CN1236687C - 含油种子饼粉的分离与加工 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含油种子物料的水溶液提取、分离和酶处理的一种方法，以产生有价值的产品而没有明显低价值的副产品或废物流。特别地，该分离方案产生一种主要用于反刍动物的蛋白质-纤维饲料成分和第二种脱肌醇六磷酸的高蛋白质部分。该脱肌醇六磷酸的高蛋白质部分作为许多种动物的饲料成分是有价值的。

Description

含油种子饼粉的分离与加工
技术领域
本发明一般涉及含油种子物料的水溶液提取、分离和酶处理以产生有价值产品而没有明显的低价值副产品和废物流的方法。特别地，该分离方案产生一种主要用于反刍动物的蛋白质-纤维饲料成分和第二种脱肌醇六磷酸的高蛋白质部分。脱肌醇六磷酸的高蛋白质部分具有作为许多种动物的饲料成分的价值。
背景技术
许多努力的方向一直是开发含水加工系统和技术，用于从含油种子(如大豆)生产高价值的蛋白质浓缩物和蛋白质分离物(＞90％的蛋白质)。所有这些现存的加工系统和技术的目的是产生单一的非常高价值蛋白质产品。很少或没有考虑原料的非蛋白质组分的价值。也没有设计加工系统来把原料分离成一系列有价值的产品而不产生低价值副产品或废料流。
目标是从含油种子生产单一高价值蛋白质产品的技术和加工系统经常利用大量的水和化学物质如盐、酸或碱，来获得高效率的蛋白质提取和分离。要求大量使用水和化学物质的系统经常是高成本的。另外的成本与低价值副产品或废料流的废弃相关。
加拿大油菜籽或油菜籽由大约40％的油和60％非油成分组成。在工业加工中，通过溶剂提取或榨油从种子中排出了大多数油。在基于溶剂提取的加工系统中，非油物质开始以吸满溶剂的白薄片(whiteflake)或榨渣形式存在。通常通过涉及应用水蒸气和热量产生称为饼粉的最终的脱溶剂-烘烤产品的过程从白薄片中除去溶剂。该饼粉含有约35％的蛋白质并以饲料成分出售，用于掺入许多类动物的饲料中，包括猪、家禽和牛。
加拿大油菜籽蛋白质具有优异的饲养价值。该蛋白质富含蛋氨酸(总蛋白质的2.0％)和赖氨酸(总蛋白质的5.8％)，具有必需氨基酸的良好平衡。在评述各种蛋白质源的营养质量方面，Friedman M.(J.Agric Food Chem.44：6-29，1996)报道了油菜籽蛋白质浓缩物的蛋白质效率比(PER)为3.29，干酪素的蛋白质效率比为3.13，大豆浓缩物的蛋白质效率比为1.60。在所报道的所有植物蛋白质源中，油菜籽蛋白质浓缩物具有最高的PER。同样加拿大油菜籽或油菜籽蛋白质本身具有优异的饲养价值并且与其它植物蛋白相比可以认为是异常的。Prendergast，A.F.等(Nort.Aquacult.10：15-20，1994)发现脱肌醇六磷酸的油菜籽蛋白质浓缩物可以在喂给虹鳟鱼的饲料中代替100％的高质量鱼粉，而不会不利地影响鱼的生长特性和饲养效率。
当用作为饼粉的一部分的传统形式供给蛋白质时，动物不能完全利用加拿大油菜籽或油菜籽蛋白质的蛋白质饲养价值。未脱壳的脱溶剂-烘烤加拿大油菜籽饼粉含有高含量的纤维。纤维对于动物如鱼、鸡和小猪的饲养价值很小，因此稀释了饼粉的蛋白质和能量含量。此外，与该纤维相关的反营养因素如酚类可能对单胃动物如猪、鸡和鱼的生长性能有不利的影响。在最终的饼粉产品制备过程中采用的烘烤法降低了饼粉的蛋白质溶解度并且已经证明在喂鸡时降低了赖氨酸的可消化性(Newkirk，R.W.等，Poult.Sci.79：64，2000)。加拿大油菜籽饼粉含有非常高含量的肌醇六磷酸(约饼粉的3％)。肌醇六磷酸是磷在种子中的储存形式并且单胃物种如猪、鸡和鱼难以消化。肌醇六磷酸可以与矿物质、氨基酸和蛋白质形成络合物，从而降低营养素的可消化性。此外，在肌醇六磷酸分子中的磷大部分不能被动物利用并随粪便排出。已知肌醇六磷酸盐-P的可消化性差，必须配制具有足够可利用食物的P以满足动物的要求，这通常提高食物的成本。此外，在粪肥中的未消化的P可能损害环境并且在密集家畜生产地区是被广泛关注的。总之，加拿大油菜籽饼粉的高纤维和高肌醇六磷酸盐含量限制了作为单胃动物如猪、鸡和鱼的蛋白质源的饲养价值。
