CN107849099B - 玉米蛋白分离物及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的方面提供一种玉米蛋白分离物，其包含按干重计至少约85wt％的玉米蛋白；在约‑0.5与1.5范围内的“a*”颜色值和约10与25范围内的“b”颜色值；以及按干重计少于约1.5％的油。其他方面包括制备所述玉米蛋白分离物的方法。

Description

玉米蛋白分离物及其制造方法
交叉引用
本申请要求2015年3月24日提交的美国临时申请号62/137,526的优先权，所述临时申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。
技术领域
本公开涉及分离的玉米蛋白和分离玉米蛋白的方法。
背景技术
100多年来，玉米湿磨已用于将玉米粒分离成诸如淀粉、蛋白质、纤维和油的产品。玉米湿磨是两阶段过程，其包括软化玉米粒以促进下一个湿磨法步骤的浸泡过程，所述湿磨法步骤产生纯化的淀粉和不同的副产物如油、纤维和蛋白质。具体地说，目前正在研究进一步的玉米加工方法，以进一步纯化蛋白质副产物以并入到食品级产品中。消费者对其饮食中的蛋白质的越来越多的兴趣与关于动物源性蛋白质的成本和可用性的日益增长的担忧相结合导致食品公司越来越多地寻找新的蛋白质来源。
概述
本发明的方面提供一种玉米蛋白分离物，其包含按干重计至少约85wt％的玉米蛋白；介于约-0.5与1.5之间的“a*”颜色值和介于约10与25之间的“b*”颜色值；以及按干重计少于约1.5％的油。
本发明的其他方面提供一种产生玉米蛋白分离物的方法，所述方法包括：提供脱淀粉的玉米麸质材料，并且用包含水的溶剂和水混溶性有机溶剂洗涤所述脱淀粉的玉米麸质材料以获得玉米蛋白分离物，所述玉米蛋白分离物包含按干重计至少约85wt％的蛋白质、在约-0.5与1.5范围内的“a”颜色值和约10与25范围内的“b”颜色值；以及按干重计少于约1.5％的油。
本发明的其他方面提供一种产生玉米蛋白分离物的方法，所述方法包括提供包含至少约65wt％蛋白质的玉米麸质材料，将所述玉米麸质材料脱淀粉，并且用包含约75-100wt％乙醇或异丙醇的溶剂洗涤所述脱淀粉的玉米麸质材料以除去非蛋白质组分，并且获得包含按干重计至少约85wt％蛋白质的玉米蛋白分离物。
本发明的其他方面提供一种产生玉米蛋白分离物的方法，所述方法包括：提供脱淀粉的玉米麸质材料，并且用包含水的溶剂和水混溶性有机溶剂洗涤所述脱淀粉的玉米麸质材料以获得玉米蛋白分离物，所述玉米蛋白分离物具有按干重计至少85wt％的蛋白质，其中在洗涤步骤期间使用总计约3至40升溶剂/千克脱淀粉的玉米麸质材料。
附图简述
图1示出使用脱淀粉的湿玉米麸质作为起始材料的示例性乙醇溶剂洗涤过程。
图2示出使用脱淀粉的干燥玉米麸质作为起始材料的示例性乙醇溶剂洗涤过程。
详述
起始玉米材料
产生玉米蛋白分离物的方法以包含按干重(db)计至少约65重量％(wt％)、至少约70wt％或至少约80wt％蛋白质的玉米麸质材料开始。在至少某些优选方面，蛋白质的浓度可在约65至80wt％(db)、约70至80wt％(db)或约75至80wt％(db)的范围内。在本公开内容中的蛋白质的浓度通过如在[00030]中提供的氮浓度来确定。
在优选的方面，起始玉米麸质材料也是脱淀粉的。“脱淀粉的”是指如通过Ewers旋光法ISO 10520:1997所测量，具有在约0.1wt％至3.0wt％(ds)范围内的残余不溶性淀粉固体的起始玉米麸质材料。在至少某些优选方面，这种起始玉米麸质材料中的残余淀粉固体可在约0.1至2.0wt％(ds)、约0.1至1.0wt％(ds)或约0.1至0.75wt％(ds)的范围内。然而，如果玉米麸质材料没有脱淀粉，则玉米麸质材料可经历酶或化学水解以及随后的分离步骤以分别水解和除去玉米麸质材料中所含的大部分淀粉组分。
在一些方面，起始玉米麸质材料可以是美国专利号9,226,515中描述的玉米蛋白浓缩物。这种玉米蛋白浓缩物(例如，
Figure BDA0001462356750000031
75,Cargill,Incorporated,Wayzata,MN)的典型分析包含约75％至80％蛋白质、约4.5％脂肪、约5％可溶性碳水化合物和其他营养物(在原样的基础上)，并且具有亮黄色或金色。这种玉米蛋白浓缩物可以干燥“饼”形式或湿“饼”形式(包含约40％-60％水分)引入。
溶剂洗涤方法
然后可用水混溶性溶剂洗涤起始脱淀粉的玉米麸质材料。在本发明的方面，水混溶性溶剂的浓度可在约75至约100wt％或约85至100wt％的范围内。在优选的方面，水混溶性溶剂可以是约75至95wt％、或约85至95wt％、或约90wt％浓度的含乙醇或含异丙醇的溶剂或其混合物。
