CZ303993B6 - Frakcionace a zpracování srotu olejnatých semen - Google Patents

Abstract

Zpusob vodné extrakce a frakcionace materiálu z olejnatých semen za tvorby hodnotných produktu, bez vzniku významných mnozství vedlejsích produktu s nízkou hodnotou nebo odpadních proudu. Frakcionacním zpusobem vzniká bílkovinová-vlákninová krmivová slozka pro pouzití zejména pro prezvýkavce a druhá frakce s vysokým obsahem bílkoviny, jez je zbavená fytátu. Frakce zbavená fytátu a s vysokým obsahem bílkoviny má pro ruzné druhy zivocichu hodnotu jako krmivová slozka.

Description

Oblast techniky

Tento vynález se obecně týká způsobu vodné extrakce, frakcionace a enzymatického zpracování materiálů z olejnatých semen za výroby hodnotných produktů, bez vytváření významných množství málo hodnotných vedlejších produktů nebo odpadních proudů. Frakcionačním schématem konkrétně vzniká bílkovinná-vlákninová krmivová složka pro použití zejména pro přežvýkavce a druhá frakce s vysokým obsahem bílkoviny, jež je zbavená fytátů. Frakce zbavená fytátů a s vysokým obsahem bílkoviny má pro různé druhy živočichů hodnotu jako krmivová složka.

Dosavadní stav techniky

Vývoji vodných zpracovatelských systémů a technik pro výrobu vysoce hodnotných bílkovinových koncentrátů a bílkovínových izolátů (> 90 % bílkoviny) z olejnatých semen, jako jsou sójové boby, bylo věnováno značné úsilí. Cílem všech těchto existujících zpracovatelských systémů a technik je vyrobit jediný, vysoce hodnotný bílkovinový produkt. Hodnotě nebílkovinové složky výchozího materiálu se věnovala malá nebo žádná pozornost. Nebyly navrženy takové zpracovatelské systémy, které by frakcionovaly výchozí materiál do řady hodnotných produktů, aniž by vznikaly málo hodnotné vedlejší produkty nebo odpadní proudy.

Techniky a zpracovatelské systémy zaměřené na produkci jediného vysoce hodnotného bílkovino vého produktu z olejnatých semen často využívají velkých množství vody a chemikálií jako jsou soli, kyselina nebo zásada, aby se dosáhlo účinné extrakce a izolace bílkoviny. Systémy vyžadující značných objemů vody a chemikálií jsou často nákladné. Další náklady jsou spojeny se zbavováním se málo hodnotných vedlejších produktů nebo odpadních proudů.

Řepková semena Canola nebo řepková semena tvoří asi 40 % olejnatých a 60 % neolejnatých složek. Při komerčním zpracování se většina oleje ze semene odstraní buď extrakcí rozpouštědlem, nebo vytlačením. Ve zpracovatelských systémech založených na extrakci rozpouštědlem je neolejnatý materiál na počátku jako rozpouštědlem nasycená bílá vložka nebo výlisek. Z bílé vločky se rozpouštědlo typicky odstraní způsobem, který zahrnuje použití páry a zvýšené teploty za vzniku tepelně zpracovaného konečného produktu, zbaveného rozpouštědla, který se nazývá šrot. Šrot obsahuje 35 % bílkoviny a prodává se jako krmivová složka pro začlenění do krmivá pro různé druhy zvířat zahrnující prasata, drůbež a dobytek.

Bílkovina z řepkových semen Canola má vynikající krmnou hodnotu. Bílkovina je bohatá na methionin (2,0 % z celkového množství bílkoviny) a lysin (5,8 % z celkového množství bílkoviny), s dobře vyváženým obsahem esenciálních aminokyselin. Při hodnocení nutriční kvality různých zdrojů bílkovin udal Friedman M. (J. Agric. Food Chem. 44, 6 až 29 (1996) poměr výtěžnosti bílkoviny (PER) (přírůstek hmotnosti odpovídající příjmu 1 g bílkoviny) rovný 3,29 pro bílkovinový koncentrát z řepkového semene, 3,13 pro kasein a 1,60 pro sójový koncentrát. Bílkovinový koncentrát z řepkového semene měl nejvyšší PER ze všech udaných rostlinných zdrojů bílkoviny. Bílkovina z řepkových semen Canola nebo řepkových semen má i sama o sobě vynikající krmnou hodnotu a ve srovnání s jinými rostlinnými bílkovinami lze považovat za výjimečnou. Prendergast A. F. et al. (Nort, Aquacult. 10, 15 až 20 (1994)) zjistili, že bílkovinový koncentrát z řepkového semene zbavený fytátů by mohl nahradit 100 % vysoce kvalitní rybí moučky v krmivu pro pstruha duhového, aniž by nepříznivě ovlivnil růst a účinnost krmení této ryby.