反刍动物如牛可以通过在瘤胃中的发酵作用从纤维中提取能量。此外，瘤胃微生物可以高效率地水解肌醇六磷酸盐，因此在喂养反刍动物中，来自食物的肌醇六磷酸的反营养作用和对环境的损害可能性具有更小的意义。高可溶性蛋白质被瘤胃中的微生物迅速水解和利用。抵抗在瘤胃中的降解但是在随后通过小肠过程中大部分被消化的蛋白质对于反刍动物具有最高的蛋白质喂养价值。作为反刍动物的饲料成分，在加拿大油菜籽中的高可溶性蛋白质比相对不可溶的总加拿大油菜籽蛋白质部分具有更低的喂养价值。
在该领域中的现有技术集中在实现从含油种子基原料中高效率提取蛋白质，然后把蛋白质浓缩或分离成单一的高价值产品的方法。
U.S.5,658,714说明了通过把提取介质的pH值调节在7.0-10.0范围内可以高效率地从植物粉中提取蛋白质。然后通过超滤浓缩蛋白质，并通过把渗透物的pH值调节到3.5-6.0来沉淀。肌醇六磷酸盐抵抗蛋白质沉淀步骤，因此最终蛋白质浓缩物的肌醇六磷酸盐含量描述为小于蛋白质分离物中的干物质的1％。
U.S.4,420,425描述了一种使用碱性条件的水溶液提取脱脂大豆的方法，其提取介质∶含油种子原料比＞10∶1。在该方法中，通过过滤除去提取物中的固体，把溶剂化的蛋白质巴氏灭菌，并使该提取物通过分子量截止值＞100,000的超滤膜以产生蛋白质浓缩物。
U.S.5,989,600说明了通过用酶如肌醇六磷酸酶和/或蛋白水解酶处理植物蛋白质源，可以提高植物蛋白的溶解度。这些酶在任何提取阶段前直接应用于原料，目的是改善蛋白质溶解度。
U.S.3,966,971说明了可以向植物蛋白源物料的水分散体中加入酸化肌醇六磷酸酶，以促进蛋白质提取。对于给定的蛋白质，使含水浆料保持在最小蛋白质溶解度的pH值并经过用酸化肌醇六磷酸酶消化，以提高蛋白质溶解度。把该混合物在足够的温度下热处理，以钝化酶的活性，然后把可溶性物质与不可溶性的消化残渣分离。通过离心或过滤或者这些过程的组合与不溶性残渣分离，描述了溶剂化的残渣。然后按要求调节液体提取物的pH值并干燥，以产生成品。
U.S.4,435,319说明了可以通过用pH值为4.0-7.0的酸处理饼粉的含水浆料从葵花籽油饼粉中提取蛋白质。分离可溶性和不可溶性残渣，并用酸溶液连续处理不可溶性物料直至获得希望的蛋白质提取物。所提取的蛋白质然后通过沉淀或通过超滤来回收。
U.S.3,635,726描述了通过在pH值高于大豆球蛋白的等电点pH值的碱性条件下提取大豆原料生产大豆蛋白质提取物的方法。在使提取物与不溶性残渣分离后，把提取物的pH值降低到大豆球蛋白的等电点pH值，以诱导蛋白质沉淀。
U.S.4,418,013描述了用于从植物蛋白中提取蛋白质的方法，其由不在水提取介质中使用化学添加剂的在水中的提取组成。然后把可溶性提取物与固体分离，并稀释到大量冷水中来诱发蛋白质颗粒的形成，这些颗粒然后从水中去除并干燥，以形成其蛋白质分离物，其被描述为基本未变性的。
国际专利公开WO 95/27406说明了可以向大豆基原料的水悬浮液中加入肌醇六磷酸酶。在可控的pH值和温度条件下，肌醇六磷酸盐含量被降低到原料中肌醇六磷酸盐含量的＜50％。在本发明的一个优选的实施方案中，起始的大豆物料暴露于低热处理并且具有＞50％的氮溶解度系数。流出物的pH值在7-9范围内，并且把该流出物分离成可溶性和不可溶性部分。可溶性部分然后热处理以便使酶钝化，并且把可溶性部分通过纳米过滤(nanofiltration)并干燥以形成成品。不可溶部分和在纳米过滤过程中形成的渗透物被废弃。