可进行一系列溶剂洗涤步骤。本文描述的方法的益处是与现有技术中描述的其他纯化方法相比溶剂使用的减少。在本文所述的方法中，每千克(kg)脱淀粉的玉米麸质使用约3至40升溶剂(L)的溶剂以获得所需的玉米蛋白分离物纯度。与本文所述的方法相比，用于产生玉米蛋白产品(包括玉米蛋白分离物)的其他方法需要更多的洗涤步骤并利用比本文所述的方面更多的溶剂，并且不能消除非蛋白质组分的量。至少出于这一原因，与现有技术中描述的那些方法相比，本文所述的方法在消除非蛋白质组分方面更具成本效益且更有效。
出人意料地是，发现本文所述的溶剂洗涤从起始玉米材料中除去许多非蛋白质组分(色素、真菌毒素、糖、有机酸、油等)，从而增强玉米蛋白分离物的回收，如在下文更详细地描述的。
参考图1，示出用于溶剂洗涤的示例性方法，其中乙醇用于溶剂(然而应理解，所述方法对于异丙醇或其他水混溶性溶剂及其混合物保持相同)，并且起始玉米蛋白浓缩物材料以脱淀粉的湿饼形式引入。如所示，将约250克(g)的具有约50％水分的脱淀粉的玉米蛋白浓缩物与100％乙醇混合(总计为约120g固体)。应理解，由于脱淀粉的玉米蛋白浓缩物中的约50％的水分含量，所以使用100％乙醇来平衡第一混合槽中的水以达到90wt％含乙醇溶剂。混合物保持在混合槽中约15分钟且然后送至布氏漏斗以滤出含有非蛋白质组分的溶剂并保持富含蛋白质的物流。应理解，虽然示出分批搅拌槽提取，但是这种提取也可通过连续搅拌槽反应器或通过渗滤或浸泡式提取来进行。还应理解，虽然在所述方法的一个方面中使用过滤，但可使用其他分离技术如离心或倾析来实现含非蛋白质组分的溶剂与富含蛋白质的物流的分离。应理解，脱淀粉的玉米蛋白浓缩物可含有30％-60％的水分，并且因此将相应地调节引入的乙醇的量以在提取槽中达到所需的乙醇浓度。然后将所述富含蛋白质的物流引入1200g的90wt％含乙醇溶剂中，并在混合槽中再混合15分钟，然后再次使用过滤来从所述富含蛋白质的物流中除去含非蛋白组分的溶剂。再次重复所述溶剂洗涤步骤，之后将富含蛋白质的物流空气干燥约60分钟且随后在约65℃下在对流烘箱中干燥约60至120分钟，之后回收玉米蛋白分离物产物。在所述方法中进行在此溶剂与固体比率下的至少三个溶剂洗涤步骤以获得玉米蛋白分离物产物。为了减少在所述方法中使用的新鲜溶剂的量，所述方法可作为逆流提取来操作。
玉米蛋白分离物产物
上述溶剂洗涤方法通过除去其他非蛋白质组分来浓缩玉米蛋白。值得注意的是，本文所述的方法产生包含按干重计(db)至少约85wt％、至少约86wt％、至少约87wt％、至少约88wt％、至少约89wt％、至少约90wt％、至少约91wt％、或至少约92wt％玉米蛋白的玉米蛋白分离物产物。作为非限制性实例，所述玉米蛋白分离物产物可在按干重计约85至98wt％、约86至98wt％、约87至98wt％、约88至98wt％、约89至98wt％、约90至98wt％、约91至98wt％或约92至98wt％玉米蛋白的范围内。在其他示例性方面，所述玉米蛋白分离物产物可在按干重计约88至96wt％、约89至96wt％、约90至96wt％、约91至96wt％、约92至96wt％、约88至95wt％、约88至94wt％、约88至93wt％、约88至92wt％、约88至91wt％或约88至90wt％玉米蛋白的范围内。例如，在至少某些优选方面，所述玉米蛋白分离物产物可在按干重计约87至92wt％，如约88至92wt％、约89至92wt％或约90至92wt％玉米蛋白的范围内。
目前描述的方法还除去真菌毒素污染物，特别是黄曲霉毒素。已知黄曲霉毒素和玉米烯酮结合至玉米蛋白质基质。水混溶性溶剂对降低真菌毒素水平具有显著影响。玉米蛋白分离物具有小于2.0十亿分率(ppb)、小于约1.5ppb、小于约1ppb、小于约0.5ppb的黄曲霉毒素水平，或无可检测到的黄曲霉毒素存在；小于约200ppb、小于约150ppb、小于100ppb、小于50ppb、小于10ppb、小于5ppb、小于约1ppb、小于约0.5ppb，小于0.1ppb的玉米烯酮水平，或无可检测到的玉米烯酮存在；小于1百万分率(ppm)、小于约0.5ppm、小于约0.1ppm的脱氧雪腐镰刀菌烯醇水平，或无可检测到的脱氧雪腐镰刀菌烯醇存在；以及小于约4ppm、小于约3ppm、小于约2ppm、小于约1ppm、小于约0.5ppm的伏马菌素水平，或无可检测到的伏马菌素存在；以及其混合物。
油是在脱淀粉的玉米起始材料中发现的另一种非蛋白质组分。本文所述的方法使油含量从起始脱淀粉的玉米麸质材料中的大于4wt％(db)降低至玉米蛋白分离物产物中的小于约2wt％(db)、小于约1wt％(db)、小于0.5wt％(db)、小于0.1wt％(db)，或无可检测到的油存在。从起始脱淀粉的玉米麸质材料中除去的油可达初始浓度的约100％，如举例来说，约40％至100％、约50％至100％、约60％至100％、约70％至100％、约80％至100％、约90％至100％、或约95％至约100％。
