CN106998741A - 来源于谷粒和含油种子的功能分离物的温和分级法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从诸如含油种子、豆类和谷粒的植物源材料提取天然蛋白质的方法。本发明中所提及的天然蛋白质以其非变性状态存在于源材料中，即，以其在食品工业中的应用相关的功能性质如溶解性被保持并且不受加工条件损害。本发明中所提及的源材料是属于植物来源的并且典型地含有大量(>5重量％)的天然油和脂质。本发明还涉及一种用于实施该方法的装置和通过本发明的方法可获得的天然蛋白质。

Description

来源于谷粒和含油种子的功能分离物的温和分级法

发明领域

本发明涉及从诸如含油种子、豆类和谷粒的植物源材料提取天然蛋白质的方法。本发明中所提及的天然蛋白质以其非变性状态存在于源材料中，即，以其食品工业中的应用相关的功能性质，如溶解性，被保持并且不被加工条件折损。本发明中所提及的源材料是属于植物来源的并且典型地含有大量(>5重量％)的天然油和脂质。本发明还涉及用于实施该方法的装置和通过本发明的方法可获得的天然蛋白质。

发明背景

在增长的世界人口的推动下，对于可食用蛋白质的全球需求正在稳步增加。该趋势被发展中国家增长的人均收入进一步加强。许多研究都表明使用植物蛋白质，即来自植物来源的源材料的蛋白质，作为人类饮食中的重要组分的优势。在温室气体排放和稀缺资源如土地、水和能量的使用方面，植物蛋白质的生产典型地比动物蛋白质的生产更加可持续。因此，植物蛋白质使用的增加将显著地有助于未来更多可持续的蛋白质供应。

植物蛋白质的主要来源是豆类诸如大豆、豌豆、蚕豆，含油种子诸如油菜籽、向日葵，以及谷类诸如小麦和玉米。为了增加人类饮食中的植物蛋白质的使用，从植物中分离蛋白质的方法需要被开发并以工业规模推广应用。挑战是获得(可食用)蛋白质分离物，其具有高纯度(即，脂肪含量低且不含有抗营养因子)并且具有保留的期望的蛋白质的功能性质，诸如溶解性、形成稳定泡沫的能力、形成凝胶的能力以及吸收水和吸收脂肪的能力和容量(capacity)。

用于从诸如含油种子的粗植物蛋白质源除去内源性油和脂质的现有技术通常意味着使用低沸点的有机溶剂，诸如丁烷或己烷。在油/脂质提取之后，在剩下的粗植物蛋白质源的富蛋白质级分中的这样的溶剂的残留物必须随后通过在有时被称为去溶剂-烘烤的专门设计的步骤中使用热被去除，在该步骤中使用高温和蒸汽来去除溶剂。遗憾的是，这样的苛刻的条件可能显著地限制蛋白质随后的提取能力和所得的功能性。也就是说，通常应用的脂质/油提取方法导致具有对食品工业低价值的非天然蛋白质。

使诸如含油种子粕的植物蛋白质源材料经受己烷和去溶剂-烘烤处理导致存在于源材料中的蛋白质与抗营养因子诸如酚类化合物和植酸的不可逆的相互作用。这些相互作用提供了关于在蛋白质分离的后续过程中这些抗营养因子的去除的困难。

由于现有技术中所描述的常规技术并未提供从源材料的蛋白质组分分离脂肪而不折损蛋白质的功能性质的有效方法，因此植物蛋白质源材料中脂肪的存在造成对处理设备(processor)的极大挑战。

如果应用用于提取蛋白质的常规技术，诸如在搅拌容器中将源材料与提取溶剂集中混合和搅拌，则油和脂质典型地与蛋白质共提取。当在提取过程中油和脂质从源材料中被释放时，油和脂质形成由存在于源材料中的蛋白质稳定的乳状液。应用现有技术中描述的用于分离蛋白质的技术，诸如用于处理大豆粕的那些技术，会导致脂肪与蛋白质一起浓缩。

存在于最终分离物中的脂肪严重地损害蛋白质的功能性，这是因为其也能够导致酸败和其他与脂肪有关的问题，包括较差的溶解性、结块以及变色。

专利申请US 005844086A提出了一种从具有高至10％的脂肪含量的卡诺拉(canola)的油饼中分离蛋白质的方法概念，该方法包括诸如以下的步骤：在盐溶液中从卡诺拉饼中提取蛋白质，压缩、离心、精滤(fine filtration)、超滤，与稀释和冷冻中间过程液体以通过倾析除去脂肪层相结合。尽管这样的方法能够潜在地应用于尚未用己烷处理的油饼，但是由于该多步骤方法，其并未提供能够易于以工业规模实施的解决方案。另外，值得注意的是，默里(Murray)方法意味着使用传统提取技术，从而包括使用有机溶剂的提取步骤并且包括去溶剂-烘烤步骤。

在WO 2013/013949中，提供了一种用于从油饼分离蛋白质的蛋白质分离方法，包括如下步骤：用水溶液提取蛋白质，浓缩并且加入水溶性有机溶剂以获得蛋白质沉淀物。蛋白质的提取是通过提供粗植物蛋白质源在水中的悬浮液并搅拌该悬浮液来实施的。通过搅拌施加于蛋白质源的剪切应力引起脂质从源材料的释放以及难以在后续的方法步骤中从提取物分离的脂肪和蛋白质的稳定乳状液的形成。当在搅拌的容器中提取的常规技术以工业规模应用时，这种现象将特别严重，这是因为在现有技术中已知，在大规模搅拌容器中的剪切速率达到100-1000/秒的水平[Camperi A.et al.,2008；Carta G,Jungbauer,2010]。

在WO 2014/147068中，提供了一种蛋白质分离方法，用以从油饼分离蛋白质，所述方法包括如下步骤：对含油种子粕进行重力引起的固-液提取并且可选地收集产生的中间水性蛋白质溶液。按照WO 2014/147068的方法，用于分离蛋白质级分的多组件系统包括4个泵单元和两个容器。在蛋白质分离过程期间，应用了相对大体积的水溶液。

目前的方法和装置均具有一个或更多个如上文所例证的缺点。在多种传统方法中，当植物源材料经受蛋白质提取方法处理时，蛋白质的天然构象未被保留。用于从植物源获得蛋白质提取物的方法的装置难以扩大规模，或者其必须以人工方式使用，从而在多种场合中，需要大量组件和大体积的溶剂。因此本领域正需要可扩大规模的方法和用于这样的可扩大规模的方法的合适的装置，以用于由诸如含油种子的植物源制备蛋白质提取物，所述蛋白质提取物包括其天然构象的蛋白质。该方法应当具有极温和的条件，从而使得在例如含油种子的起始材料中的蛋白质的天然构象完好无损。理想地，该方法消耗更少的溶剂，并且理想地，该装置包括有限数量的组件，即槽、泵等。

发明内容

本发明的第一方面涉及一种用于由含油种子的粕(粉，meal)或油饼(oil cake)制备蛋白质提取物的方法，其中所述方法包括：

a)在容器中制备水溶液和来自含油种子的粉碎的粕或油饼的混合物，其中经粉碎的颗粒具有小于1000μm的平均粒度(d32)；

b)借助在所述容器中提供的流产生装置在所述容器中创建所述粉碎的粕或油饼颗粒的流化床，并且使存在于所述粉碎的粕或油饼中的蛋白质的至少一部分溶解到所述水溶液中；

c)借助在所述容器中提供的过滤装置，在流化床条件下从所述混合物中分离经溶解的蛋白质的至少一部分，使得获得蛋白质提取物。

本发明提供了一种用于从诸如含油种子的植物源温和非变性的提取和分离蛋白质的改进的方法，由此从中提取蛋白质的源材料可以包含大量内源性油和脂质。该方法的目的是提取针对人类消费的天然蛋白质，即天然和可食用蛋白质。因此，本发明的方法保存了天然蛋白质的功能性质，并且本发明的方法避免了损害蛋白质提取物中的蛋白质的天然构象的处理步骤，诸如高于50℃的高温，低于4或高于10的极端pH，和蛋白质变性化合物或溶液的使用。本发明的一个目的是获得具有低含量脂肪和脂质的蛋白质的水性提取物，其中提取物中的蛋白质具有其天然构象。

本发明的第二方面涉及通过根据本发明的方法可获得的蛋白质提取物。

本发明的第三方面涉及一种用于由含油种子的粕或油饼制备蛋白质提取物29的装置1，所述装置包括闭合容器20、20a，所述闭合容器20、20a具有下部20’和上部20”，并且其中在所述容器的所述下部中定位有用于水溶液31的分配器32，所述分配器被布置成用于在第一方向从所述容器的所述下部到所述容器的所述上部产生水溶液的流，并且其中所述容器还包括至少一个过滤单元21，所述过滤单元21被被定位在用于水溶液的分配器上方，所述过滤单元包括基本上平坦的过滤元件，所述基本上平坦的过滤元件的表面与所述第一方向平行，并且设置有具有在4μm至200μm，优选地在4μm至100μm范围内的开口尺寸和在20％至50％之间的自由面积(有效面积，有效截面，free area)的过滤器，并且其中所述过滤单元设置有至少一个用于所述过滤单元的渗透物的出口22。