Tzeng等(Journal of Food Science 1990.55：147-1156)描述了使用水溶液加工方案分离各种含油种子物料的一系列实验。商品加拿大油菜籽饼粉和提取油后的脱溶剂未烘烤加拿大油菜籽白薄片用作原料。所有的提取在pH值等于或大于10的含水碱性条件下进行。在该过程中，分离未提取的固体残渣，并把提取物的pH值调节到3.5，以诱发等电点蛋白质沉淀。通过离心过程使所沉淀的蛋白质与其余可溶性物质分离。使用10,000分子量截止值的薄膜通过超滤和渗滤法浓缩可溶性蛋白质。不溶性残渣、等电点沉淀的蛋白质和超滤的可溶性蛋白质分析化验其干物质、蛋白质、肌醇六磷酸盐和glucosinolate含量。在这些条件下，来自加拿大油菜籽饼粉的未提取的残渣含有67％的固体，并且在原料中存在62％的蛋白质。按干基物质计，该饼粉残渣具有42％的蛋白质和5.7％的肌醇六磷酸盐含量；等电点沉淀物蛋白质具有83％蛋白质和2％肌醇六磷酸盐含量；并且可溶性蛋白质具有86％蛋白质和1.7％肌醇六磷酸盐含量。等电点的和可溶性的蛋白质分别含有加拿大油菜籽饼粉原料中的总蛋白质的22％和11％。相比之下，在使用脱溶剂未烘烤加拿大油菜籽白薄片作为原料时，在碱性条件下的蛋白质提取率明显更高。在这种情况下，未提取的残渣含有50％的固体和在原料中发现的蛋白质的15％。按干基物质计，该饼粉残渣具有11％蛋白质和6.5％肌醇六磷酸盐含量；等电点沉淀物蛋白质具有87％蛋白质和1％肌醇六磷酸盐含量；并且可溶性蛋白质具有96％蛋白质和1.2％肌醇六磷酸盐含量。等电点的和可溶性的蛋白质分别含有加拿大油菜籽白薄片原料中的总蛋白质的43％和33％。从加拿大油菜籽白薄片中的非常高的氮提取率反映了原料在与碱性提取条件的组合中的高氮溶解度。
附图简述
图1表示在用FFI或Natuphos肌醇六磷酸酶水解60分钟后，加拿大油菜籽提取物的肌醇六磷酸盐浓度。
发明内容
在其最广义的方面，本发明涉及含油种子原料的水基提取和分离的一种方法，所述含油种子原料例如得自油菜籽或加拿大油菜籽的提取油后的脱溶剂薄片。这种含油种子物料首先使用含水溶剂进行溶剂提取并把含水提取物与残余的固体分离。含水提取物通过用富含肌醇六磷酸酶处理进行脱肌醇六磷酸处理。
如此获得的脱肌醇六磷酸提取物可以热处理以诱导提取物中所含蛋白质的乳凝。该沉淀的蛋白质然后通过固液分离与残余液体分离。
结果是一系列有价值的产品而没有产生副产品或废物流。本发明的方法提供了高效率的提取并保持未提取物料中的蛋白质含量，使其具有用于反刍动物的蛋白质-纤维形式的良好喂养价值。在沉淀蛋白质分离后获得的液体提取物可以通过膜滤法进一步加工并且随后产生高价值的产品。
实施本发明的最佳方式
诸如油菜籽或加拿大油菜籽的含油种子的非油组分的固有价值的完全利用需要一种分离过程，其中，所述组分被分离成对于目标用途具有良好价值的截然不同的产品。根据本发明的分离加工系统满足以下标准：
所有产品具有优良价值，例如用于各种物种如鱼、猪、鸡和牛的饲料成分，或者用于人的食物成分。
营养素如蛋白质的提取效率足以产生大量高价值产品，但是必须不能过度损害所提取的残渣的价值。所提取的残渣作为用于反刍动物的蛋白质-纤维具有优良价值。在高价值产品中的纤维或反营养因素如肌醇六磷酸的含量为0或者可容忍的低含量。该方法不产生低价值的副产品或废料流。
该分离加工系统产生具有最小含水量的脱水的中间产物，以降低整个过程的干燥成本。
该分离加工系统不需要过量水分或化学物质，过量的水分或化学物质通过损失和置换或者通过与回收水分和化学物质相关的成本而增大总加工成本。