可溶性碳水化合物可用选定含水的水混溶性溶剂溶解。玉米蛋白分离物中的总可溶性碳水化合物浓度可被降低至约40克/千克(g/kg)或更低、约30g/kg或更低、约25g/kg或更低、约20g/kg或更低、或约10g/kg或更低。可溶性碳水化合物由葡萄糖、果糖、麦芽糖、麦芽三糖和/或一系列包含与α1,4-糖苷键联连接的四个或更多个葡萄糖单元的可溶性葡萄糖聚合物(也称为DP4+碳水化合物)组成。在一些方面，DP4+碳水化合物占总可溶性碳水化合物浓度的至少约65％、至少70％、至少80％或至少85％。使用某些溶剂从起始脱淀粉的玉米麸质材料中除去的可溶性碳水化合物可以是至少5％或至少10％。在另外的示例性方面，从起始脱淀粉的玉米麸质材料中除去的可溶性碳水化合物(主要是小糖，例如果糖、葡萄糖、麦芽糖和麦芽三糖)可在约5％至95％，如约5％至90％、约5％至80％、约5％至70％、约5％至60％、约5％至50％、约5％至40％、约5％至30％、约5％-20％、或约5％-10％的范围内。在另外的示例性方面，从起始脱淀粉的玉米麸质材料中除去的可溶性碳水化合物可在约10％至65％、约10％至60％、约10％至55％、约10％至50％、约10％至40％、约10％至30％、或约10％至20％的范围内。
在某些溶剂与水比率下的选定水混溶性溶剂可提取某些有机酸。如本文所述，有机酸包括柠檬酸、琥珀酸、乳酸酯、乙酸酯、甘油和丙酸酯。玉米的浸泡产生各种有机酸，并且一些保留在用于所述方法的起始玉米麸质材料中。在溶剂提取后玉米蛋白分离物产物中的残余总有机酸浓度(即，柠檬酸、琥珀酸、乳酸酯、乙酸酯、甘油和/或丙酸酯的总量)可在约4.25g/kg或更低、4.0g/kg或更低、约3.5g/kg或更低、约3.0g/kg或更低、约2.5g/kg或更低、约2.0g/kg或更低、约1.5g/kg或更低、或约1.0g/kg或更低、或约0.5g/kg或更低的范围内。在另外的示例性方面，在溶剂提取后玉米蛋白分离物产物中的残余总有机酸浓度可在约0.5至4.25g/kg、约0.5至3.5g/kg、约0.5至3.0g/kg、约0.5至2.5g/kg、或约0.5至约2.0g/kg的范围内。在至少某些优选方面，在溶剂提取后玉米蛋白分离物产物中的残余总有机酸浓度可在约0.7至4.25g/kg、或约0.7至3.5g/kg、或约0.7至2.6g/kg的范围内。从起始脱淀粉的玉米麸质材料中除去的总有机酸可以是至少30％。在另外的示例性方面，从起始脱淀粉的玉米麸质材料中除去的总有机酸可在约40％至100％，如约50％至100％、约60％至100％、约70％至100％的范围内。在另外的示例性方面，从起始脱淀粉的玉米麸质材料中除去的总有机酸可在约40％至90％，如约50％至90％、40％至80％、50％至70％、40％至70％或60％至70％的范围内。
起始玉米材料的颜色可以是黄橙色，因为大多数玉米色素(叶黄素、玉米黄质、隐黄质和胡萝卜素)浓缩到蛋白质物流中。已知玉米色素是脂溶性的并且具有与玉米蛋白结合的强亲和力。叶黄素(Xanthophyll)(叶黄素(lutein)、玉米黄质和隐黄质)占起始玉米麸质材料的总色素量的94％。这种颜色对于大多数食品级应用是不合乎需要的。因此，本文所述的溶剂洗涤步骤消除了大量颜色，并且提供“a*”颜色值在约-0.05至1.5、约-0.6至0.5、约-0.5至0.5、约-0.4至0.5、约-0.3至0.5、约-0.2至0.5、或约-0.1至0.5范围内的玉米蛋白分离物产物。在另外的示例性方面，“a*”颜色值可在约-0.6至0.3、约-0.5至0.3、约-0.4至约0.3、约-0.3至0.3、约-0.2至0.3、或约-0.1至0.3的范围内。例如，在至少某些优选方面，“a*”值可在约-0.6至-0.1、约-0.6至-0.2、约-0.5至-0.1或约-0.5至-0.2的范围内。此外，玉米蛋白分离物产物可具有在约10至约25、约10至约22或约10至20范围内的“b*”颜色值。例如，在至少某些优选方面，“b*”值可在约10至16、约10至15、约10至14或约10至13的范围内。此外，玉米蛋白分离物产物可具有在约88与95、约89至95或约90至95范围内的“L*”颜色值。例如，在至少某些优选方面，“L*”颜色值可在约88至92、约89至92、或约90至92的范围内。本文提供的颜色值对应于外观为灰白色的玉米蛋白分离物产物。
实施例
实验程序和分析方法
在液化和冲洗后从过滤器脱水转鼓收集根据美国专利号9,226,515制备的湿饼形式的脱淀粉的玉米麸质，冷却并且分配到塑料袋中并冷冻直到使用。湿饼水分是53.7％。
将根据美国专利号9,226,515制备并如上所述收集的脱淀粉的玉米麸质在五天时间内冷冻干燥以得到含有2.2％水分的“干”产物。将其储存在室温下。
所使用的己烷(BDH，98.5％)、乙酸乙酯(ACROS，99.5％)和异丙醇(Omnisolve和JTBaker，99.5％)溶剂是分析级的，而乙醇溶剂(200-proof，Brenntag)是食品级的。