具体实施方式

本发明涉及一种用于由植物来源的源材料(诸如含油种子的粕或油饼、豆类或谷类)制备提取物的方法，所述方法包括：

a)在容器中制备粉碎的源材料与水的混合物；

b)借助专门设计的流分配器系统在所述容器的底部供水，并且通过这样做来创建悬浮在向上流动的水流中的源材料的流化(膨胀)床；

c)使水流继续，直至容器中的材料由于其尺寸和密度而将其自身分配成不同的级分，其中材料的层理反映系统中占主导地位的力的平衡，其中最粗糙和致密的级分留在床的底部，并且富含油和脂质的轻级分留在床的上部；

d)借助浸没在由源材料形成的床中的过滤装置从容器中取出含有溶解的蛋白质的提取物。过滤装置将源材料的(不溶)残留物，诸如脂肪(油)、脂质、壳，从含有溶解的蛋白质的提取物中分离。与残留固体相关联的脂质相通常基本上留在容器中(渗余物(保留物，retentate))，并且相较于源材料中的脂质与蛋白质的比率，收集在过滤装置的滤液侧的提取物(渗透物)具有降低的油和脂质含量。也就是说，相较于容器中的起始材料，蛋白质提取物，即滤液，富含蛋白质。典型地，利用本发明的方法获得的蛋白质提取物的脂质含量小于干重的10wt％，优选地在0.5wt％至4wt％之间，或者更低，而利用本发明的方法获得的蛋白质提取物的蛋白质含量是干重的至少35wt％，优选地是至少45wt％，或者更高。

随后使收集在滤液侧的蛋白质提取物(渗透物)优选地经历浓缩步骤和洗涤步骤，以除去可溶性化合物诸如非蛋白质氮化合物、酚类、植酸、碳水化合物、硫代葡萄糖苷和盐。该操作可以通过采用本领域已知的合适的超滤(UF)技术来完成，其中用于该方法中的UF膜是足够“紧密”的，即具有这样的孔，所述孔足够大以将蛋白质保留在渗余物侧，同时允许小于膜的截留尺寸的分子通过该膜并且被收集在UF单元的渗透物侧。

在UF步骤后利用蛋白质提取物获得的蛋白质浓缩物优选地、有利地在另外的步骤中被处理，所述另外的步骤包括通过应用按照奥斯本(Osborne)方案的、本领域已知的，以及例如在[Owusu-apenten R.,2004]中所描述的适合于分级分离蛋白质的任何技术分离为蛋白质级分。

对于油菜籽蛋白质，两种占主要地位的蛋白质级分是水溶性的napins(纸巾)白蛋白和在盐溶液中可溶的cruciferins(十字花科植物)球蛋白。napins和cruciferins两者均不溶于70vol％的乙醇。

本领域技术人员已知降低在UF之后获得的、含有天然napins(纸巾)和cruciferins(十字花科植物)的蛋白质浓缩物的离子强度会引起球蛋白级分的沉淀，同时将白蛋白级分主要留在溶液中。本领域技术人员知晓添加水溶性溶剂，诸如，例如乙醇，直至约70vol％的浓度(如奥斯本方案所设想的)将会沉淀白蛋白和球蛋白而将醇溶蛋白(即，在70vol％的乙醇中可溶的蛋白质)留在溶液中。因为napin和cruciferin不属于醇溶蛋白类，它们会在将乙醇加入到含有这些蛋白质级分的水溶液中时被沉淀。

通过本领域已知的合适的技术除去在方法中所使用的水或溶剂，来从溶液中分离蛋白质。通过本领域已知的喷雾干燥、真空干燥、冻干将蛋白质沉淀物和水性蛋白质浓缩物干燥。

因此，本发明的第一方面涉及一种用于由含油种子的粕或油饼制备蛋白质提取物的方法，其中所述方法包括：

a)在容器中制备水溶液与来自含油种子的粉碎的粕或油饼的混合物，其中粉碎的颗粒具有小于1000μm，优选地在50μm到500μm之间的平均粒度(d32)；

b)借助所述容器中提供的流产生装置在所述容器中创建粉碎的粕或油饼颗粒的流化床，并且使存在于粉碎的粕或油饼中的蛋白质的至少一部分溶解在所述水溶液中；

c)借助所述容器中提供的过滤装置，在流化床条件下从所述混合物分离所述溶解的蛋白质的至少一部分，使得获得蛋白质提取物。

可选地，在根据本发明的方法中，粉碎的颗粒具有在800μm到1000μm之间的平均粒度(d32)。

在根据本发明的方法中同样优选的是粉碎的颗粒具有小于200μm的平均粒度(d32)。

本领域技术人员将理解，将起始材料粉碎为小尺寸对于质量转移和从源材料提取蛋白质可能是有益的。同样的推论适用于存在于源材料中的脂质(如甘油三酯和磷脂)的释放。因此，本发明的一部分是，以这样的方式优化研磨(粉碎)条件：达到可接受的关于蛋白质的提取产率同时防止过多破坏含有脂质的油体，所述油体是源材料(如在油菜籽中)的一个天然部分。发明人已经发现，根据本发明用被粉碎至0至200μm的尺寸范围的材料进行提取处理导致改进的蛋白质提取，但以脂质向粗提取物的相对增加的释放为代价。在相同的处理条件下处理被粉碎至不同的尺寸范围(800至1000μm)的相同的植物源材料(油菜籽饼)仍然导致蛋白质的高效提取，但是同时伴随着脂质在渗余物侧的极大改进的保留。

本发明的一部分是，当特别应用的粒度(范围)并不引起过滤单元的过滤器的堵塞时，粉碎的植物源材料的任何粒度对于应用于本发明的方法中均是方便的。用具有在如上文所提供的范围内的粒度分布粉碎的含油种子粕的示例性实验显示，根据本发明的蛋白质提取物不引起过滤器的堵塞。对于本发明的关于可应用的粒度的优选方面，参见下文所提供的实例。

发明人发现，对于含油种子粕的大多数来源，水可应用为本发明的方法中的水溶液。还优选的是，例如0.1M或者甚至高至2wt％的NaCl溶液作为本发明的方法中的水溶液。由水与有机溶剂的水溶液构成的流化床也优选地用于本发明的方法。

优选地，在根据本发明的方法中，水溶液因此选自水，或者水与小于20％体积的水溶性有机溶剂的混合物，所述水溶性有机溶剂选自醇和酮，优选地乙醇或丙酮，或它们的混合物。

如果需要，防腐剂可以被加入到本发明的方法中的水溶液中。如果水溶液还包括无机盐和/或防腐剂，则本发明的方法事实上同样适用。关于由本发明的方法可获得的蛋白质提取物的可食性的安全性要求限制了合适的无机盐或防腐剂的选择。典型地，NaCl被选择为根据本发明的水溶液中的无机盐。

在根据本发明的方法中，可选地，水溶液还包括至少一种添加剂，所述添加剂选自无机盐、防腐剂如抗坏血酸、或它们的混合物。特别优选的无机盐是NaCl，优选地，水溶液是约2wt％的NaCl溶液。

一般地，来自植物来源的蛋白质，例如含油种子中的蛋白质，在具有4至10范围之内的pH的环境中具有稳定的天然构象。典型地，提取自例如含油种子的蛋白质在具有约6.5至7.5，优选地大约7的pH的溶液中保持其天然构象。

因此，在根据本发明的方法中，水溶液的pH优选地在4至10之间，优选地在6至8之间，更优选地在6.5至7.5之间的范围，最优选地为约7。

在实施例部分中，针对油菜籽、向日葵和大豆，提供了用本发明的方法的蛋白质提取的结果。如果以颗粒形式提供并且如果适于应用在流化床中，则本发明的方法同样适合于包括蛋白质的任何植物材料。本发明的方法特别适于源自含油种子的植物材料。

优选地，在根据本发明的方法中，粉碎的粕或油饼已经由大豆、油菜籽、向日葵、亚麻、林诺拉(linola)、椰子、芥末籽粕、棉籽、谷粒、小麦、黑麦、燕麦、稻、米糠或豆类如豌豆或蚕豆制备。当然，油饼的其他来源在本发明的方法中是同样可应用的。

发明人发现一种用于提供蛋白质提取物的方法，所述蛋白质提取物具有来自植物来源的蛋白质并具有拥有其适于应用在食品加工技术中的天然构象的蛋白质。由于本领域技术人员意识到用于从含油种子提取油的常规方法(即在其中含油种子会经历例如己烷提取和/或烘烤的方法)的蛋白质变性作用，因而在本发明的方法中，优选地，应用了并未经受这些严苛的油提取步骤的粉碎的含油种子。