Když se bílkovina podává běžnou formou jako součást potravy, živočichové nedokážou plně využít bílkovinovou krmnou hodnotu bílkoviny řepkových semen Canola nebo řepkových semen. Řepkový šrot Canola, který nebyl zbaven slupek a z něhož bylo odstraněno rozpouštědlo a jež byl tepelně zpracován, obsahuje vysoké hladiny vlákniny. Vláknina má pro živočichy, jako jsou

-1 CZ 303993 B6 ryby, kuřata a mladá prasata, malou krmnou hodnotu a tak ředí bílkovinový a energetický obsah šrotu. Navíc antinutriční faktory, jako jsou fenolické látky, jež jsou spojeny s vlákninou, mohou mít negativní vliv na celkový stav monogastrických živočichů, jako jsou prasata, kuřata a ryby. Způsob tepelného zpracování, který se používá během přípravy výsledného šrotového produktu, snižuje rozpustnost bílkoviny šrotu a bylo ukázáno, že snižuje stravitelnost lysinu, když jsou jím krmena kuřata (Newkirk R. W. et al., Poult. Sci 79, 64 (2000)). Řepkový šrot Canola obsahuje výjimečně vysoké hladiny íytové kyseliny (asi 3 % ze šrotu). Fytová kyselina je zásobní formou fosforu v semenech a je špatně stravitelná pro monogastrické druhy, jako jsou prasata, kuřata a ryby. Fytová kyselina může tvořit komplexy s minerálními složkami, aminokyselinami a bílkovinami, a tak snižovat stravitelnost živin. Navíc fosfor v molekule íytové kyseliny je pro živočicha z velké části nedostupný a odejde s výkaly. S takto danou špatnou stravitelností fytátů s fosforem musí být krmivo sestaveno tak, aby v sobě obsahovalo dostatek dostupného fosforu, aby se vyhovělo požadavkům živočicha, což ale často zvyšuje cenu denní dávky. Dále nestrávený fosfor v hnoji může ničit životní prostředí a v oblastech s intenzivní produkcí hospodářských zvířat je tomu věnována značná pozomost.V souhrnu tedy vysoký obsah vlákniny a vysoký obsah fytátů v řepkovém šrotu Canola limituje jeho krmnou hodnotu jakožto zdroje bílkoviny pro monogastrické živočichy, jako jsou prasata, kuřata a ryby.

Přežvýkavci, jako je hovězí dobytek, mohou z vlákniny získat energii prostřednictvím fermentace v bachoru. Navíc mikrobi bachoru mohou účinně fytáty hydrolyzovat, a tak se při krmení přežvýkavců sníží i potenciál antinutričních účinků a poškození životního prostředí tyfovou kyselinou z potravy. Vysoce rozpustná bílkovina je v bachoru rychle hydrolyzována a zužitkována mikroby. Bílkovina, která je v bachoru odolná vůči degradaci, ale je z velké části strávena během následného průchodu tenkým střevem, má pro přežvýkavce nejvyšší bílkovinovou krmnou hodnotu. Jako krmivové složky pro přežvýkavce však mají vysoce rozpustné bílkoviny v řepkových semenech Canola nižší krmnou hodnotu než ta frakce z celkového obsahu bílkovin řepkových semen Canola, která obsahuje relativně nerozpustné bílkoviny.

Předchozí díla v oboru jsou zaměřena na metody dosažení účinné extrakce bílkoviny z výchozího materiálu, jehož základem jsou olejnatá semena, s následnou koncentrací nebo izolací bílkoviny do jediného, vysoce hodnotného produktu.

Patent US 5 658 714 popisuje, že bílkovinu lze z rostlinného šrotu účinně extrahovat po úpravě pH extrahovaného média na rozmezí 7,0 až 10,0. Bílkovina se poté zakoncentruje ultrafiltrací a vysráží úpravou pH permeátu na 3,5 až 6,0. Fytát je v kroku srážení bílkoviny rezistentní, a tak je obsah fytátů ve výsledném bílkovinovém koncentrátu uváděn jako menší než 1 % ze sušiny bílkovinového izolátu.