当湿的脱淀粉的玉米麸质饼是起始材料时，实验使用以下程序(也在图1中示出)。将250g脱淀粉的玉米麸质湿饼悬浮在1200g溶剂中。所述饼的水分是大约53.7％水分，因此初始固体是115至116g。在用浸入式搅拌器短暂分散后，将悬浮液在环境温度(21℃-24℃)下搅拌15分钟。通过在布氏漏斗上通过VWR 417纸(18.5厘米(cm))过滤悬浮液来收集固体。将固体重新悬浮于1200g新鲜溶剂(10％w/w水与90％w/w所指示的溶剂)中，并且如上文加工另外两次。因此，最终材料被提取3次，获得30的总溶剂与固体比率(不考虑最终饼中保留的溶剂)。将样品在环境温度下在罩中空气干燥约90分钟，且然后在65℃下干燥约75分钟。这种制备证明了水性溶剂对最终组合物的影响。
当冷冻干燥(FD)的脱淀粉的玉米麸质饼是起始材料时，实验使用以下程序(也在图2中示出)。测量125g冷冻干燥的脱淀粉的玉米麸质饼(近似水分＝2.2％)，并用浸入式搅拌器分散在1200g溶剂中。将悬浮液搅拌15分钟，然后通过在布氏漏斗上通过VWR 417纸(18.5cm)过滤悬浮液收集固体。将固体重新悬浮于1200g新鲜溶剂中并如上文再加工两次。因此，最终材料被提取3次，获得约30的总溶剂与固体比率(不考虑最终饼中保留的溶剂)。将样品在罩中空气干燥约90分钟，且然后在65℃下干燥约75分钟。这种制备证明了水性溶剂对最终组合物的影响。
表1示出在最终溶剂洗涤中的无水条件和水性条件下的四种溶剂(并且假定无水溶剂在早期洗涤中除去“游离”水)。
表1
样品 起始材料 最终溶剂
样品#1 湿的脱淀粉的玉米麸质饼 90wt％己烷
样品#2 FD脱淀粉的玉米麸质饼 100wt％己烷
样品#3 FD脱淀粉的玉米麸质饼 100wt％乙醇
样品#4 湿的脱淀粉的玉米麸质饼 90wt％乙醇
样品#5 湿的脱淀粉的玉米麸质饼 90wt％乙酸乙酯
样品#6 湿的脱淀粉的玉米麸质饼 90wt％异丙醇
样品#7 FD脱淀粉的玉米麸质饼 100wt％异丙醇
样品#8 FD脱淀粉的玉米麸质饼 100wt％乙酸乙酯
在任何分析性分析之前，使用用于低温研磨的SPEX CertiPrep 6870
Figure BDA0001462356750000091
单元(SPEX SamplePrep,Metuchen,NJ)对样品进行研磨。所述单元是通过液氮冷却的冲击式研磨机。由液氮提供的低温有助于使由研磨过程产生的潜在脂质氧化最小化。将大约50g的通过冷却脆化的每种样品通过钢冲击器锤击样品室的端塞来粉碎。研磨机样品程序使用5个运行循环：预冷(T3)1.0分钟、运行时间(T1)3.0分钟和冷却时间(T2)1.0分钟。冲击频率是每秒10次。然后将粉碎的样品收集并储存在适当的单独容器中，直到需要。
通过使用6.25作为氮与蛋白质转换因子的
Figure BDA0001462356750000092
分析仪(型号630-300-300，LECO Corporation，St.Joseph，MI)来测量总粗蛋白。使用SPEX-Mill 8000M(SPEXSamplePrep,Metuchen,NJ)提取总粗脂肪并称重。使用Mettler-Toledo卤素水分分析仪(型号HB43-S)测量水分含量。
使用HunterLab比色计(型号CFE2，Hunter Associates Laboratory,Inc.,Reston,VA)测量颜色。仪器读取Hunter L*、“a*”、“b*”标度，其中L*值是颜色亮度的指示(值越高，产品越亮/越白)。Hunter“a*”表示红-绿颜色光谱，其中正值指示红色。Hunter“b*”表示具有黄-蓝光谱，其中正值指示黄色色调。所有测量都在干粉末上进行。
使用高效液相色谱(HPLC)系统测量可溶性碳水化合物和有机酸，其中柱温是60℃；流速是0.6mL/分钟；样品体积大小是20μL/注射液；溶剂是0.01N H2SO4；并且洗脱时间是总计25分钟。将2g最终干燥产物与20g的
Figure BDA0001462356750000101
去离子水在Waring掺混器中在11,000rpm下混合1分钟，然后在4,000rpm下离心步骤5分钟。然后将上清液通过0.45um注射器过滤器过滤。将此滤液注入到HPLC柱(可从Bio-Rad Laboratory获得的HPX-87H预填充柱)，并与标准溶液进行比较。
使用具有荧光检测的HPLC方法进行真菌毒素测试，包括黄曲霉毒素(AFLA)、脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)、伏马菌素(FUM)和玉米烯酮(ZEA)毒素。AOAC 994.08用于测试AFLA；JAOAC,Vol.88,No.4,2005用于测试DON；AOAC 2001.04用于测试FUM；并且JAOAC,Vol.88,No.6,2005用于测试ZEA。
游离亚硫酸酯通过Monier-Williams AOAC 990.28方法测量。对本文所述的“亚硫酸酯”的任何提及是指游离的亚硫酸酯。
实施例1：实验结果