因此，高度优选地是一种根据本发明的方法，其中粉碎的粕或油饼是冷压榨的。

因此，根据本发明的方法也是高度优选的，其中粉碎的粕或油饼是非己烷处理的。

通过本发明的方法可获得的蛋白质提取物中的天然蛋白质的溶解性在某种程度上是由提取期间应用的水溶液的离子强度来决定的。当提取期间的水溶液具有0.05至0.6的离子强度时，发明人获得了具有持久保持的天然构象的高度稳定的蛋白质提取物。例如(参见下文实例中的优选实施方式)，用0.1M或2wt％的NaCl溶液获得了好的结果。

优选地，在根据本发明的方法中，水溶液的离子强度是0.05至0.6，以质量摩尔浓度单位表示，即，溶质的总摩尔数/kg水，更优选地0.3至0.4。最优选地，水溶液的离子强度是约0.34。2wt％的NaCl水溶液具有约0.34的离子浓度。

天然折叠的蛋白质，诸如利用根据本发明的方法获得的蛋白质提取物中的蛋白质的稳定性在某种程度上是由包括溶解的蛋白质的水溶液的温度决定的。在本发明的方法中，当应用环境温度或更低温的水溶液时，具有天然构象的蛋白质提取物典型地被重获。取决于植物材料的来源，只要蛋白质提取物中的蛋白质的天然构象被保持，则更高的温度同样适合。当然，应用蛋白质生物化学领域技术人员已知的常规分析方法，易于获得用本发明的方法重获的这样的蛋白质的天然构象。因此，针对保持天然蛋白质构象，易于确定用于本发明的方法的合适的例如最佳的温度。

根据本发明的方法优选地在步骤b)和c)期间具有低于50℃，更优选地5℃至30℃，甚至更优选地10℃至25℃，最优选地12℃至16℃的温度。

食品工业正在等待一种快速且可扩大规模的用于从植物源分离天然折叠的蛋白质的方法。本发明不仅提供这样的快速且可扩大规模的蛋白质提取方法，而且考虑到例如存在于植物源材料中的非可食组分以及脂肪和油，本发明的方法还提供富含蛋白质的蛋白质提取物。本发明的方法因此提供了一种富含蛋白质的蛋白质提取物。

优选的是根据本发明的方法，其中，在步骤c)中，在流化床条件下通过由来自流产生装置的水溶液的流的所选的剪切速率和所选的表观平均速度将蛋白质选择性地进行分离，从而获得了富集的蛋白质提取物。

本发明的方法的一个重要方面是关于切向流动的包括来自植物源材料的溶解的蛋白质的水溶液以及根据本发明的方法中的过滤单元的过滤器施加的低剪切速率。在本发明的方法中，对包括蛋白质的溶液仅施加低剪切速率在很大程度上有助于保持蛋白质的天然构象。

还优选的因此是根据本发明的方法，其中在步骤c)中，借助过滤装置的分离是在低于20/秒，更优选地1至10/秒，最优选地约10/秒的剪切速率下进行的。

重要的是，对于本发明的方法来说完全不存在意味着例如搅动、摇动等的蛋白质变性处理步骤，从而进一步有助于根据本发明的蛋白质提取物中蛋白质的天然构象的保持。搅动、摇动等的避免很大程度上还有助于避免油滴(脂质、脂肪)从固体颗粒向水溶液中的释放。这对于巩固溶解蛋白质穿过过滤器的自由流动(防止堵塞)是特别有益的，并且对于(通过防止油滴进入渗透物)获得蛋白质提取物中的蛋白质的进一步富集是特别有益的。

正如所述，只要符合上文所提供的说明，根据本发明的方法对于提取几乎任何植物源的蛋白质都是合适的。现在，该方法特别适合于从富含脂质的植物材料诸如含油种子中提取蛋白质。

因此，优选地，在根据本发明的方法中，粉碎的粕或油饼颗粒包括多于5重量％的脂质。

正如所述，本发明的方法提供优选地蛋白质含量丰富的蛋白质提取物。当然，粗起始植物材料的蛋白质含量影响产率和可重获的蛋白质提取物的富集程度。

优选的因此是根据本发明的方法，其中粉碎的粕或油饼颗粒包括5重量％至60重量％的蛋白质，更优选地10重量％至40重量％的蛋白质。

根据本发明的方法的特别的益处是仅有低剪切应力被施加于水溶液中从含油种子颗粒溶解的蛋白质。例如通过由定位在容器下部的流产生装置所产生的向上的流，这样的低剪切应力被施加于水溶液。水溶液的这样的向上的流的进一步的益处是提供粉碎的粕或油饼颗粒关于这样的颗粒的质量和/或密度的梯度。典型地，具有相对更高重量或密度的颗粒将会保留在容器底侧附近，而较轻的颗粒将在流动的水溶液的方向上沿着容器纵向分布。

典型地，同样通过调节水溶液的表观平均速度，现在可以使油滴最终处在容器的顶端附近，而较重的颗粒如壳将停留在更接近容器底侧处。同时，在以下范围内选择流，所述范围避免了堵塞过滤器和阻碍蛋白质进入过滤单元的渗透物侧。当然，流速还关于过滤单元中过滤器的开口尺寸进行微调。现在发现，在本发明的方法中，合适的表观平均速度是在0.1至10mm/秒的范围内，并且过滤器的合适开口尺寸是在4至200μm的范围内和在20％到50％之间的自由面积，优选地过滤器具有在40至100μm范围内的开口尺寸和在30至40％之间的自由面积。

在根据本发明的方法中，优选地，用于创建粉碎的粕或饼颗粒的流化床的流产生装置被定位在容器的下部，使得形成水溶液的向上的流，这创建了颗粒的流化床。

优选地，在根据本发明的方法中，来自流产生装置的水溶液的流具有0.1至10mm/秒，更优选地0.5至5mm/秒的表观平均速度。

优选地，在根据本发明的方法中，过滤装置包括具有在4至200μm范围内的开口尺寸和在20％至50％之间的自由面积的过滤器，更优选地，过滤器具有在10至100μm范围内的开口尺寸和在30％至40％之间的自由面积，最优选地，过滤器具有在40至100μm范围内的开口尺寸和在30％至40％之间的自由面积。

相比于暴露于亲水表面时，暴露于疏水表面时的蛋白质失去其天然构象的趋势通常更大。

因此，在根据本发明的方法中，过滤装置优选地包括由亲水材料制成的过滤器。

在蛋白质分离和纯化生物学中可应用的亲水表面在本领域中是已知的。与保持天然蛋白质结构相容的典型表面是例如不锈钢、特氟龙和在通常应用于蛋白质色谱技术中的塑料。

优选地，在根据本发明的方法中，由亲水材料制成的过滤器是由不锈钢制成的。

为了提供从粉碎的植物颗粒提取蛋白质期间的最佳低剪切速率条件，发明人发现，提供被定位成与水溶液的流相切的过滤装置是特别合适的。已经发现，根据发明，当应用在过滤装置与切向流的这样的布置中可获得的低剪切速率时，天然折叠被最佳地保持。

根据本发明的方法具有过滤装置，所述过滤装置优选地被定位成与由流产生装置创建的水溶液的流相切。

下文中的实例示出了本发明的优选实施方式，其中提供了基于干重具有10％或更低的脂肪的蛋白质提取物。油滴(包括脂质、脂肪)平均具有约10μm的直径。发明人发现，通过使渗透物中的蛋白质提取物经历离心步骤和/或使用过滤装置的第二过滤步骤，蛋白质提取物中的大部分油滴被去除，所述过滤装置包括具有小于10μm，更优选地约4μm，最优选地约1μm的开口尺寸的过滤器。

优选地，在根据本发明的方法中，该方法因此还包括步骤d)，其中蛋白质提取物经历离心步骤和/或使用过滤装置的第二过滤步骤，使得蛋白质提取物中的脂质级分的至少一部分从该蛋白质提取物被丢弃，所述过滤装置包括具有小于10μm，更优选地约4μm，最优选地约1μm的开口尺寸的过滤器。

根据本发明的蛋白质提取物优选地直接经受进一步的纯化步骤，或者在如上文所概述的油丢弃步骤之后，再经受进一步的纯化步骤。优选地，蛋白质提取物经受蛋白质沉淀步骤，所述蛋白质沉淀步骤包括加入溶剂，诸如小分子有机溶剂，优选地与用于食品工业的蛋白质相容的溶剂。合适的溶剂是例如甲醇、乙醇和丙酮，其中乙醇是特别优选的。根据本发明，溶剂典型地被加入到蛋白质提取物中至70或更高的最终vol％，例如，70至95vol％。

根据本发明的方法优选地还包括步骤d)(当蛋白质提取物尚未经历离心步骤和/或第二过滤步骤时)，或者还包括步骤e)(当蛋白质提取物已经历离心步骤和/或第二过滤步骤时)，其中甲醇、乙醇或丙酮被加入到蛋白质提取物中，使得形成蛋白质沉淀；以及另外的步骤，其中蛋白质沉淀物从液体级分中被分离。

优选地，在根据本发明的方法中被添加到蛋白质提取物中以沉淀蛋白质提取物中的蛋白质的有机溶剂是乙醇。

对于食品产品中的应用，在加入如所描述的溶剂后所获得的沉淀的蛋白质在应用本领域已知的、用于干燥蛋白质的任何合适的方法之后优选地被随后干燥，以用于保持蛋白质的天然折叠。