因此，本发明公开了一种分离加工方案，其可以用于含油种子物料，如加拿大油菜籽或油菜籽，以便把含油种子的非油组分有效地分离成不同的产品。这些产品的每一种具有明显的价值，因此该方法不产生任何直接的废料或副产品物流。此外，该方法产生具有最小含水量的脱水的中间产品并且不需要大量的水或化学物质。该方法与现有技术截然不同，现有技术的注意力集中于高效率提取和蛋白质与含油种子分离而不注意所述物料有效分离成高价值产品从而完全利用种子的非油组分。
本发明使用来源于油菜籽或加拿大油菜籽的含油种子物料作为原料。特别地，所述原料是得自油菜籽或加拿大油菜籽的提取油后的未烘烤或轻烘烤的薄片。在本发明中，未烘烤或轻烘烤的薄片被定义为在提取油后残余的种子残渣，其中，该物料已经脱溶剂而没有暴露于大量热量。更精确地，未烘烤或轻烘烤的薄片定义为具有＞50％的氮分散性系数(NPI)。氮分散性系数可以用AOCS正式方法Ba来测定。
本发明描述了一种2步提取和脱肌醇六磷酸的方法。在第一步中，把原料与含水提取介质优选按10％(w/v)-50％(w/v)，更优选按15％(w/v)-约30％(w/v)混合。含水提取介质可以含有盐如NaCl或KCl；酸如HCl或柠檬酸；或碱如NaOH或KOH。盐可以按＜2％(w/v)存在。可以包含酸使得提取介质的pH值＞2，并且可以包含碱使得pH＜12。在本发明的一个优选的实施方案中，提取介质由水组成而不加入盐、酸或碱。
在原料与提取介质混合后，使用诸如压榨和/或真空过滤和筛分的系统或除去由含可溶性物料的液体和小固体碎屑组成的提取物的任何其它分离系统使该混合物脱水。提取物中的小固体碎屑主要由细胞肉(cell meat)组成。提取后的残渣物料由更大的提取后颗粒如外壳和更大的提取后细胞肉碎片组成。原料中的大多数酚类化合物在种子外壳的纤维结构中发现。在本发明所用的提取介质中不使用酸、碱或盐的温和提取条件下，不发生酚类的氧化并且不需要引入高含量的抑制酚类氧化的化合物如Na2SO3。
在整体提取物中，细胞肉小碎屑与可溶性物质一起去除产生高效率且平衡的提取。在整体提取物中回收大于30％，优选大于50％的总蛋白质。在本发明的一个优选的方面，在整体提取物中回收总蛋白质的约65％。根据本发明，所提取的物料作为反刍动物的蛋白质-纤维饲料保持显著的价值。在提取后的物料中，蛋白质含量大于干物质的20％，优选＞30％。所提取物料的脱水是一种较高效率的过程，因此脱水过程后的含水量＜总质量的70％。在本发明中，存在进一步加工脱水后的提取物料，以提高该物料作为蛋白质-纤维饲料成分的价值的选择。例如，该物料可以进一步用化学物质如NaOH按已知的方法处理，以提高纤维的可消化性。此外，物理纤维破坏的已知方法如水蒸气或基于氨的纤维分解(explosion)可以用来提高纤维的可消化性。最后，所述物料可以用纤维降解酶如阿魏酸酯酶、纤维素酶和半纤维素酶处理，以提高产品在喂给反刍动物时纤维的可消化性。根据本发明，可以用已知的方法干燥脱水的提取物料，以产生作为反刍动物如牛和羊的蛋白质-纤维饲料具有优良价值的成品。
在本发明的第二个步骤中，通过在可控的温度和时间条件下用富含肌醇六磷酸酶的酶制品培养，把所述提取物完全或部分脱肌醇六磷酸。整体提取物的pH值可以调节，以促进酶的活性。此外，可以向提取物中加入化学螯合剂如柠檬酸来促进脱肌醇六磷酸过程。Maenz，D.D.等(Ani.Feed Sci.Tech.81：177-192，1999)表明了螯合剂如柠檬酸在加入到含有肌醇六磷酸酶的加拿大油菜籽饼粉的含水浆料中时，将增强脱肌醇六磷酸过程。这大概是通过竞争螯合机理发生的，其中螯合剂结合矿物质，从而减少了结合到肌醇六磷酸的矿物质，并提高了基质对酶水解的敏感性。在本发明的一个优选的实施方案中，在脱肌醇六磷酸步骤中不使用pH调节和化学螯合剂。根据本发明，酶的培养可以在10-70℃进行1-600分钟。但是，脱肌醇六磷酸的过程是较高效率的，并且在本发明的一个优选的实施方案中，该反应在50℃进行60分钟。在整体提取物中总肌醇六磷酸盐的大于50％、优选大于70v在酶处理阶段被水解。