Patent US 4 420 425 popisuje způsob vodné extrakce sójových bobů zbavených tuku při použití alkalických podmínek, s poměrem extrakčního média k výchozímu materiálu z olejnatých semen větším než 10:1. V tomto způsobu se pevné složky extraktu odstraní filtrací, solubilizovaná bílkovina se pasterizuje a extrakt se za získání bílkovinového koncentrátu nechá projít ultrafiltrační membránou s limitní hodnotou pro relativní molekulové hmotnosti větší než 100 000.

Patent US 5 989 600 popisuje, že působením enzymů, jako je fytáza a/nebo proteolytické enzymy, na zdroj rostlinné bílkoviny lze zvýšit rozpustnost rostlinných bílkovin. Enzymy se s cílem zlepšení rozpustnosti bílkoviny použijí přímo na výchozí materiál před jakoukoliv extrakční fází.

Patent US 3 966 971 popisuje, že kyselou fytázu lze přidat k vodné disperzi zdrojového materiálu rostlinné bílkoviny, aby se urychlila extrakce bílkoviny. Vodná kaše je udržována při pH minimální rozpustnosti bílkoviny pro danou bílkovinu a poté se podrobí digesci kyselou fytázou, aby se podpořila rozpustnost bílkoviny. Směs se tepelně zpracuje při dostatečné teplotě tak, aby se inaktivoval účinek enzymu a rozpustné složky se poté oddělí od nerozpuštěného zbytku po digesci. Solubilizovaný zbytek se od nerozpustného zbytku oddělí centrifugací nebo filtrací nebo

-2CZ 303993 B6 kombinací obou těchto postupů. pH kapalného extraktu se poté upraví dle potřeby a extrakt se vysuší za vzniku výsledného produktu.

Patent US 4 435 319 popisuje, že ze slunečnicového šrotu lze extrahovat bílkovinu, a to působením kyseliny o pH 4,0 až 7,0 na vodnou kaši. Rozpustné a nerozpustné zbytky se oddělí a na nerozpustný materiál se kontinuálně působí roztokem kyseliny, dokud není dosaženo požadované extrakce bílkoviny. Extrahované bílkoviny se poté získají srážením nebo ultrafiltraci.

Patent US 3 635 726 popisuje postup výroby izolátu sójové bílkoviny pomocí extrakce sójového výchozího materiálu za alkalických podmínek, kdy pH je vyšší než pH izoelektrického bodu glycininu. Po oddělení extraktu od nerozpustného zbytku se pH extraktu sníží na pH izoelektrického bodu glycininu, aby se indukovalo srážení bílkoviny.

Patent US 4 418 013 popisuje způsob extrakce bílkoviny z rostlinných bílkovinových zdrojů, který sestává z vodné extrakce bez použití chemických aditiv ve vodném extrakčním médiu. Rozpustný extrakt se poté oddělí od pevných látek a naředí chladnou vodou, aby se indukovala tvorba částic bílkoviny, jež se poté z vody odstraní a vysuší za vzniku bílkovinového izolátu, popsaného jako z větší části nedenaturovaného.

Mezinárodní patentová přihláška WO 95/27 406 popisuje, že fytázu lze přidat k vodné suspenzi výchozího sójového materiálu. Za kontrolovaných podmínek pH a teploty se obsah fytátů sníží na méně než 50 % obsahu fytátů ve výchozím materiálu. Ve zvýhodněném provedení tohoto vynálezu se výchozí sójový materiál vystaví nízkoteplotnímu působení a má více než 50 % rozpustných dusíkatých látek. pH odtoku je v rozmezí 7 až 9 a tento odtok se rozdělí na rozpustnou a nerozpustnou frakci. Na rozpustnou frakci se poté působí teplem, aby se inaktivovaly enzymy a rozpustné látky se zakoncentrují nanofiltrací a vysuší za vzniku výsledného produktu. Nerozpustná frakce a permeát vzniklý během nanofiltrace se odstraní.