在根据本发明的方法中，在另外的步骤中，在蛋白质沉淀物从液体级分中被分离后，蛋白质沉淀物由此被干燥。

在添加例如乙醇的溶剂后的蛋白质沉淀被相对高的蛋白质浓度促进。因此，首先使蛋白质提取物经受本领域已知的蛋白质浓缩步骤然后在将溶剂加入到蛋白质浓缩物中之后而使蛋白质被沉淀，是本发明的方法的一部分。优选地，根据本发明，通过丢弃小分子杂质，蛋白质提取物还被进一步纯化。一种浓缩同时纯化根据本发明的蛋白质提取物中的蛋白质的合适且方便的方法是通过应用渗滤。

因此，优选地，在根据本发明的方法中，在任何后续步骤之前，在步骤c)中获得的蛋白质提取物优选地通过使用超滤被渗滤。

本发明的方法的一个重要成就是，蛋白质提取物是在4小时，优选地在10分钟至200分钟之内的时间跨度之内可获得的。发明人发现，对于大多数应用，通过在约20分钟至约200分钟的时间段内，最常见在约60分钟之内应用本发明的方法，获得了具有最佳的蛋白质回收率而同时将脂质的回收率保持在尽可能低的蛋白质提取物。也就是说，在蛋白质提取物中，蛋白质回收率超过干重的30％，而脂肪回收率小于干重的6％，最常见低于干重的3％。正如上文所述，在应用后续的离心步骤和/或使用具有10μm或更小的孔的过滤器的进一步的过滤步骤后，脂肪含量被便利地进一步降低。

在根据本发明的方法中，在步骤c)中，优选地，溶解的蛋白质的至少一部分在10分钟至200分钟内，优选地在20分钟至120分钟内，更优选地在约60分钟内被分离。

因此，优选地，根据本发明的方法提供一种步骤c)中的蛋白质提取物，其中蛋白质提取物的脂质含量基于干重小于10wt％，优选地干重小于6wt％，更优选地基于干重为0.5wt％至4wt％，并且其中在步骤c)中，蛋白质提取物的蛋白质含量基于干重为至少30wt％，优选地基于干重为至少35wt％，更优选地基于干重为至少40wt％，最优选地基于干重为至少45wt％。

发明人不仅发现一种用于从例如含油种子饼或粕来源获得蛋白质提取物同时将蛋白质构象保持在天然状态的方便且可扩大规模的方法，而且发明人还发现根据本发明的可应用于食品工业中的蛋白质浓缩物。

因此，本发明的第二方面是通过根据本发明的方法可获得的蛋白质提取物。

优选地，根据本发明的蛋白质提取物的脂质含量基于干重小于10wt％，优选地基于干重小于6wt％，更优选地基于干重为0.5wt％至4wt％。

如所述，在应用进一步的过滤或离心后，本发明的蛋白质提取物的脂质含量是易于进一步降低的。

具有低脂肪含量的蛋白质提取物是本发明的方法及本发明的蛋白质提取物的诸多益处之一。由于低脂肪含量，在本发明的蛋白质提取物中，蛋白质是富集的。典型地，根据本发明，蛋白质提取物的蛋白质含量是至少35wt％。对于本发明的典型实施方式，参见下文提供的实例。

优选地，本发明的蛋白质提取物的蛋白质含量基于干重为至少30wt％，优选地基于干重为至少35wt％，更优选地基于干重为至少40wt％，最优选地基于干重为至少45wt％。优选地，本发明的蛋白质提取物的蛋白质含量是至少50wt％。

因此，优选地，提供了根据本发明的蛋白质提取物，其中蛋白质提取物的脂质含量基于干重为小于10wt％，更优选地基于干重为小于6wt％，最优选地基于干重为0.5wt％至4wt％，并且其中蛋白质提取物的蛋白质含量基于干重为至少30wt％，优选地基于干重为至少35wt％，更优选地基于干重为至少40wt％，最优选地基于干重为至少45wt％。

本发明的方法特别适合于提供蛋白质提取物，所述蛋白质提取物包括对食品工业有价值的蛋白质。当植物源材料是例如未经历蛋白质变性条件的含油种子材料(如饼或粕)时，通过本发明的方法可获得的蛋白质典型地且优选地是可食用蛋白质。

因此，根据本发明的蛋白质提取物优选地含有可食用蛋白质。

发明人还提供适于应用本发明的方法的装置，来获得根据本发明的蛋白质提取物。

本发明的第三方面涉及一种用于由含油种子的粕或油饼制备蛋白质提取物的装置，所述装置包括闭合容器，所述闭合容器具有下部和上部，并且其中在容器的下部中定位有用于水溶液的分配器，所述分配器被布置成用于以第一方向、从容器的下部向容器的上部产生水溶液的流，并且其中容器还包括至少一个过滤单元，所述过滤单元被置于用于水溶液的分配器上方，所述过滤单元包括基本上平坦的过滤元件，所述基本上平坦的过滤元件的表面与第一方向平行并设置有具有在4μm至200μm，优选地在4μm至100μm范围内的开口尺寸和在20％至50％之间的自由面积的过滤器，并且其中过滤单元设置有至少一个用于所述过滤单元的渗透物的出口。

本发明的装置的优选实施方式被提供在图1中。优选地，根据本发明的装置的过滤器是丝网。

发明人发现，在应用具有在1至200μm范围内、优选地4至100μm的开口尺寸的多个过滤器，更优选地具有40μm至100μm的开口、最优选地具有约40μm或约100μm的开口的一个过滤器时，实现了关于渗透物中的低脂肪回收率的最佳的蛋白质富集。使用这样的过滤器，油滴被有效地排除在渗透物之外，并且过滤器堵塞被保持在最低限度。

优选地，根据本发明的装置具有过滤器，所述过滤器具有在40μm至100μm范围内的开口尺寸。

本发明的装置被诠释为避免任何搅动，以便向从植物源材料提取的蛋白质施加最小的应力。防止根据本发明的装置的过滤器的堵塞也是本发明的一部分。通过应用特别低剪切速率的流(即，具有0.1至10mm/秒的表观平均速度的流)结合具有与植物源材料的粒度相适应的开口尺寸的过滤器，堵塞已经被保持在最低水平。发明人现在发现，如果本发明的装置还设置有用于在蛋白质提取期间振动闭合容器和/或用于振动过滤单元的振动装置，甚至是更加优选的。当偶尔过滤器的开口开始变得堵塞时，振动将从开口释放造成的堵塞的颗粒。

根据本发明的装置优选地设置有用于振动容器和/或过滤单元的振动装置，使得避免了在操作中过滤器的堵塞并且避免了水溶液的搅动。

用于本发明的方法中的本发明的装置的诸多益处之一，是其便利且快捷的可扩大规模性。在实例中，针对根据本发明的原型‘ALSEOS’装置提供了实施方式，所述装置以1.6、1.9和约31L规模充分运行。现在，本发明的一个重要益处是，闭合容器的体积易被扩大规模至100L及更大。

优选地，根据本发明的装置因此具有这样的容器，所述容器具有在0.1m³至100m³之间，优选地在1m³至20m³之间，更优选地在1m³至10m³之间的体积。

发明人发现，仔细地选择根据本发明的装置中过滤器的总面积与闭合容器的体积之间的比率，有益地有助于在蛋白质提取物中蛋白质的高效积累，并且还有助于快速提取(即，在20至200分钟之内)，同时将渗透物的体积保持在最低水平。当然，发明人开发了本发明的装置，其中过滤器的开口尺寸还与最佳速度、蛋白质提取效率、适于不使蛋白质结构变性的最低剪切速率等，以及所述优化地选择的比率相适应。

因此，根据本发明的装置优选地具有在2m²/m³至20m²/m³之间，优选地在5m²/m³至15m²/m³之间的过滤器总面积与闭合容器体积之间的比率。

针对本发明的方法，根据本发明的装置以这样的方式来诠释：水溶液的切向流对从颗粒溶解的蛋白质施加尽可能低的剪切应力，同时穿过过滤器以便重获具有溶解蛋白质的渗透物的横向流仍旧有利于在便利的时间跨度内、以低体积获得蛋白质提取物。由此，发明人发现，优选地应用具有0.05m³至10m³的内部容积的过滤单元对于本发明的装置是有益的。

因此，优选地，根据本发明的装置具有过滤单元，所述过滤单元具有0.05m³至10m³的内部容积。

本发明的一个部分是，根据本发明的装置包括由单个过滤器构成的过滤单元。然而，发明人出乎意料地发现，当将过滤单元诠释为包括多于1个过滤器(例如，多至200个过滤器，或者12个过滤器)时，装置可以便捷地扩大规模。同样参见提供在实施例和附图中的关于这方面本发明的实施方式。优选地，本发明的过滤单元包括以相对于彼此平行定向的多个过滤器(参见本发明的一个实例，图1C)。因此，通过应用多于一个过滤器同时保持闭合容器的体积恒定，本发明的装置提供缩短提取时间的途径(means)。因此，通过增加闭合容器的体积同时伴随增加过滤单元中的过滤器数量，本发明的装置还提供了增加装置产量(turn-over)的途径。