在本发明中，脱肌醇六磷酸的提取物的蛋白质含量大于干物质的40％，优选＞50％。脱肌醇六磷酸的提取物的肌醇六磷酸盐含量小于干物质的1.0％，优选＜0.5％。存在用已知方式干燥该提取物，以产生低肌醇六磷酸盐的高蛋白质产品的选择。该产品作为动物如鱼、猪、家禽、反刍动物和相关动物的饲料成分具有优良的价值。
在本发明的一个优选的实施方案中，通过进一步分离提高提取物的价值。作为一个实例，可以用已知的方法通过诸如等电点沉淀的技术来沉淀提取物中的一部分蛋白质。在这种特定方法中，把提取物的pH值调节到提取物中的溶液中蛋白质的pKa值，以诱导沉淀。然后把所沉淀的蛋白质与液体分离并干燥，以形成低肌醇六磷酸盐的高蛋白质产品。在第二个实例中，可以用已知的方法通过诸如膜滤法的技术浓缩在提取物中的蛋白质，膜滤法根据分子量的不同分离溶液中的分子。通过使提取物通过超滤膜，可溶性蛋白质在保留物中被浓缩，并且部分与低分子量化合物分离。在该超滤步骤中形成的蛋白质浓缩物可以干燥，以产生低肌醇六磷酸盐的高蛋白质产品。此外，可以依次进行两个或多个浓缩步骤，以便由所述提取物生产多种产品。作为一个实例，可以使用沉淀步骤如等电点沉淀来沉淀提取物中总蛋白质的一部分。该物料可以从液体中去除，然后使液体通过超滤膜，以产生蛋白质浓缩物。在该系统中，由所述提取物制备了两种蛋白质产品。
在本发明的一个优选的实施方案中，脱肌醇六磷酸的提取物通过热处理进一步加工。把脱肌醇六磷酸的提取物在＞80℃加热1分钟以上。在一个优选的实施方案中，把脱肌醇六磷酸的提取物的温度提高到95℃并保温5分钟。该提取物中的一部分总蛋白质对热诱导的蛋白质乳凝敏感。而且，热处理过程用来使提取物巴氏灭菌，从而减少成品中的细菌含量。此外，热处理将会使在酶处理阶段加入到提取物中的任何酶活性变性。任选地，向提取物中加入已知提高热诱导蛋白质乳凝的化学物质如CaSO4。此外，任选向提取物中加入酸如HCl或碱如NaOH，以增强热诱导乳凝过程。在一个优选的实施方案中，不加入化学物质，并且发生热诱导蛋白质乳凝而没有补充提取物。热处理后的脱肌醇六磷酸的提取物然后用诸如通过金属筛网筛分结合压榨和/或真空过滤的系统和/或有效从固体(乳凝的蛋白质和小固体碎屑)中除去液体的其它分离系统来加工。根据本发明，在热处理后的脱肌醇六磷酸的提取物中总蛋白质的＞30％，优选＞50％是可以如上所述容易地脱水的固体形式的。脱水是一个高效率的过程，因此脱水过程后的含水量小于脱水后固体总质量的70％。由提取物形成的脱水蛋白质产品的低含水量是意外的并且是有用的，因为通过产生成品的低干燥成本将会产生明显的节约。根据本发明，蛋白质占从热处理后的脱肌醇六磷酸的提取物中分离的脱水固体中干物质的＞45％，优选＞55％。根据本发明，肌醇六磷酸盐含量小于脱水固体中干物质的1％，优选小于0.5％。在本发明中，脱水固体可以容易地用已知方法干燥，以生产低肌醇六磷酸盐含量的高蛋白质产品，其对于许多种动物包括鱼、猪、家禽、反刍动物和相关动物具有优异的饲料价值。
在热处理后的脱肌醇六磷酸的提取物的脱水过程中形成的液相基本含有可溶性碳水化合物和抗热诱导沉淀的可溶性蛋白质。这种液体可以用已知的方式干燥，以产生能量-蛋白质产品，其作为多种动物包括鱼、猪、家禽、反刍动物和相关动物的饲料成分是有价值的。
在本发明的一个优选的实施方案中，把热处理后的脱肌醇六磷酸的提取物的脱水过程中形成的液相进一步分离，以提高物料的价值。作为一个实例，该提取物中总蛋白质的一部分可以用已知的方式通过诸如等电点沉淀的技术来沉淀。所沉淀的蛋白质然后可以分离并干燥，以形成低肌醇六磷酸盐的高蛋白质产品。在除去所沉淀蛋白质后残留的液体基本含有可溶性碳水化合物和抗热诱导和等电点沉淀的蛋白质。该物料可以干燥以产生对于动物如猪和家禽具有优良饲料价值的产品。