在段落[00023]、[00024]、[00025]和[00027]中描述的实验程序或方法产生通过除去其他组分如油、碳水化合物、有机酸和真菌毒素来浓缩蛋白质。应理解，虽然含乙醇和异丙醇的溶剂不一定是在除去油、碳水化合物、有机酸和真菌毒素中最有效的(参见表3-6)，但是在平衡整体纯化的成功中，含90wt％乙醇和90wt％异丙醇的溶剂出人意料地是最有效的。
表2示出不同浓度下的不同溶剂对蛋白质浓度具有显著影响，其中90wt％乙醇和90wt％异丙醇溶剂产生按干重计(db)最高的蛋白质浓度。100wt％己烷、100wt％乙醇、100wt％异丙醇和100wt％乙酸乙酯以及90wt％乙酸乙酯也有效地浓缩蛋白质(db)。应理解可存在可在浓缩这种蛋白质(db)中同样有效的其他水混溶性溶剂。
表2–蛋白质增强
蛋白质
样品代码 最终溶剂 ％db
样品#1 90wt％己烷 85.2
样品#2 100wt％己烷 89.4
样品#3 100wt％乙醇 92.0
样品#4 90wt％乙醇 95.5
样品#5 90wt％乙酸乙酯 88.5
样品#6 90wt％异丙醇 92.7
样品#7 100wt％异丙醇 89.6
样品#8 100wt％乙酸乙酯 90.1
FD脱淀粉的玉米麸质(起始材料) 未处理的 85.1
溶剂洗涤方法除去非蛋白质组分如真菌毒素。不同的溶剂对真菌毒素浓度具有显著影响(表3)。一些溶剂没有提取任何真菌毒素，而一些溶剂部分地能够除去这些化合物。当溶剂浓度是约90wt％水混溶性有机成分和10wt％水(特别是乙醇、异丙醇和乙酸乙酯)时，获得最佳结果。例如，90wt％乙醇除去了所有黄曲霉毒素和玉米烯酮污染物以及约75％的伏马菌素；90wt％异丙醇除去了所有黄曲霉毒素和玉米烯酮污染物以及约30％伏马菌素；并且90wt％乙酸乙酯除去了所有黄曲霉毒素和约70％玉米烯酮污染物。溶剂100wt％乙醇也有效除去一些真菌毒素、约50％黄曲霉毒素和约75％玉米烯酮污染物。
表3–真菌毒素除去
Figure BDA0001462356750000121
大部分蛋白质浓度增加可归因于油除去。各种溶剂对油除去的作用在表4中。所测试的所有溶剂除去油，一些溶剂比其他溶剂更有效。使用90wt％乙醇、90wt％异丙醇、100wt％乙醇、100wt％异丙醇、100wt％乙酸乙酯或100％己烷或其混合物的溶剂洗涤方法有效地除去玉米蛋白分离物产物中的至少90％的油。90wt％乙酸乙酯(样品#5)从玉米蛋白分离物产物中除去至少或约40％的油。
表4–油除去
Figure BDA0001462356750000122
所述溶剂洗涤方法还除去碳水化合物以增强蛋白质含量(表5)。碳水化合物是一类可预期在不同极性的溶剂中不同地溶解的化合物，并且因此对蛋白质纯度具有不同的结果。用90％乙醇提取产生最低的可溶性碳水化合物残留物，其中残余碳水化合物是约21g/kg的玉米蛋白质分离物产物(换句话说，当使用90％乙醇时，从起始材料中除去约52％的碳水化合物)。90％乙酸乙酯和90％异丙醇不如90％乙醇有效，但是它们确实从起始材料中除去约30％碳水化合物。其他水性有机溶剂在除去糖类方面不是非常有效。
表5–碳水化合物除去
Figure BDA0001462356750000131
增加蛋白质浓度的另一种方式是根据溶剂极性除去也溶解于溶剂中的有机酸。所测试的有机酸包括柠檬酸、琥珀酸、乳酸和乙酸。表6示出有机酸除去。用90wt％乙醇提取产生3.5g/kg的最低总有机酸残余物(或除去约70％)。用90wt％异丙醇提取产生4.25g/kg的总有机酸残余物(或除去约64％)，并且用100wt％乙醇提取得到5.05g/kg的总有机酸残余物(或约57％除去)。其他水性有机溶剂在除去有机酸方面没那么有效，但是使用90wt％乙酸乙酯产生9.48的总有机酸残余物(或除去约20％)；使用90wt％己烷产生10.45的总有机酸残余物(或除去约11％)；并且使用100wt％己烷产生11.04的总有机酸残余物(或除去约6％)。
表6–有机酸除去
Figure BDA0001462356750000141
食品级玉米蛋白分离物的重要特征是颜色。溶剂洗涤方法从起始材料中除去色素(颜色通常为黄橙色)。表7示出不同溶剂对颜色的影响，其中90wt％乙醇和90wt％异丙醇显示从起始原料中显著除去色素。这些溶剂对从蛋白质中除去黄色和红色颜色具有最大作用(从4.9的a*值使用90wt％乙醇降低至0.0且使用90wt％异丙醇降低至0.3；并且从23.8的b*值使用90wt％乙醇降低至12.7且使用90wt％异丙醇降低至14.4)。90wt％乙醇和90wt％异丙醇具有最高的L*值(所述值越高，产品越亮/越白)，其对应于具有灰白色颜色的那些样品。除了90wt％己烷外，其他溶剂也可有效地从起始材料中除去色素，但是不如90wt％乙醇和90wt％异丙醇那样有效。
表7-颜色
Figure BDA0001462356750000142
Figure BDA0001462356750000151
实施例2：使用分批搅拌槽提取和过滤的方法