优选地，根据本发明的装置具有包括2至200个，优选地5-100个，优选地10至50个过滤单元的容器。

附图说明

图1.提供了关于根据本发明的装置和用于制备根据本发明的蛋白质提取物的方法的这样的装置的多个部分的实例。A.用于制备根据本发明的蛋白质提取物的装置1。该装置包括闭合容器20，所述闭合容器具有下部20’和上部20”、经由出口25与包括水溶液31的第二容器24相连的入口23，并且所述闭合容器包括过滤单元21，所述过滤单元具有位于闭合容器的上部附近的出口22。过滤单元的出口22与泵26相连，所述泵与入口27相连，所述入口与第三容器28相连，用于收集蛋白质提取物29。闭合容器20包括水溶液与粉碎的植物蛋白质源材料(如含油种子粕)的混合物。B.用于制备根据本发明的蛋白质提取物的装置1的闭合容器20的实例。闭合容器具有圆柱形的形状。过滤单元21具有平坦的过滤器和矩形棱柱的形状。C.具有矩形棱柱形状的闭合容器20a的实例。该闭合容器包括多于一个过滤单元，在该实例中，12个过滤单元编号为21-1、21-2、……、21-12。组合的过滤单元在所述过滤单元的顶侧附近的每一侧处与收集器管道47相连，正如已指出的，每个收集器管道具有出口22。闭合容器20a设置有底部分配器盘(板)32，所述底部分配器盘32被定位在闭合容器的底侧。D.闭合容器20a的两个过滤单元21-1和21-2的特写侧视图(参见图1C)。指出了底部分配器盘32的入口25。箭头40、41和43指流化床中已指明位置处的局部的表观平均速度u，0.1mm/秒(40)、0.5mm/秒(41)，以及u0，1mm/秒(43)。箭头40、41和43以及始于底部分配器盘的垂直箭头指沿着过滤单元的切向流。沿着过滤器的水平箭头指穿过过滤器的(包括溶解的蛋白质的)水溶液的横向流。E.过滤单元21的一部分的实例，包括支持穿孔薄板(片材)33(例如，不锈钢，2mm厚，直径2mm的孔，23％的开口面积)，其中所述薄板的表面在两侧被分层放置有一层丝网织物34。F.闭合容器20的实例，所述闭合容器包括用于水溶液的入口25，还包括过滤单元21，包括用于收集蛋白质提取物的出口22。自下而上逐渐变小的箭头44指在闭合容器的渗余物侧A处的减小的流。自下而上逐渐变大的箭头45指在过滤单元的渗透侧B处的变大的流。闭合容器中过滤器附近的水平箭头指包括来自粉碎的粕或油饼颗粒与水溶液30的混合物的溶解蛋白质的水溶液的横向流。闭合容器中底部附近的垂直箭头指水溶液的切向流。箭头46指在操作中，即在流化床条件期间，闭合容器中水溶液的水平。G.过滤单元21的特写视图，所述过滤单元具有在渗透物侧的出口22，并具有水溶液中粉碎的粕或油饼颗粒的粒度梯度30。流化床中的水溶液中的粒度在过滤单元的底侧附近的最大颗粒30"至过滤单元的顶侧附近的最小颗粒30'的范围内。典型地，由于其相比于水溶液的较低的密度，油(脂肪、脂质)的液滴位于过滤单元的顶侧附近。过滤单元是例如具有约30％的自由面积的微过滤织物(丝网)。在闭合容器的渗余物侧水溶液的减小的切向流49用自下而上变小的垂直箭头指出。水平箭头50指包括溶解的蛋白质的水溶液的、从过滤单元的过滤器的渗余物侧(R)至渗透物侧(P)的横向流。过滤单元的出口22经由夹具48被连接至收集器管道47。通过使用用于连接的类似装置，更多的过滤器单元优选地被连接至收集器管道。对于本发明的原型ALSEOS装置，优选地，收集器管道具有约40mm的内径。过滤单元的渗透物侧优选地基本不含油滴(脂质、脂肪)，也就是说，脂质级分低于10w/w％(按干重计)，并且优选地更低。

图2.A.ALSEOS 1.0中渗透物的流速曲线图—实验#1.1-1.4。B.ALSEOS 1.0*中渗透物的流速曲线图—实验#1.5-1.11。

图3.在实验#2.1中观察到的根据本发明的ALSEOS装置中自顶部到底部的级分。

借助下面的非限制性实施例，本发明将被进一步说明。

实施例

在所有的实施例中，按照下文描述的分析方法分析起始材料和(根据本发明，用ALSEOS装置获得的)粗提取物的样品，以及(使用根据现有技术的常规方法，在搅拌槽中获得的)上清液。

用于粗提取物和上清液样品的分析方法

蛋白质含量

用按照AOCS官方方法991.20氮(总)乳(AOCS Official Method 991.20Nitrogen(Total)Milk)的凯达尔法(Kjeldahl method)来确定蛋白质含量。使用换算因数6.25来确定蛋白质的量(％(w/w))。

干物质含量

用烘干机法(dryer method)来确定干物质含量。具有盖子、圆凸线(baguette)和20克(重量记录精确至0.1g)预先称量的沙子(用水、盐酸洗涤并焙烧的海沙)的容器被置于预加热至105℃±2℃温度的烘干机中，并干燥约2小时，直至记录到恒重。此时，将容器密封并转移至干燥器，冷却至室温并称重(重量记录精确至0.001g)。2g±0.001g的样品被称重并被置于容器中。容器被加盖并插入保持105℃±2℃温度的烘干机中。将容器的盖子移除并干燥3h。在干燥3h之后，容器被加盖并被转移至干燥器，并冷却至室温(冷却时间30-45min)。在此之后，将具有被干燥的样品和沙子的容器称重。通过以下公式来计算干物质含量X(％)：

计算：

a–在干燥之前具有测试样品和沙子的容器的质量(g)；

b–在干燥之后具有测试样品和沙子的容器的质量(g)；

c-具有沙子的容器的质量(g)。

最终结果是相差不多于0.2％的至少两个测量值的算数平均值。结果被近似至0.1。

脂肪含量

用按照PN-ISO 2446:2010的盖勃法(Gerber method)来确定脂肪含量(参考文献：乳——脂肪含量的确定——盖勃乳脂计(Milk-Determination of fat content-Gerberbutyrometer)，1-18页)。

用于起始材料的分析方法

脂肪含量，索格利特法

将样品置于研钵中，并用杵研磨为均质体。将约5g±0,001g的准备的样品在锥形烧瓶中称重。加入45cm³煮沸的蒸馏水。在搅拌之后，加入55cm³的25％HCl。烧瓶与回流冷凝器组合，并被加热至回流15分钟。在此之后，用100cm³煮沸的蒸馏水冲洗冷却器。锥形烧瓶内容物被定量转移至滤纸。在60℃用蒸馏水洗涤过滤器上的残余物，以洗去氯化物(采用以HNO₃溶液酸化的AgNO₃检查)。然后，将过滤器及其内容物置于表面皿上并进行干燥。将经干燥的过滤器转移至提取套管。将套管和滤纸置于半自动Soxtec Avanti 055中。按照设备的说明书进行提取过程。

提取循环由三个阶段组成：

-过程的第一阶段：将样品在石油醚中预煮，沸腾温度40-60℃，持续15分钟

-过程的第二阶段：主要提取，持续45分钟

-过程的第三阶段：脂肪回收，持续20分钟。

具有样品的铝质容器在被加热至100-102℃温度的烘干机中干燥1h。然后，将容器转移至干燥器，并经受约30-45分钟的冷却)。在此之后，对具有样品的铝质容器进行称重(重量精确至0.0001g)。

按照以下公式，样品中的脂肪含量(X)被计算为％：

其中，

a-在干燥后，具有样品的铝质容器的质量(g)；

b-在干燥后，铝质容器的质量(g)

c-样品质量(g)

最终结果应当是相差不多于0.2％的至少两个X的算数平均数。

水分含量

样品(2±0.5g)在105℃温度下被置于水分分析器(RadWag WPS 110S)中。水分含量由干燥前后的样品重量的差值来确定。

实施例1

根据本发明，借助ALSEOS 1.0原型由油菜籽饼制备蛋白质提取物。

根据本发明，在该实施例中，用ALSEOS 1.0原型装置(柱体积＝1.57L或1.96L；参见图1F)进行本发明的蛋白质提取方法。过滤元件21是由穿孔的不锈钢制成的管(tube)或管道(pipe)形式的，穿孔(perforated)的不锈钢具有自由面积(50％孔隙(aperture))和5mm的孔(hole)径。管的直径是16mm，长度是800mm。管周围包裹着过滤织物。过滤织物由不锈钢丝网制成。在实施例中应用了不同织物，所述织物具有不同的开口尺寸：4μm、40μm和100μm。对于所有这些织物构建而言，孔隙(织物的自由面积)是约30％。过滤器元件被置于具有50mm的内径且具有分配器盘32的柱(硼硅玻璃)中。