在本发明的另一个优选的实施方案中，在热处理后的脱肌醇六磷酸的提取物的脱水过程中形成的液体通过膜滤法直接加工，以分离和浓缩组成的可溶性蛋白质和碳水化合物。具体地，使所述液体通过超滤膜可以形成蛋白质含量大于干物质的65％，优选大于75％的蛋白质浓缩物。在超滤过程中形成的蛋白质浓缩物可以用已知的方式干燥，以产生高价值的蛋白质产品。根据本发明，该蛋白质的肌醇六磷酸盐含量小于干物质的0.1％。在本发明的一个优选的方面，蛋白质浓缩物的肌醇六磷酸盐含量是不能检测到的。O-肌醇六磷酸盐含量的高蛋白质浓缩物作为鱼、猪、鸡和牛的饲料成分具有优异的价值。该蛋白质浓缩物还具有作为食物成分用于人类的可能性。
但是，在本发明的另一个优选的实施方案中，在超滤步骤中形成的渗透物可以通过纳米过滤进一步加工，以产生富含碳水化合物的浓缩物。该碳水化合物浓缩物可以直接用作动物的液体浓缩物能量饲料。另外，该浓缩物可以用已知的方法干燥并用作干饲料成分。最后，存在使用该液体浓缩物直接作为乙醇生产发酵过程的原料的选择。
而且，在本发明的另一个优选的实施方案中，在纳米过滤过程中形成的渗透物可以直接循环到初始的提取介质中。存在通过反渗透提纯滤出液中的水并因此产生矿物质浓缩物作为附加产品的选择。
将利用以下实施例更详细描述本发明。提供实施例仅仅是为了说明本发明，无论如何不应该认为其限制本发明的范围。
实施例1
未烘烤加拿大油菜籽薄片的分离
从工业粉碎设备获得带有己烷的提取油后的加拿大油菜籽薄片。该物料还没有经过脱溶剂化或烘烤。该薄片储存在粗麻袋中并在露天环境中保持最少7天，以便使己烷蒸发。把脱溶剂化的薄片粉碎，以破碎薄片中的较大团块。
在带式混合机中把20kg的脱溶剂化加拿大油菜籽薄片与60升50℃水混合10分钟。使该混合物通过压榨带式压滤机(FrontierTechnologies Incorporated)。所述带由30cm的350CFM带组成，带有9个加压辊和压送辊。通过带式压滤机使所述混合物分离成提取物和压滤饼。使提取物通过装有定做的0.15mm孔的金属网的小型工业浆料分离机。该浆料分离机从提取物中除去较大的颗粒。使浆料第二次通过该浆料分离机，以改善较大颗粒的分离。把在第二次通过后所保留的浆料与压滤饼物料混合。向压滤饼中加入20升50℃的水，并在带式混合机中混合直至获得均匀的稠度。然后使该混合物通过带式压滤机。由该第二次通过带式压滤机获得的提取物通过对于第一次的提取物所述的浆料分离机加工。由第二次的提取物的加工所残留的浆料混合到第二次的压滤饼中。在带式混合机中把10升50℃的水与第二次的压滤饼混合直至获得均匀的稠度。该混合物然后通过一个6英寸的脱水螺旋压榨机(CP-6型，Vincent Corporation)加工，以产生一种提取物和压滤饼。该提取物通过前面所述的浆料分离机加工，并把浆料加入到由第一次通过螺旋压榨机获得的压滤饼中。在带式混合机中把5升50℃的水与所述压滤饼混合直至获得均匀的稠度。使该混合物通过螺旋压榨机。该提取物通过如前所述的浆料分离机加工并且把浆料加入到压滤饼中。最后通过螺旋压榨机来加工所述浆料与压滤饼的混合物(没有再次加水)，以产生最终的压滤饼和提取物。把来自提取-脱水过程中各个步骤的所有分离浆料后的提取物集中并混合，以产生最终的提取物。分析原料、最终提取物和最终压滤饼的粗蛋白质和干燥物质含量。蛋白质和干燥物质质量流量表示在表1中。
表1：在加拿大油菜籽薄片的提取-脱水过程中的蛋白质和干物质含量和质量流量。
粗蛋白质％1  干物质％  总粗蛋白质％  总干物质％
加拿大油菜籽薄片 39.6  90.9
提取物 49.3  13.4  64.3  51.7
压滤饼 32.8  30.0  32.7  39.1
1粗蛋白质含量表示为干物质的％2提取物和压滤饼的蛋白质和干物质含量表示为在加拿大油菜籽薄片原料中的蛋白质和干物质的百分比。
实施例2