Tzeng et al. (Journal of Food Science 55, 1147 až 1156 (1990)) popisují řadu experimentů s frakcionací různých materiálů z olejnatých semen použitím vodného zpracovatelského způsobu. Jako výchozí materiály byly použity komerční řepkový šrot Canola a bílé vločky řepkového šrotu Canola s vyextrahovaným olejem, zbavené rozpouštědla a tepelně nezpracované. Veškeré extrakce byly provedeny za vodných alkalických podmínek při pH rovném nebo větším než 10. Při tomto způsobu se oddělily neextrahované pevné látky zbytku a pH extraktu se upravilo na 3,5, aby se indukovalo izoelektrické srážení bílkoviny. Vysrážená bílkovina se od zbývajících rozpustných látek oddělila centrifugací. Rozpustná bílkovina se zakoncentrovala ultrafiltraci a diafiltrací membránou s limitní hodnotou relativní molekulové hmotnosti větší než 10 000. Nerozpustný zbytek, bílkovina vysrážená při izoelektrickém bodu a ultrafiltrovaná rozpustná bílkovina byly analyzovány na obsah sušiny, bílkoviny, fytátů a hladin glukosinolátu. Za těchto podmínek obsahoval neextrahovaný zbytek řepkového šrotu Canola 67 % pevných látek a 62 % bílkovin přítomných ve výchozím materiálu. Na bázi sušiny měl zbytek šrotu obsah 42 % bílkoviny a 5,7 % fytátů, bílkovina vysrážená v izoelektrickém bodu měla obsah 83 % bílkoviny a 2 % fytátů a rozpustná bílkovina měla obsah 86 % bílkoviny a 1,7 % fytátů. Izoelektricky získaná bílkovina a rozpustná bílkovina obsahovaly v uvedeném pořadí 22 a 11 % z celkového množství bílkoviny ve výchozím materiálu řepkového šrotu Canola. Při srovnání byl stupeň extrakce bílkoviny za alkalických podmínek podstatně vyšší, když se jako výchozí materiál použily bílé vločky řepkových semen Canola, který byly zbaveny rozpouštědla a nebyly tepelně zpracované. V tomto případě obsahoval neextrahovaný zbytek 50 % pevných látek a 15 % bílkovin nalezených ve výchozím materiálu. Na bázi sušiny měl zbytek šrotu obsah 11 % bílkoviny a 6,5 % fytátů, izoelektricky vysrážená bílkovina měla obsah 87 % bílkoviny a 1 % fytátů a rozpustná bílkovina měla obsah 96 % bílkoviny a 1,2 % fytátů. Izoelektricky získaná bílkovina a rozpustná bílkovina obsahovaly v uvedeném pořadí 43 a 33 % z celkového obsahu bílkoviny ve výchozím materiálu bílých vloček z řepkových semen Canola. Velmi vysoký stupeň extrakce dusíkatých látek z bílých vloček řepkových semen Canola odráží vysokou rozpustnost dusíkatých látek výchozího materiálu v kombinaci s alkalickými extrakčními podmínkami.

-3 CZ 303993 B6

Podstata vynálezu

Vynález se týká způsobu vodné extrakce a frakcionace výchozích materiálů z olejnatých semen obsahujících semena z řepky olejky nebo řepky Caroly, spočívající v tom, že se

a) smíchá výchozí materiál z olejnatých semen s vodným roztokem, který má pH větší než 2 a menší než 12, na koncentraci 10 až 50 % hmotnostně objemových, za vzniku směsi obsahující vodný roztok obsahující extrahovanou bílkovinu, malé fragmenty buněčné hmoty z materiálu z olejnatých semen a vláknitý materiál,

b) směs se podrobí separaci použitím filtrace a třídění síty za vzniku vodného extraktu jako filtrátu, který obsahuje extrahovanou bílkovinu a malé fragmenty buněčné hmoty, a odděleného pevného zbytku obsahujícího vláknitý materiál,

c) na vodný extrakt se působí fytázou obohaceným enzymem za vzniku extrakční frakce s vysokým obsahem bílkoviny a zbavené fytátů, a

d) vysráží část bílkoviny v extrakční frakci s vysokým obsahem bílkoviny a zbavené fytátů,

e) extrakční frakce obsahující vysráženou bílkovinu se podrobí separaci pevné látky od kapaliny za získání kapalné frakce zbavené fytátů obsahující rozpustné bílkoviny a pevné frakce s vysokým obsahem bílkoviny zbavené fytátů.

Přehled obrázků na výkresech

Obrázek 1 znázorňuje koncentraci fytátů extraktu z řepkových semen Canola po 60 minutách hydrolýzy fytázami FFI nebo Natuphos.