使用了两种柱：

ALSEOS 1.0ID 50mm；H＝850mm；VOL＝1.56L

ALSEOS 1.0*ID 50mm；H＝1000mm；VOL＝1.97L。

装置的工作原理是由植物来源的粉碎的材料形成流化床，借助浸没在流化床悬浮液中的过滤单元从所述流化床取出滤液(粗提取物)。植物源是油菜籽饼、大豆饼和向日葵饼。分析蛋白质回收率和脂肪回收率。

工序

方法(工艺)条件总结在表1中。

在被装填到ALSEOS装置之前，起始材料在混合-研磨器(Thermomix，Vorwerk)中粉碎，并过筛以得到所需的粒度分布，如表1中所给出的。然后，在容器中使用勺子将预处理的起始材料与盐的水溶液(2％NaCl(w/w)，液体/固体(L/S)比率＝4+/-2％)温和地混合小于约10分钟的时间段。同时，对悬浮液的pH进行调整以达到目标pH＝7.0(6.8-7.2)。

1)将悬浮液装入柱中，所述柱从柱底部多至5cm被预填充有盐的水溶液。当柱被预填充柱体积的大概1/3时，通过柱底部的分配器起动盐的水溶液的流。

2)通过蠕动泵控制向着ALSEOS的盐的水溶液的流和来自ALSEOS的渗透物(提取物)的流出物(outflow，外流)。循环恒温器控制整个系统中的温度。

3)提取时间的持续时段被提出为如表1中所给出的。进行及时的重量测量以便获得流速曲线图(图2A针对ALSEOS 1.57L柱体积，并且图2B针对ALSEOS 1.96L柱体积)。

4)将粗提取物制成样品，并分析干物质(表示为％w/w)、总蛋白质浓度(凯达尔Nx6.25)及脂肪浓度。

5)在实验#1.11中，在收集了0.5柱体积(CV)的提取物之后(约30min之后)、1CV之后(约65分钟之后)、1.5CV之后(约165分钟之后)以及2CV之后(约199min之后)，取粗提取物的额外的样品。

表1使用ALSEOS 1.0原型的实验及相应方法条件和方法产量的概述

ALSEOS 1.0柱H＝800mm,ID＝50mm体积1.57L

ALSEOS 1.0*柱H＝1000mm,ID＝50mm体积1.96L

按照现有技术，使用搅拌容器的实验。

将根据本发明的装置中实现的方法与在搅拌容器中对来自植物源的颗粒(即粉碎的饼)应用(强力或温和的)搅拌的蛋白质提取的常规模式(实验1.12和1.13)进行比较。

工序

方法条件总结在表2中。

1)将油菜籽饼在混合-研磨器(Thermomix，Vorwerk)中粉碎，并过筛以产生符合期望的粒度分布，如表2所指出的。

2)在提取实验中，使用了100g粉碎的油菜籽饼。

3)将材料悬浮在400g提取介质(盐的水溶液NaCl 2％w/w溶液)中。在每个实验之前，将提取介质的温度调节至工艺温度。将悬浮液的pH调整至pH 7.0(范围：6.8-7.2)。提取在1L-带夹套的拉德利(Radley's)玻璃反应器中、在‘强力搅拌’条件(即用锚式搅拌器在1.290rpm下搅拌(实验1.12))与‘温和搅拌’条件(即用锚式搅拌器在5rpm下搅拌以仅使颗粒悬浮(实验1.13))的对比下进行。

4)如表2所示，针对每个实验调整方法的持续时间和温度。

5)提取后，将材料转移至500mL的离心瓶，并且在贝克汉姆(Beckham)离心机(SER90E，转子类型JA10)中以3000*g离心10min。

6)离心后，将提取物温和地倾出，即不扰动形成在瓶上部的顶部脂肪层。

7)进行重量测量用于质量平衡计算。

8)将倾出的上清液制成样品，并分析干物质％、总蛋白质浓度(凯达尔Nx6.25)和脂肪浓度。

表2.使用搅拌容器的实验及相应方法条件和方法产量的概述

*带夹套的玻璃反应器：具有RS 100置顶式搅拌器(PTFE锚式)的拉德利反应器-实验室用1L。

结果

表3总结了用于实验1.1-1.13中的起始材料的特点。方法不同点总结在表4中。

表3关于起始材料的信息

表4方法参数不同点的总结

针对粗提取物和上清液获得的分析数据，以及实验1.1-1.13的方法回收率总结在表5中。

表5与常规方法相比，使用根据本发明的方法与本发明的装置的蛋白质提取实验的结果。

(分析数据是指粗提取物(Ex.1.1-1.11)和上清液(Ex.1.12和1.13)，针对提取步骤计算回收率)

来自在ALSEOS 1.0装置中进行的实验的计算

1)所获得的结果大体上显示了ALSEOS方法和装置的益处。蛋白质产率高，并且油/脂质主要保留在过滤器的渗余物侧。据已显示，在一些实验中，存在于起始材料中的蛋白质的约50％都已被回收在渗透物中。同时，存在于起始材料中的脂肪的大多数都已被保留在渗余物侧。被表达为脂肪：蛋白质的比率，相较于在起始材料中的该比率(约0.5)，在渗透物中该比率(约0.1)显著更低。

2)获得蛋白质提取物用于根据本发明的测试方法条件。贯穿于方法时间，渗透物的稳定通量(flux)被保持。这显示了ALSEOS装置良好的流体力学性能。对于应用了4μm的过滤网开口尺寸的实验#1.5，在整个24min的方法时间持续观察到通量。这表明当需要较长方法时间时优化网开口尺寸的需求，所述网开口尺寸应当适应于起始材料的特定颗粒测定性质，以便防止过滤装置污染。本领域技术人员将知晓，增加过滤面积也将有利于更稳定的方法和更少的过滤网污染。

3)对于油菜籽饼，在实验11中获得了最高的蛋白质回收率(55.7％)，针对于如下方法条件：<1000μm的粒度，100μm的过滤网开口尺寸，以及15℃的提取温度，203分钟的提取时间，其中收集了2柱体积的渗透物。与例如在实施例1.6(除较短的接触时间120min之外，具有相同方法条件)中获得的蛋白质回收率相比，这清楚地显示了起始材料与盐的水溶液的增加的接触时间的附加价值。

4)在所有情况下，脂肪回收率低于10％，这意味着90％的脂肪被保留在渗余物侧。

5)由于以下方法条件：800-1000μm的粒度，100μm的过滤网开口尺寸，以及15℃的提取温度，60分钟的提取时间，在实验1.1中获得了最低的脂肪回收率。

6)相较于在其中油菜籽饼被研磨至0-200μm的较小粒度的实验1.2，实验1.1中的脂肪回收率更低。然而，相较于实验1.1(35.2％)，实验1.2获得了较高的蛋白质回收率(48.7％)。这表明当颗粒较小时，针对蛋白质回收的质量转移条件是有利的。然而，较小粒度有利于提取期间的脂肪释放，最可能因为油菜籽饼的粉碎还分解了油菜籽饼中的油体，这使得脂肪释放成为可能。

7)包括具有40μm的过滤网开口尺寸和具有100μm的过滤网开口尺寸的过滤器的本发明的装置均特别适合用于根据本发明的方法；具有这些过滤器的装置提供了低脂肪回收率结合高蛋白质回收率，以及合适的流体力学，即与紧密的过滤网开口尺寸(4μm，实验1.5中)相比较低的污染倾向。

8)在实验1.11中，可见到油菜籽饼与提取介质的延长的接触时间在蛋白质回收率上的益处。在该实验中，在收集的粗提取物的量达到0.5CV(相当于30分钟接触时间)、1CV(65分钟接触时间)、1.5CV(165分钟接触时间)以及2CV(199分钟接触时间)时取出粗提取物的样品。蛋白质回收率提高如下：16.9％(0.5CV)、42.7％(1CV)、50.8％(1.5CV)和55.7％(2CV)。

从使用搅拌容器的实验阐明的结论

1)当将用ALSEOS 1.0装置的所有实验进行比较时，脂肪回收率低于10％，其中最低的是实验1.1中的3.2％。当使用常规的搅拌槽容器及温和搅拌时(实验1.13)，脂肪回收率是相当的，为3.1％。

这显示了ALSEOS装置的优势，如在搅拌槽的情况下，低脂肪回收率是由于在提取之后进行的离心步骤。在ALSEOS的情况下，不需要离心，并且获得相当的脂肪回收率。为了解释该现象，至关重要的是理解，剪切力是在脂肪存在下的蛋白质共提取期间脂肪释放进入液相的原因。ALSEOS装置中的剪切水平在可能的所有本领域可藉以进行含油种子提取处理的已知装置中是最低的。搅拌容器中的剪切速率在100至1000/秒的范围内，与根据本发明的膨胀(流化)床中<10/秒的剪切速率相比较，这正是在当前实施例中例举说明的原型ALSEOS装置的情况。本领域已知的旨在渗滤提取的常规填充床(packed bed)中的剪切速率在10至100/秒的范围内[Carta G,Jungbauer,2010]。