加拿大油菜籽薄片提取物的脱肌醇六磷酸化
把肌醇六磷酸酶(Natuphos5000，BASF)或FFI肌醇六磷酸酶(由FinnFeeds International供应的非商品酶)在水中稀释，使得250μl等分样品分别为加入0、250、500、1000、2000、4000、6000、8000和10000U的肌醇六磷酸酶当量。1单位肌醇六磷酸酶活性定义为从37℃、pH为5.5的肌醇六磷酸钠的过量溶液每分钟释放1微摩尔无机磷的酶源量。
在圆锥离心管中，把20g未烘烤的脱溶剂化加拿大油菜籽薄片与100ml的50℃、0.75％NaCl混合。把该浆料按3000*g离心10分钟。除去上层清液并在玻璃试管中分成2ml等分样品，并且放在50℃的水浴中。在过去60分钟后，通过加入1ml冰冷却的1M HCl来结束反应并形成涡流。把这些样品放在冰上以保证反应停止。分析样品的可溶性磷并且分析60分钟样品的肌醇六磷酸盐。
在用FFI和Natuphos肌醇六磷酸酶处理60分钟后在盐水提取物中的肌醇六磷酸盐含量表示在图1中。对于在pH为5.8的加拿大油菜籽提取物的完全脱肌醇六磷酸，只需要250个单位的这两种肌醇六磷酸酶的任一种。更早的研究表明，加拿大油菜籽渣粉浆料的完全脱肌醇六磷酸需要5000U/kg的肌醇六磷酸酶。以前的工作还表明，在该研究中把浆料的pH值从5.8降低到5.0，改善了脱肌醇六磷酸的效果，即使在pH为5.8时，反应也非常迅速地发生。
实施例3
加拿大油菜籽薄片的脱肌醇六磷酸的提取物的热诱导蛋白质乳凝。
通过如实施例中所述的提取-脱水加工未烘烤的脱溶剂化加拿大油菜籽薄片。但是在这种情况下，该脱溶剂化的薄片用10U.S.号筛网筛分以便从原料中去除大的聚集体。
把最终的提取物放在100L蒸汽锅中并把提取物的温度升高到50℃。向该混合物中加入肌醇六磷酸酶(如实施例2中所述的FFI肌醇六磷酸酶)，以提供1500FTU/kg的原始薄片原料。用机械搅拌器连续搅拌该混合物并保温60分钟，以影响提取物的脱肌醇六磷酸酶。在脱肌醇六磷酸化期间结束时，把混合物的温度提高到95℃并在该温度保温5分钟。在热处理期间结束时，关闭到所述锅中的蒸汽并使冷水通过管道。在液体顶部形成富蛋白质凝块并使该凝块在20分钟的冷却期间硬化。把蒸汽锅的全部内容物倾倒通过220微米孔的nitex筛。固体被捕获在筛网上，把筛网和内容物折叠并放在干酪模具中。在液压压酪机下在5PSI把富含蛋白质的凝块压10分钟。再把压力提高到20PSI并且再保持10分钟。在把压力提高到30PSI并且在保持10分钟。最后把压力提高到40PSI并保持20分钟。分析测定原料薄片、最终的压滤饼、提取物、脱水的富含蛋白质凝块和来自使脱肌醇六磷酸的热处理后提取物脱水的液体部分的蛋白质和干物质。各个部分的蛋白质和干物质含量以及质量流量蛋白质和干物质表示在表2中。
表1：在加拿大油菜籽薄片提取物的提取-脱水，然后热处理和脱水过程中的蛋白质和干物质含量和质量流量。
粗蛋白质％1  干物质％  总粗蛋白质％  总干物质％
加拿大油菜籽薄片 40.7  91.4
提取物 49.2  11.8  58.0  48.0
压滤饼 33.1  28.3  31.8  39.1
脱水凝块 62.1  29.5  41.9  27.4
来自凝块脱水的液体 35.7  7.0  16.4  18.6
1粗蛋白质含量表示为干物质的％2提取物和压滤饼的蛋白质和干物质含量表示为在加拿大油菜籽薄片原料中的蛋白质和干物质的百分比。
实施例4
在通过加拿大油菜籽提取物的热处理形成的蛋白质凝块的脱水过程中获得的液体提取物的超滤
由已经通过加拿大油菜籽薄片提取物的热处理形成的蛋白质凝块的压滤脱水获得一种液体提取物。获得液体提取物的过程与在实施例1和3中所述的相同。