Předložený vynález se ve svém nejširším aspektu týká způsobu vodné extrakce a frakcionace výchozího materiálu z olejnatých semen, jako jsou vločky s vyextrahovaným olejem a zbavené rozpouštědla, které pocházejí z řepkových semen nebo řepkových semen Canola. Tento materiál z olejnatých semen se nejprve extrahuje vodným rozpouštědlem a vodný extrakt se oddělí od zbývajících pevných látek. Vodný extrakt se zbaví fytátů působením fytázou obohaceného enzymu.

Na takto získaný extrakt zbavený fytátů lze působit teplem, aby se indukovala koagulace bílkoviny, která je v extraktu obsažena. Tuto vysráženou bílkovinu lze poté oddělit od zbývající kapaliny separací pevné látky od kapaliny.

Výsledkem je řada hodnotných produktů bez vzniku vedlejšího produktu nebo odpadních proudů. Způsob vynálezu popisuje účinnou extrakci za udržení takového obsahu nevyextrahované bílkoviny v materiálu, že tento má pro přežvýkavce dobrou krmnou hodnotu jako bílkovina-vláknina. Kapalný extrakt získaný po oddělení vysrážené bílkoviny lze dále zpracovat membránovou filtrací a následným vytvořením vysoce hodnotných produktů.

Nejlepší způsoby provedení vynálezu

Plné využití základní hodnoty neolejnatých složek olejnatých semen jako řepkových semen nebo řepkových semen Canola vyžaduje frakcionační způsob, kde se jednotlivé složky rozdělí do rozdílných produktů, které mají dobrou hodnotu pro cílená použití. Frakcionační zpracovatelský způsob předloženého vynálezu vyhovuje následujícím kriteriím.

-4CZ 303993 B6

Všechny produkty mají dobrou hodnotu, například jako krmivové složky pro řadu druhů jako jsou ryby, prasata, kuřata a dobytek nebo potravní složky při užití pro člověka.

Účinnost extrakce živin, jako je bílkovina, je postačující pro výrobu značných množství vysoce hodnotných produktů, ale nesmí příliš ohrozit hodnotu extrahovaného zbytku. Extrahovaný zbytek si pak podrží dobrou hodnotu jako zdroj bílkoviny-vlákniny pro přežvýkavce. Obsah vlákniny a antinutričních faktorů, jako je fytová kyselina, je ve vysoce hodnotných produktech nulový nebo na přijatelně nízkých hladinách. Tento způsob neprodukuje málo hodné vedlejší produkty nebo odpadní proudy.

Frakcionační zpracovatelský způsob produkuje odvodněné meziprodukty s minimální vlhkostí, aby se v průběhu celého způsobu snížily náklady za sušení.

Frakcionační zpracovatelský způsob nevyžaduje nadbytek vody nebo chemikálií, které zvyšují celkové náklady tohoto způsobu buď kvůli jejich ztrátám a nahrazování, nebo kvůli nákladům spojeným s recyklací vody a chemikálií.

Předložený vynález tedy popisuje frakcionační zpracovatelský způsob, který lze použít na materiál z olejnatých semen jako jsou řepková semena Canola nebo řepková semena, aby se neolejnaté složky olejnatého semene účinně frakcionovaly na různé produkty. Všechny tyto produkty mají značnou hodnotu, a tak tento způsob neprodukuje žádné podstatné odpadní proudy nebo proudy vedlejšího produktu. Tento způsob dále produkuje odvodněné meziprodukty, které mají minimální vlhkost a nevyžadují vysoké hladiny vody nebo chemikálií. Tento způsob se liší od předchozích děl v oboru, která jsou zaměřena na vysoce účinnou extrakci a izolaci bílkoviny z olejnatých semen a ne na účinnou frakcionaci materiálu na vysoce hodnotné produkty, které plně využitkují neolejnaté složky semene.

Vynález využívá materiálů z olejnatých semen, které jsou jakožto výchozí materiál tvořeny řepkovými semeny nebo řepkovými semeny Canola. Konkrétně jsou výchozím materiálem vločky s vyextrahovaným olejem, které jsou tepelně nezpracované nebojsou mírně tepelně zpracované a které jsou z řepkových semen nebo řepkových semen Canola. V předloženém vynálezu jsou tepelně nezpracované nebo mírně tepelně zpracované vločky definovány jako zbytek ze semen, který zůstává po extrakci oleje, kde tento materiál byl zbaven rozpouštědla bez vystavení značnému teplu. Přesněji jsou tepelně nezpracované nebo mírně tepelně zpracované vločky definovány tak, že mají více než 50 % rozpustných dusíkatých látek. Procenta rozpustných dusíkatých látek lze stanovit úřední metodou Ba podle AOCS.