在工业规模下，搅拌槽容器中的条件将相当类似于通过提供强力搅拌(实验1.12)在小规模容器中模拟的条件。这是因为，所预期的是搅拌容器中的最大剪切速率将比反应器中的平均剪切速率高一个数量级，正如文献中所报道的[Camperi A.et al.,2008；Villadsen J,Liden G；2003]。

2)当将根据本发明的实施例1.2(ALSEOS 1.0装置)中获得的脂肪回收率与实施例1.12(搅拌容器，强力搅拌)中获得的脂肪回收率相比较时，就证实了借助ALSEOS装置提供的低剪切提取在低脂肪回收率方面的优势—实验1.2中9.7％的脂肪回收率相对于实验1.12中68.6％的脂肪回收率。

实验材料

所有起始材料均在室温下储藏。在碾磨之后，将预处理的材料储藏在冰箱(2-8℃)中。将粗提取物和上清液的样品冷冻(-20℃)，并且在分析测试之前解冻。

关键设备

ALSEOS 1.0(实验#Ex 1.1-1.4)：KronLab柱，体积1.57L((YMC-ECO50/750M0VK)和ALSEOS 1.0*(实验#Ex 1.5-1.11)体积1.96L(YMC-ECO50/999M0VK)，具有100μm、40μm和4μm的过滤网开口尺寸

蠕动泵(实验#Ex 1.1-1.4)：Ismatec Ecoline，具有水头泵MS/CA 4-12

蠕动泵(实验#Ex 1.5-1.11)：Lead Fluid BT-100S，具有水头泵DG-4

恒温器(实验#Ex 1.1-1.4)：LabTech RH40-25A循环器

恒温器(实验#Ex 1.5-1.11)：Huber Unichiller 150Tw-H

带夹套的玻璃反应器(实验#Ex 1.12-1.13)：具有RS 100置顶式搅拌器(PTFE锚式)拉德利反应器-实验室用1L

离心机(实验#Ex 1.12-1.13)：Beckman SER 90E，转子类型为JA10

实施例2

借助本发明的装置ALSEOS 2.0，由油菜籽饼制备蛋白质提取物

在该实施例中，本发明的蛋白质提取方法用ALSEOS 2.0原型装置(根据本发明，柱体积＝31.4L，过滤网开口尺寸100μm)来进行。对于ALSEOS 2.0(31.4L)原型，过滤器元件是(两侧)用过滤织物覆盖的框架形式的(图1E)。柱直径是200mm，且高度为1000mm。柱体积为约30L。应用了如用于ALSEOS 1.0的相同的过滤织物4μm和100μm(参见实施例1)。装置的工作原理是由油菜籽饼形成流动床。

工序：

方法条件总结在表6中。将ALSEOS原型蛋白质提取装置(柱)预充水(自来水，温度约15℃，不加盐)。向着装置的水入口穿过在柱底部处的分配器盘。流速是约30L/h。油菜籽饼在混合器(Zelmer ZSB,1400B)中进行粉碎，并过筛以获得<2000μm的尺寸。1.5kg粉碎的油菜籽饼在桶中与约8kg的水预混合。通过(由手动的)闭合桶的行星样运动来施加温和搅拌约1分钟，以避免过度搅动。将桶的内容物然后经由漏斗并通过柱顶盖中的球阀倒入ALSEOS原型柱中。以类似的方式制备第二部分粉碎的1.5kg油菜籽饼，并倒入ALSEOS原型柱中。在向容器充入饼浆料期间，持续地向ALSEOS原型柱供应水。供水的进料速率是约30L/h。当液面即将达到柱的顶盖时，容器的泄流阀保持开放，以允许柱的部分内容物(约5L)被排放至废物容器。然后，泄流阀被闭合，并且来自柱装置的液体的唯一出口在过滤装置的过滤器的渗透物侧。来自ALSEOS装置的滤液(渗透物)被收集到单独的滤液容器中。

针对干重、总蛋白质和脂肪含量分析滤液(粗提取物)的样品。

结果

观察到过滤器渗余物侧的保留材料的分级分离，其中‘轻’级分(相对低颗粒密度；富含脂质)积累在ALSEOS柱(闭合容器)的顶部，而‘重’级分(相对高颗粒密度，含有较少的脂质和较多的壳)留在柱的底部。

表6使用ALSEOS 2.0的实验及相应方法条件和方法产量的概述

*ALSEOS 2.0柱H＝1000mm，ID＝20cm，体积31.4L

表7关于起始材料的信息

表8与常规方法相比，使用根据本发明的方法与本发明的装置的蛋白质提取实验的结果。

(分析数据涉及粗提取物，针对提取步骤计算了回收率)

实施例3

用于根据本发明的方法的本发明的装置

图1提供了根据本发明的装置的实施方式。对于本发明的装置的细节：参见图1的说明。

典型地，在如图1B中所提供的本发明的装置中，丝网织物采用围绕(金属、塑料)框架包裹的织物，所述框架优选地由不锈钢制成，优选地具有4-100μm，更优选地40-100μm的开口尺寸，同时优选地具有约30％的自由面积。对于本发明的原型ALSEOS装置，优选地，闭合容器是(例如，圆柱形的)色谱柱，所述色谱柱具有例如0.2m的内径(ID)并优选地具有约1m的高度。在如图1D中所举例说明的本发明的装置中，过滤单元的过滤器优选地以基本上垂直的方式定位。在本发明的优选的实施方式中，本发明的装置包括一系列平行定位的过滤单元，所述过滤单元包括平行的过滤器，所述过滤单元各自被连接到至少一个收集器管道。参见图1C和1F。

在使用根据本发明的示例性装置的本发明的方法的优选操作中，将由研磨的含油种子制成的膨胀床悬浮在向上流动的水中。经由穿过丝网进入垂直放置的过滤器的板(panel)的横向流取出蛋白质提取物(渗透物)。丝网对水和溶质是可渗透的，而优选地阻碍油滴(脂质、脂肪)进入渗透物。在闭合容器的渗余物侧，由于切向流中液体的衰减的表观速度，观察到基于尺寸和/或密度的颗粒隔离：细/轻的颗粒位于闭合容器的顶侧附近，而粗/密实的颗粒留在底侧附近(图1G)。

图1E显示了本发明的装置的过滤单元的典型部分，其具有丝网过滤器。

实施例4

使用本发明的装置，用根据本发明的方法提供蛋白质提取物

在下文的表9和表10中，针对用粉碎的油菜籽粕的实验提供了实验细节和结果。

对于(实施例1中描述的)实验1.11，应用了1.96升的根据本发明的ALSEOS原型(ALSEOS 1.0)装置。

在实验1.11中，用温和处理的油菜籽饼进行蛋白质提取，所述温和处理的油菜籽饼是由油生产处理产生的，在所述油生产过程中，油菜籽压榨期间的温度保持低于73℃。

对于(实施例2中所描述的)实验2.1中，应用了31.4升的根据本发明的ALSEOS原型(ALSEOS 2.0)装置。在实验1.11中，用严苛处理的油菜籽饼进行蛋白质提取，所述严苛处理的油菜籽饼是由油生产处理产生的，在所述油生产处理中，油菜籽压榨期间的温度高于100℃。

表9关于起始材料的信息

表10与常规方法相比，使用根据本发明的方法和装置的蛋白质提取的实验条件和结果。

根据蛋白质回收率数据(表10)，可以看出，相较于在应用于根据本发明的方法之前仅经历温和温度条件的油菜籽饼(实验1.11)，用高于100℃的温度预处理的油菜籽饼(实验2.1)提供相对低的蛋白质回收率。

实验2.1中的低回收率可以通过这样的事实来部分地解释：没有盐被加入提取介质。已知蛋白质的溶解性受到提取介质的离子强度的正面影响[Rodrigues I.M.,et al.,2012]。在进一步的实验中研究了提取介质中的盐浓度的作用，其中提取按照现有技术在搅拌槽中进行，方法条件：pH 6.8-7.2，粉碎的油菜籽饼的尺寸分布0-200μm，提取温度15℃，提取持续时间120分钟，温和混合强度。与无盐加入(27.4％)时相比，当在提取介质中存在2％w/w的NaCl时蛋白质回收率更高(34.7％)。

在进一步的实验中研究了热预处理对油菜籽饼的作用，其中提取按照现有技术在搅拌槽中进行，方法条件：pH 6.8-7.2，粉碎的油菜籽饼的尺寸分布800-1000μm，提取温度15℃，提取持续时间120分钟，提取介质中有2％w/w NaCl，温和混合强度。在第一种情况下，使用了由温度不超过73℃的油生产处理获得的油菜籽饼，而在第二种情况下，应用了用高于100℃的温度预处理的油菜籽饼。相较于后一种情况(38.4％)，前一种情况中的蛋白质回收率更高(47.9％)，这显示了预处理温度的影响，低温预处理更为有利。

这些数据显示：油生产处理中使用的温度影响用于蛋白质提取的起始材料的适合性。

这确认了油菜籽饼(当种籽在油生产中被机械压榨时获得的副产品)比油菜籽粕(当油例如通过己烷被化学提取时获得的副产品，其中所述己烷须通过热处理(温度>>100℃)在专门设计的烘烤步骤中从该处理中被进一步地去除)更适合用于蛋白质提取。

所使用的缩略语

ALSEOS，来自含油种子的蛋白质的水性低剪切提取；ca.，大约；DW，干重；g，克；H，高度；ID，内径；L，升；L/S，液体(:)固体比率；min，分钟；P，渗透物；R，渗余物；RT，室温，环境温度；UF，超滤；um，微米或μm；VOL，体积(如在vol％中)；wt％，重量百分比w/w，重量比率。

参考文献

-Camperi A.,et al.,Determination of the Average Shear Rate in aStirred and Aerated Tank Bioreactor,Bioprocess and Biosystems Engineering.08/2008；32(2):241-8.DOI:10.1007/s00449-008-0242-4

-Carta G,Jungbauer in:Chapter 1.Downstream Processing ofBiotechnological Products,p 34in:Protein Chromatography,Process Developmentand Scale-Up,Wiley VCH,2010,ISBN:978-3-527-31819-3.