许多因素考虑到方法的效率。例如，方法所需的步骤越多，构建方法的资本成本越高并且设备的操作成本越高。类似地，更多的步骤可转化成更长的操作时间，这反映在更高生产成本(以生产量(kg/hr)表示)中。在使用样品#4的此实施例中，使用总计约38L/kg溶剂在三个洗涤步骤中完成提取，如表8中所示。
表8–分批搅拌槽
Figure BDA0001462356750000152
在工业过程中，溶剂将被回收和重复使用，因此溶剂的较低体积和溶剂中较高浓度的乙醇导致较低的回收成本。
实施例3：使用浸泡式提取和过滤的方法
通过具有0.125英寸筛网的双转子破碎机加工20kg具有55％-60％水分的起始脱淀粉的玉米麸质饼以产生均匀大小的颗粒用于均匀提取。将所述饼进料至使用通过旋转阀下降的刮板输送机的Crown Iron Works IV型浸泡式提取器中(为了更好的理解，CrownIron Works IV型浸泡式提取器的说明可在crowniron.com网站上找到)。提取器包括一系列倾斜的刮板输送机，所述输送机被布置成使得输送机的下端被浸没在提取溶剂中，并且上端在溶剂上方。输送机将固体向前运送，以使得材料最初被浸没在溶剂中，且然后材料从溶剂中出来，并将过量的溶剂排回到溶剂流中。在输送机的端部，固体以类似的布置落到另一个输送机上。IV型提取器具有六个提取阶段。在排出端引入新鲜溶剂，并使所述新鲜溶剂朝向入口端流动，并最终在固体引入前的一个点排出。在最终溶剂接触后，将固体向上输送长区段以允许在落入输送机中用于运输至脱溶剂之前更广泛排出。将固体以0.45kg/分钟进料到系统中，并以1.8kg/分钟(基于容积式进料器)引入溶剂(100％w/w)，并通过原位热交换器将溶剂保持在60℃下。总溶剂与固体比率是约4，且总接触时间是约60分钟。通过来自输入材料的残留水与新鲜溶剂中的水的组合引入提取系统的水。当乙醇用作溶剂时，接触提取的脱淀粉玉米麸质的进料溶剂的组成是大约90％乙醇和10％水。
脱溶剂在以约155℃-160℃的表面温度和约60至120毫巴(目标为约100毫巴)的绝对压力操作的Bepex Solidaire干燥器中发生。所得产物是约90％固体。将材料在锤磨机中研磨以得到精细粉末并且具有如表9中详述的化学组成。
表9-浸没
组分 单位
蛋白质 ％干重 90.9
脂肪 ％干重 0.0
黄曲霉毒素B1 Ppb <1
脱氧雪腐镰刀菌烯醇 Ppm <0.1
玉米烯酮 Ppb <50
颜色 L* 90.5
a* -0.39
b* 11.9
实施例4
使用实施例3中所述的方法，完成许多试验以制备用于进一步分析的原型样品。起始脱淀粉的玉米麸质材料(Emp-010815-2、Emp-032715-2)和23种玉米蛋白分离物产物样品中的蛋白质和油浓度以及颜色在表10A中示出。表10B和表10C分别示出相同样品的可溶性碳水化合物和有机酸分析。
表10A–蛋白质增强、油除去和颜色
Figure BDA0001462356750000171
玉米蛋白分离物产物中的蛋白质在约88％-94％(db)的范围内，平均值为91.4％(db)；油在约0％至1％(db)的范围内，平均值为0.1％(db)，其对应于从起始脱淀粉的玉米麸质材料中除去约98％至99％的油；并且“L*”颜色在约88至92的范围内，平均值为90.8；“a*”颜色在约-0.5至1.5的范围内，平均值为-0.3；“b*”颜色在约10至22的范围内，平均值为12.9。
表10B–碳水化合物浓度
Figure BDA0001462356750000181
据信较小的糖被除去。DP4+碳水化合物难以除去并倾向于在使用某些浓度下的某些水混溶性溶剂除去其他非蛋白质组分之后在玉米蛋白分离物产物中浓缩。在23种玉米蛋白分离物产物样品中，三种在所描述条件下显示来自起始脱淀粉的玉米麸质材料的总可溶性碳水化合物的约12％至约56％除去。
表10C–有机酸除去
Figure BDA0001462356750000191
大部分残留的有机酸包括柠檬酸和乳酸。玉米蛋白分离物产物中的总残留有机酸浓度在约0.7至2.6g/kg的范围内，平均小于2.0g/kg(即，0.2wt％(db))。从起始脱淀粉的玉米麸质材料中除去约60％至70％有机酸。
实施例5
在冲洗下在旋转转鼓真空过滤器上收集起始脱淀粉的玉米麸质饼。将脱淀粉的玉米麸质浆料以约1.016g/mL的密度以1.2加仑/分钟进料至转鼓中。以0.12加仑/分钟施加补充有0.3％过氧化氢的冲洗水。在真空脱水完成后，将处理的饼冷冻直到进一步使用。
