有0.01μm至1μm，优选0.05μm至0.5μm的孔隙度的陶瓷膜进行该切向膜微滤。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于在步骤a)之前对包含于该豌豆可溶性部分中的不溶性颗粒进行一个絮凝步骤。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于使用具有在0.1和0.5μm之间的一个截留阈值的膜进行该超滤步骤b)，保持跨膜压低于4巴。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于进行该反渗透步骤c)。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于用具有在100Da和500Da之间的一个截留阈值的膜进行该反渗透。
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