-Owusu-apenten R.,Introduction to Food Chemistry,p.83.CRC Press,2004,ISBN 0-8493-1724-X

-Rodrigues I.M.et al.2012,Isolation and valorisation of vegetableprotein from oilseed plants:Methods,limitations and potential,Journal of FoodEngineering,Volume 109,Issue 3,Pages 337-346

-Villadsen J,Liden G；Bioreactor Engineering Principles,Chapter 11,p500,Springer 2003,ISBN 987-1-4613-5230-3。

Claims (39)

1.用于由含油种子的粕或油饼制备蛋白质提取物的方法，其中，所述方法包括：

a)在容器中制备水溶液和来自含油种子的粉碎的粕或油饼的混合物，其中粉碎的颗粒具有小于1000μm的平均粒度(d32)；

b)借助在所述容器中提供的流产生装置在所述容器中创建所述粉碎的粕或油饼颗粒的流化床，并且使存在于所述粉碎的粕或油饼中的蛋白质的至少一部分溶解到所述水溶液中；

c)借助在所述容器中提供的过滤装置，在流化床条件下从所述混合物中分离经溶解的蛋白质的至少一部分，使得获得蛋白质提取物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粉碎的颗粒具有在800μm到1000μm之间的平均粒度(d32)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粉碎的颗粒具有小于200μm的平均粒度(d32)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述水溶液选自水或者水与小于20体积％的水溶性有机溶剂的混合物，所述水溶性有机溶剂选自醇和酮，优选地乙醇或丙酮，或者它们的混合物。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述水溶液还包括至少一种添加剂，所述添加剂选自无机盐、防腐剂诸如抗坏血酸、或它们的混合物。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述水溶液的pH是4至10，优选地6至8，更优选地6.5至7.5，最优选地约7。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述粉碎的粕或油饼由大豆、油菜籽、向日葵、亚麻、林诺拉、椰子、芥末籽粕、棉籽、谷粒、小麦、黑麦、燕麦、稻、米糠或豆类诸如豌豆或蚕豆制备。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述粉碎的粕或油饼是冷压榨的。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述粉碎的粕或油饼是非己烷处理的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述水溶液的离子强度是0.05至0.6，优选地0.3至0.4。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤b)和c)期间的温度低于50℃，优选地在5℃到30℃之间，更优选地在10℃到25℃之间，最优选地在12℃到16℃之间。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中，在流化床条件下通过来自所述流产生装置的水溶液的流的所选的剪切速率和所选的表观平均速度对蛋白质进行选择性分离，使得获得经富集的蛋白质提取物。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中，借助过滤装置的分离是在低于20/秒的低剪切速率下，优选地在1到10/秒之间的低剪切速率下。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述粉碎的粕或油饼颗粒包括多于5重量％的脂质。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述粉碎的粕或油饼颗粒包括在5重量％到60重量％之间的蛋白质，优选地在10重量％到40重量％之间的蛋白质。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用于创建所述粉碎的粕或饼颗粒的流化床的所述流产生装置被定位在所述容器的下部，使得形成所述水溶液的向上的流，所述向上的流创建颗粒的所述流化床。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，来自所述流产生装置的水溶液的流具有0.1至10mm/秒、优选地0.5至5mm/秒的表观平均速度。

18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述过滤装置包括过滤器，所述过滤器具有在4至200μm范围内的开口尺寸和在20％到50％之间的自由面积，更优选地所述过滤器具有在10至100μm范围内的开口尺寸和在30％到40％之间的自由面积，最优选地所述过滤器具有在40至100μm范围内的开口尺寸和在30％到40％之间的自由面积。

19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述过滤装置包括由亲水材料制成的过滤器。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述过滤器由不锈钢制成。

21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述过滤装置被定位成与由所述流产生装置创建的水溶液的所述流相切。

22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括步骤d)，其中所述蛋白质提取物经受离心步骤和/或使用过滤装置的第二过滤步骤，使得所述蛋白质提取物中的脂质级分的至少一部分从所述蛋白质提取物中丢弃，所述过滤装置包括具有小于10μm、优选地约4μm、优选地约1μm的开口尺寸的过滤器。

23.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括步骤d)，或者根据权利要求22所述的方法，其中，所述方法还包括步骤e)，其中将甲醇、乙醇或丙酮加入到所述蛋白质提取物中，使得形成蛋白质沉淀物；和另外的步骤，在所述另外的步骤中所述蛋白质沉淀物从所述液体级分中分离。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，在所述步骤d)或e)中，将乙醇加入到所述蛋白质提取物中。

25.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中，在另外的步骤f)中，在所述蛋白质沉淀物从所述液体级分中分离后，干燥所述蛋白质沉淀物。

26.根据权利要求22至25中任一项所述的方法，其中，在步骤d)之前，优选地通过使用超滤来渗滤步骤c)中获得的所述蛋白质提取物。

27.根据权利要求1至26中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中，将经溶解的蛋白质的至少一部分在10分钟至200分钟内，优选地在20分钟至120分钟内，更优选地在约60分钟内分离。

28.根据权利要求1至27中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中，所述蛋白质提取物的所述脂质含量基于干重小于10wt％，优选地基于干重小于6wt％，更优选地基于干重为0.5wt％至4wt％，并且其中，在步骤c)中，所述蛋白质提取物的所述蛋白质含量基于干重为至少30wt％，优选地基于干重为至少35wt％，更优选地基于干重为至少40wt％，最优选地基于干重为至少45wt％。

29.通过根据权利要求1至28中任一项所述的方法能获得的蛋白质提取物。

30.根据权利要求29所述的蛋白质提取物，其中，所述蛋白质提取物的所述脂质含量基于干重小于10wt％，优选地基于干重小于6wt％，更优选地基于干重为0.5wt％至4wt％，并且其中所述蛋白质提取物的所述蛋白质含量基于干重为至少30wt％，优选地基于干重为至少35wt％，更优选地基于干重为至少40wt％，最优选地基于干重为至少45wt％。

31.根据权利要求29或30所述的蛋白质提取物，其中，所述蛋白质是可食用的。

32.用于由含油种子的粕或油饼制备蛋白质提取物(29)的装置(1)，所述装置包括闭合容器(20)，所述闭合容器具有下部(20’)和上部(20”)，并且其中在所述容器的所述下部中定位有用于水溶液(31)的分配器(32)，所述分配器被布置成用于在第一方向从所述容器的所述下部到所述容器的所述上部产生水溶液的流，并且其中所述容器还包括至少一个过滤单元(21)，所述过滤单元被定位在用于所述水溶液的所述分配器上方，所述过滤单元包括基本上平坦的过滤元件，所述过滤元件的表面与所述第一方向平行并且设置有过滤器，所述过滤器具有在4μm至200μm范围内、优选地在4μm至100μm范围内的开口尺寸和在20％至50％之间的自由面积，并且其中所述过滤单元设置有至少一个用于所述过滤单元的渗透物的出口(22)。

33.根据权利要求32所述的装置，其中，所述过滤器是丝网。

34.根据权利要求32或33所述的装置，其中，过滤器具有在40μm至100μm范围内的开口尺寸。

35.根据权利要求32至34中任一项所述的装置，其中，所述装置设置有用于振动所述容器和/或过滤单元的振动装置，使得在操作中避免所述过滤器的堵塞并且避免所述水溶液的搅动。

36.根据权利要求32至35中任一项所述的装置，其中，所述容器具有在0.1m³到100m³之间、优选地在1m³到20m³之间、更优选地在1m³到10m³之间的体积。

37.根据权利要求32至36中任一项所述的装置，其中，所述过滤器的总面积与所述闭合容器的体积之间的比率在2m²/m³到20m²/m³之间，优选地在5m²/m³到15m²/m³之间。

38.根据权利要求32至37中任一项所述的装置，其中，所述过滤单元具有0.05m³至10m³的内部容积。

39.根据权利要求32至38中任一项所述的装置，其中，所述容器包括2至200个、优选地5至100个、优选地10至50个过滤单元。