Předložený vynález popisuje dvoustupňový způsob extrakce a odstranění fytátů. V prvém stupni se výchozí materiál smísí s vodným extrakcním médiem, s výhodou na 10% (m/V) až 50% (m/V) koncentraci, výhodněji 15% (m/V) až 30% (m/V) koncentraci. Vodné extrakční médium může obsahovat sůl jako je NaCl nebo KC1, kyselinu jako je HCI nebo citrónová kyselina nebo zásadu jako je NaOH nebo KOH. Soli mohou být přítomné v koncentraci menší než 2% (m/V). Kyseliny lze začlenit tak, že pH extrakčního média je větší než 2 a zásady lze začlenit tak, že pH je menší než 12. Ve zvýhodněném provedení vynálezu se extrakční médium skládá z vody bez přídavku soli, kyselina nebo zásady.

Po smísení výchozího materiálu s extrakcním médiem se směs materiálu odvodní, a to použitím systémů jako je stlačení a/nebo vakuová filtrace a průchodem přes síto nebo jakýmkoliv jiným separačním systémem, který oddělí extrakt sestávající z kapaliny obsahující rozpustné materiály a malé pevné fragmenty. Malé pevné fragmenty v extraktu pocházejí primárně z částí buněk. Extrahovaný zbytkový materiál sestává z větších extrahovaných částeček jako jsou slupky a větších fragmentů extrahovaných buněčných částí. Většina fenolických sloučenin ve výchozím materiálu je ve vlákninových strukturách ve slupkách semen. Při mírných extrakčních podmínkách bez užití kyseliny, zásady nebo soli v tomto vynálezu použitém extrakcním médiu nenastává

-5CZ 303993 B6 oxidace fenolických látek, a tak není požadováno použití vysokých hladin sloučenin jako je Na₂SO3, které inhibují oxidaci fenolických látek.

Odstranění malých fragmentů částí buněk spolu s rozpustnými složkami do objemu extraktu má za výsledek účinnou, a přece vyváženou extrakci. Do objemu extraktu přejde více než 30 %, s výhodou více než 50 % z celkového obsahu bílkoviny. Ve zvýhodněném provedení vynálezu přejde do objemu extraktu 65 % z celkového obsahu bílkoviny. Podle předloženého vynálezu si extrahovaný materiál udrží značnou hodnotu jako bílkovinové-vlákninové krmivo pro přežvýkavce. Obsah bílkoviny je větší než 20 %, s výhodou větší než 30 % ze sušiny v extrahovaném materiálu. Odvodnění extrahovaného materiálu je relativně účinný proces, kde po provedení odvodňovacího způsobuje vlhkost menší než 70 % z celkové hmotnosti. V předloženém vynálezu existuje možnost dále zpracovat odvodněný extrahovaný materiál, aby se zvýšila hodnota tohoto materiálu coby bílkovinové-vlákninové krmivové složky. Na materiál lze například dále působit známým způsobem chemikálií jako je NaOH, aby se zvýšila stravitelnost vlákniny. Dále lze použít známé metody fyzikálního narušení vlákniny, jako je narušení vláken vodní parou nebo amoniakem, aby se zvýšila stravitelnost vlákniny. Konečně na materiál lze působit vlákninu štěpícími enzymy, jako je esteráza ferulové kyseliny, celuláza a hemiceluláza, aby se zvýšila stravitelnost vlákniny v produktu, když jsou jím krmeni přežvýkavci. Odvodněný extrahovaný materiál podle vynálezu lze usušit známým způsobem, aby se vyrobil výsledný výrobek, který má dobrou hodnotu jako bílkovinové-vlákninové krmivo pro přežvýkavce jako dobytek a ovce.