在过滤过程中，使7.5升液体保持在恒定的45℃。使该液体通过标称分子量截止值为10,000的1812超滤膜。收集渗透物和浓缩到1.5L的保留物。在超滤完成时，进行总共6轮的渗滤。对于每一轮，向保留物中加入1.5L的45℃的水，并把保留物过滤到1.5L的体积。分析测定最终保留物的蛋白质和干物质含量。对于保留物，获得浓度为91.3％的最终蛋白质(表示为干物质的百分比)。

Claims (17)

1.一种用于含油种子原料的水溶液提取和分离方法，其产生有价值的产品并且没有明显的低价值副产品或废物流，其包括：
(a)在温和的提取条件下把油菜籽或加拿大油菜籽原料与水溶液混合，以形成一种含水混合物，其包含含所提取蛋白质的含水提取物、得自油菜籽或加拿大油菜籽的细胞肉小固体碎片和纤维状物料的含水混合物，
(b)通过过滤和筛分使所述含水混合物经过分离，以获得一种滤出液，其包含含有所提取的蛋白质的含水提取物和细胞肉的小固体碎片，并留下按固体残渣的干物质计含有至少20重量％蛋白质的提取固体残渣，
(c)用富含肌醇六磷酸酶的酶处理所述含水提取物和细胞肉的小固体碎片，以获得一种脱肌醇六磷酸的富含蛋白质的提取物部分，其含有含油种子原料中所含总蛋白质重量的至少30重量％，
(d)处理所述脱肌醇六磷酸的富含蛋白质的提取物部分，以诱导所述提取物中所含蛋白质的乳凝，
(e)使含有乳凝的蛋白质的所述提取物部分经过固液分离，以获得含有可溶性蛋白质的脱肌醇六磷酸的液体部分和富含蛋白质的脱肌醇六磷酸的固体部分。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述水溶液是基本不含酸、碱或盐的水。
3.根据权利要求1的方法，其中，细胞肉的小固体碎片通过0.15mm筛孔。
4.根据权利要求1，2或3的方法，其中，把得自步骤(b)所述提取固体残渣回收作为有用的蛋白质-纤维成品。
5.根据权利要求1-3的任一项的方法，其中，把得自步骤(e)的所述富含蛋白质的脱肌醇六磷酸的固体部分和含有可溶性蛋白质的所述脱肌醇六磷酸的液体部分分别回收作为有用的蛋白质产品。
6.根据权利要求1-3的任一项的方法，其中，所述原料包含来源于油菜籽或加拿大油菜籽的提取油后的脱溶剂化薄片。
7.根据权利要求6的方法，其中，所述脱溶剂化的薄片是轻烘烤的薄片。
8.根据权利要求1-3的任一项的方法，其中，把脱肌醇六磷酸的含水提取物加热，以诱导所述提取物中所含蛋白质的乳凝。
9.根据权利要求1-3的任一项的方法，其中，所述含油种子原料与水溶液按约10-50％(w/v)的浓度混合。
10.根据权利要求1-3的任一项的方法，其中，在含水提取物中提取了含油种子原料中所含总蛋白质的50％以上。
11.根据权利要求1-3的任一项的方法，其中，用富含肌醇六磷酸酶的酶的处理在10-70℃的温度下进行。
12.根据权利要求11的方法，其中，用富含肌醇六磷酸酶的酶的处理水解了在含水提取物中所含的总肌醇六磷酸盐的50％以上。
13.根据权利要求1-3的任一项的方法，其中，所述脱肌醇六磷酸的提取物在至少80℃加热至少1分钟以诱导蛋白质的乳凝。
14.根据权利要求1-3的任一项的方法，其中，所述富含蛋白质的脱肌醇六磷酸的固体部分含有小于1重量％的肌醇六磷酸盐。
15.根据权利要求1-3的任一项的方法，其中，所述含有可溶性蛋白质的富含蛋白质的脱肌醇六磷酸的液体部分通过超滤进一步加工，以便使可溶性蛋白质浓缩并与低分子量组分部分分离。
16.根据权利要求14的方法，其中，使所述富含蛋白质的脱肌醇六磷酸的固体部分干燥，以生产高蛋白质低肌醇六磷酸盐的蛋白质浓缩物。
17.根据权利要求16的方法，其中，按所述固体部分的干物质计，所述富含蛋白质的脱肌醇六磷酸的固体部分含有至少45重量％的蛋白质。
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