通过具有0.125英寸筛网的双转子破碎机加工10kg具有60％-65％水分的过氧化物处理的脱淀粉的玉米麸质饼以产生均匀大小的颗粒用于均匀提取。将所述饼进料至使用通过交叉螺钉下降的刮板输送机且然后破块机的Crown Iron Works IV型浸泡式提取器中(为了更好的理解，Crown Iron Works IV型浸泡式提取器的说明可在crowniron.com网站上找到)。提取器包括一系列倾斜的刮板输送机，所述输送机被布置成使得输送机的下端被浸没在提取溶剂中，并且上端在溶剂上方。输送机将固体向前运送，以使得材料最初被浸没在溶剂中，且然后材料从溶剂中出来，并将过量的溶剂排回到溶剂流中。在输送机的端部，固体以类似的布置落到另一个输送机上。IV型提取器具有六个提取阶段。在排出端引入新鲜溶剂，并使所述新鲜溶剂朝向入口端流动，并最终在固体引入前的一个点排出。在最终溶剂接触后，将固体向上输送长区段以允许在落入交叉螺钉中用于运输至脱溶剂之前更广泛排出。将溶剂以0.109kg/分钟进料到系统中，并以0.027kg/分钟(基于容积式进料器)引入固体，并通过原位热交换器将溶剂保持在25℃下。总溶剂与固体比率是约4，且总接触时间是约60分钟。通过来自输入材料的残留水与新鲜溶剂中的水的组合引入提取系统的水。接触提取的脱淀粉玉米麸质的进料溶剂的组成是大约90％乙醇和10％水。因此，溶剂的组成在提取器之间变化，但最终溶剂浓度是约90％乙醇。
脱溶剂在以约155℃-160℃的表面温度和约270-330毫巴(目标为约300毫巴)的绝对压力操作的Bepex Solidaire干燥器中发生。
所得产物是约89.0％蛋白质(干重)。此外，油是按干重计小于1％，产品颜色具有等于90.3的“L*”颜色、等于0.2的“a*”颜色和等于16.1的“b*”颜色。与脱淀粉的玉米麸质饼(起始材料)的大于500mg/kg(db)的游离亚硫酸酯浓度相比，游离亚硫酸酯浓度是104mg/kg(db)。
实施例6
在冲洗下在旋转转鼓真空过滤器上收集脱淀粉的玉米麸质饼。将脱淀粉的浆料以约1.016g/mL的密度以1.2加仑/分钟进料至转鼓中。以0.12加仑/分钟施加补充有0.3％过氧化氢的冲洗水。在真空脱水完成后，将处理的饼冷冻直到进一步使用。
通过具有0.125英寸筛网的双转子破碎机加工10kg具有60％-65％水分的过氧化物处理的脱淀粉的玉米麸质饼以产生均匀大小的颗粒用于均匀提取。将所述饼进料至使用通过交叉螺钉的刮板输送机且然后破块机的Crown Iron Works IV型浸泡式提取器中(为了更好的理解，Crown Iron Works IV型浸泡式提取器的说明可在crowniron.com网站上找到)。提取器包括一系列倾斜的刮板输送机，所述输送机被布置成使得输送机的下端被浸没在提取溶剂中，并且上端在溶剂上方。输送机将固体向前运送，以使得材料最初被浸没在溶剂中，且然后材料从溶剂中出来，并将过量的溶剂排回到溶剂流中。在输送机的端部，固体以类似的布置落到另一个输送机上。IV型提取器具有六个提取阶段。在排出端引入新鲜溶剂，并使所述新鲜溶剂朝向入口端流动，并最终在固体引入前的一个点排出。在最终溶剂接触后，将固体向上输送长区段以允许在落入交叉螺钉中用于运输至脱溶剂之前更广泛排出。将溶剂以0.218kg/分钟进料到系统中，并以0.027kg/分钟(基于容积式进料器)引入固体，并通过原位热交换器将溶剂保持在42.5℃下。总溶剂与固体比率是约8，且总接触时间是约45分钟。通过来自输入材料的残留水与新鲜溶剂中的水的组合引入提取系统的水。接触提取的脱淀粉玉米麸质的进料溶剂的组成是大约90％乙醇和10％水。因此，溶剂的组成在提取器之间变化，但最终溶剂浓度是约90％乙醇。
脱溶剂在以约155℃-160℃的表面温度和约270-330毫巴(目标为约300毫巴)的绝对压力操作的Bepex Solidaire干燥器中发生。
所得产物是约95％固体。将材料在锤磨机中研磨以产生精细粉末。此外，蛋白质浓度是87.3％(db)，油浓度是小于0.5％(db)，并且产品颜色具有等于85.9的“L”颜色、等于1.5的“a”颜色和等于21.3的“b”颜色。与脱淀粉的玉米麸质饼(起始材料)的平均530mg/kg(db)的游离亚硫酸酯浓度相比，游离亚硫酸酯浓度是112mg/kg(db)。
实施例7
在冲洗下在旋转转鼓真空过滤器上收集起始脱淀粉的玉米麸质饼。将脱淀粉的浆料以约1.016g/mL的密度以1.2加仑/分钟进料至转鼓中。以0.12加仑/分钟施加补充有0.3％过氧化氢的冲洗水。在真空脱水完成后，将处理的饼冷冻直到进一步使用。
通过具有0.125英寸筛网的双转子破碎机加工10kg具有60％-65％水分的过氧化物处理的脱淀粉的玉米麸质饼以产生均匀大小的颗粒用于均匀提取。将所述饼进料至使用通过交叉螺钉下降的刮板输送机且然后破块机的Crown Iron Works IV型浸泡式提取器中(为了更好的理解，Crown Iron Works IV型浸泡式提取器的说明可在crowniron.com网站上找到)。提取器包括一系列倾斜的刮板输送机，所述输送机被布置成使得输送机的下端被浸没在提取溶剂中，并且上端在溶剂上方。输送机将固体向前运送，以使得材料最初被浸没在溶剂中，且然后材料从溶剂中出来，并将过量的溶剂排回到溶剂流中。在输送机的端部，固体以类似的布置落到另一个输送机上。IV型提取器具有六个提取阶段。在排出端引入新鲜溶剂，并使所述新鲜溶剂朝向入口端流动，并最终在固体引入前的一个点排出。在最终溶剂接触后，将固体向上输送长区段以允许在落入交叉螺钉中用于运输至脱溶剂之前更广泛排出。将溶剂以0.218kg/分钟进料到系统中，并以0.027kg/分钟(基于容积式进料器)引入固体，并通过原位热交换器将溶剂保持在30℃下。总溶剂与固体比率是约8，且总接触时间是约60分钟。通过来自输入材料的残留水与新鲜溶剂中的水的组合引入提取系统的水。接触提取的脱淀粉玉米麸质的进料溶剂的组成是大约93.6％乙醇和6.4％水。因此，溶剂的组成在提取器之间变化，但最终溶剂浓度是约93.6％乙醇。