Ve druhém stupni vynálezu se extrakt zcela nebo částečně zbaví fytátů, a to inkubací s enzymatickým produktem obohaceným fytázou za kontrolovaných podmínek teploty a doby. Aby se podpořila aktivita enzymu, lze upravit pH celého extraktu. Aby se podpořil proces odstranění fytátů, lze navíc k extraktu přidat chemická chelatační činidla, jako je citrónová kyselina. Maenz D. D. et al. (Ani. Feed Sci. Tech. 81, 177 až 192 (1999)) prokázali, že chelatační činidla, jako je citrónová kyselina, zvýší účinnost odstranění fytátů, když se přidají do vodné kaše z řepkových semen Canola, která obsahuje fytázu. Toto pravděpodobně nastává prostřednictvím mechanismu kompetitivní chelatace, kde chelatační činidlo váže minerální složky, a tak zmenšuje navalování minerálních složek na fytovou kyselinu a zvyšuje náchylnost substrátu k enzymatické hydrolýze. Ve zvýhodněném provedení vynálezu se v kroku odstraňování fytátů nepoužije úprava pH, ani žádná chelatační činidla. Inkubace s enzymem probíhá podle tohoto vynálezu 1 až 600 minut při teplotě 10 až 70 °C. Způsob odstranění fytátů je však relativně účinný a ve zvýhodněném provedení vynálezu probíhá reakce 60 minut při 50 °C. Během fáze působení enzymu se zhydrolyzuje více než 50 %, s výhodou více než 70 % celkového obsahu fytátů v celém objemu extraktu.

V předloženém vynálezu je obsah bílkoviny v extraktu zbaveném fytátů větší než 40 %, s výhodou větší než 50% sušiny. Obsah fytátů v extraktu zbaveném fytátů je menší než 1,0 %, s výhodou menší než 0,5 % sušiny. Existuje i možnost známým způsobem vysušit extrakt a vyrobit produkt s vysokým obsahem bílkoviny a nízkým obsahem fytátů. Tento produkt by měl dobrou hodnotu jako krmivová složka pro živočichy jako jsou ryby, prasata, drůbež, přežvýkavci a domácí zvířata.

Ve zvýhodněném provedení vynálezu se hodnota extraktu zvýší další frakcionací. Například se může známým způsobem vysrážet část bílkoviny z extraktu, a to technikami jako srážení v izoelektrickém bodě. V tomto konkrétním způsobu se pH extraktu upraví na pK_a hodnotu bílkovin v roztoku extraktu, aby se indukovalo srážení. Vysrážené bílkoviny se poté oddělí od kapaliny a vysuší za vzniku produktu s vysokým obsahem bílkoviny a nízkým obsahem fytátů. Ve druhém příkladu se bílkoviny extraktu mohou známým způsobem zakoncentrovat, a to technikami jako je membránová filtrace, která dělí molekuly v roztoku podle rozdílů v jejich molekulové hmotnosti. Průchodem extraktu ultrafiltrační membránou se rozpustné bílkoviny zakoncentrují v koncentrátu a částečně se oddělí od sloučenin s nízkou molekulovou hmotností. Bílkovinový koncentrát vzniklý během tohoto ultrafiltračního kroku lze vysušit za vzniku produktu s vysokým obsahem bílkoviny a nízkým obsahem fytátů. Dále lze za sebou provést dva nebo více kroků zakoncentrování bílkovin za vzniku rozmanitých produktů z tohoto extraktu. K vysrážení části z celkového

-6CZ 303993 B6 obsahu bílkoviny z extraktu lze například použít srážecí krok jako je srážení v izoelektrickém bodu. Tento materiál lze z kapaliny odstranit a kapalinu lze poté nechat projít ultrafiltrační membránou za výroby bílkovinového koncentrátu. V tomto systému se z extraktu připraví dva bílkovinové produkty.