脱溶剂在以约155℃-160℃的表面温度和约270-330毫巴(目标为约300毫巴)的绝对压力操作的Bepex Solidaire干燥器中发生。
所得产物是约89.0％蛋白质(db)。此外，油是小于1％(db)，产品颜色具有90.3的“L*”颜色、0.2的“a*”颜色和16.1的“b*”颜色。与脱淀粉的玉米麸质饼(起始材料)的平均530mg/kg(db)的游离亚硫酸酯浓度相比，游离亚硫酸酯是104mg/kg(db)。

Claims (16)

1.一种产生玉米蛋白分离物的方法，所述方法包括：
a)提供脱淀粉的玉米麸质材料；以及
b)处理所述脱淀粉的玉米麸质材料以获得玉米蛋白分离物，所述玉米蛋白分离物包含：
i.按干重计至少85wt％的蛋白质；
ii.介于-0.5与1.5之间的“a*”颜色值、介于10与25之间的“b*”颜色值和88至95的L*颜色值；
iii.按干重计少于1.5％的油，以及
iv.40g/kg或更低的可溶性碳水化合物浓度，
其中所述处理由以下组成：用包含水的溶剂和选自乙醇、乙酸乙酯、异丙醇或其混合物的水混溶性有机溶剂洗涤所述脱淀粉的玉米麸质材料，有机溶剂浓度范围为75至95wt％，以及通过选自过滤、离心或倾析或其组合的分离将所得富含蛋白质的物流与含有非蛋白质组分的所得溶剂组合物分离。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述脱淀粉的玉米麸质材料包含通过Ewers旋光法ISO 10520:1997所测量，在按重量计0.1至3.0wt％范围内的残余不溶性淀粉固体。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述玉米蛋白分离物包含按干重计87至98wt％蛋白质。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述玉米蛋白分离物包含按干重计87至92wt％蛋白质。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述玉米蛋白分离物包含在90至92范围内的L*颜色值。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述玉米蛋白分离物包含按干重计少于1.0％油。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述玉米蛋白分离物包含按干重计少于0.5％油。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述玉米蛋白分离物具有25g/kg或更低的可溶性碳水化合物浓度。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述玉米蛋白分离物具有4.25g/kg或更低的有机酸浓度。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述玉米蛋白分离物具有3.5g/kg或更低的有机酸浓度。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述玉米蛋白分离物具有2.0g/kg或更低的有机酸浓度。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述玉米蛋白分离物具有小于1ppb的黄曲霉毒素浓度。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述玉米蛋白分离物具有小于0.5ppb的黄曲霉毒素浓度。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述玉米蛋白分离物具有小于150ppm的游离亚硫酸酯浓度。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述玉米蛋白分离物具有小于120ppm的游离亚硫酸酯浓度。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述玉米蛋白分离物具有小于100ppm的游离亚硫酸酯浓度。
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