Ve zvýhodněném provedení vynálezu se extrakt zbavený fytátů dále zpracuje působením tepla. Extrakt zbavený íytátů se zahřívá při více než 80 °C po více než 1 minutu. Ve zvýhodněném provedení vynálezu se teplota extraktu zbaveného íytátů zvýší na 95 °C a udržuje se při ní 5 minut. Část celkového obsahu bílkovin v extraktu je náchylná k teplem indukované koagulaci. Způsob tepelného zpracování dále pasterizuje extrakt a tím snižuje bakteriální zátěž výsledného výrobku. Tepelné zpracování navíc zastaví veškeré účinky enzymu přidaného k extraktu během fáze enzymatického působení. K extraktu se případně přidají chemikálie, jako je CaSO₄, o nichž je známo, že podporují teplem indukovanou koagulaci bílkoviny. K podpoře způsobu teplem indukované koagulace se k extraktu navíc případně přidá kyselina, jako je HCI nebo zásada jako je NaOH. Ve zvýhodněném provedení vynálezu se nepřidají žádné chemikálie a teplem indukovaná koagulace nastane i bez doplňování extraktu. Tepelně zpracovaný extrakt zbavený fytátů se poté zpracuje postupy jako je prosívání kovovými síty v kombinaci se zahuštěním a/nebo vakuovou filtrací a/nebo jakýmikoliv dalšími dělicími postupy, které účinně odstraňují kapalinu z pevných látek (koagulovanou bílkovinu plus malé pevné fragmenty). Podle tohoto vynálezu více než 30 %, s výhodou více než 50 % celkového obsahu bílkoviny v tepelně zpracovaném extraktu zbaveném fytátů je ve formě pevných látek, které lze snadno odvodnit, jak je popsáno výše. Odvodnění je tak účinné, že po odstranění vody je vlhkost menší než 70 % z celkového hmotnosti odvodněných pevných látek. Nízká vlhkost odvodněného bílkovinového produktu, který vznikl z extraktu, je neočekávaná a výhodná v tom, že se při výrobě výsledného produktu podstatně ušetří na nízkých nákladech na sušení. Podle předloženého vynálezu tvoří bílkovina více než 45 %, s výhodou více než 55 % sušiny odvodněných pevných látek, které se oddělí od tepelně zpracovaného extraktu zbaveného fytátů. Obsah fytátů je podle tohoto vynálezu menší než 1 %, s výhodou menší než 0,5 % sušiny odvodněných pevných látek. Odvodněné pevné látky lze v předloženém vynálezu známým způsobem snadno vysušit za vzniku produktu s vysokým obsahem bílkoviny a nízkým obsahem fytátů, který má vynikající krmnou hodnotu pro různé druhy živočichů, v to zahrnujíc ryby, prasata, drůbež, přežvýkavce a domácí zvířata.

Kapalná fáze vzniklá během odvodňování tepelně zpracovaného extraktu zbaveného fytátů bude primárně obsahovat rozpustné cukry a rozpustné bílkoviny, které jsou odolné teplem indukovanému vysrážení. Tuto kapalinu lze známým způsobem vysušit za výroby energetického bílkovinového produktu, který by měl hodnotu jako krmivová složka pro různé druhy živočichů, v to zahrnujíc ryby, prasata, drůbež, přežvýkavce a domácí zvířata.

Ve zvýhodněném provedení vynálezu se kapalná fáze vzniklá během odvodnění tepelně zpracovaného extraktu zbaveného fytátů dále frakcionuje, aby se zvýšila hodnota tohoto materiálu. Část z celkového obsahu bílkoviny lze například známým způsobem vysrážet technikami jako je srážení v izoelektrickém bodu. Vysrážené bílkoviny lze poté oddělit a vysušit za vzniku produktu s vysokým obsahem bílkoviny a nízkým obsahem fytátů. Kapalina, která zůstane po odstranění vysrážené bílkoviny, primárně obsahuje rozpustné cukry a bílkoviny, které jsou odolné vůči teplem indukovanému srážení a izoelektrickému srážení. Tento materiál se vysuší za výroby produktu s dobrou krmnou hodnotou pro živočichy jako jsou prasata a drůbež.

V dalším zvýhodněném provedení vynálezu se kapalina vzniklá během odvodnění tepelně zpracovaného extraktu zbaveného fytátů přímo zpracuje membránovými filtračními systémy, aby se oddělila a zakoncentrovala složka rozpustné bílkoviny a cukry. Průchodem kapaliny ultrafiltrační membránou lze specificky získat bílkovinový koncentrát s obsahem bílkoviny větším než 65 %, s výhodou větším než 75 % sušiny. Bílkovinový koncentrát vzniklý během ultrafiltrace lze známým způsobem usušit, aby se vyrobil vysoce hodnotný bílkovinový produkt. Obsah íytátů v tomto bílkovinovém koncentrátu je podle tohoto vynálezu menší než 0,1 % sušiny. Ve zvýhodněném provedení tohoto vynálezu není obsah fytátů v bílkovinovém koncentrátu detegovatelný.

-7CZ 303993 B6

Koncentrát s vysokým obsahem bílkoviny a nulovým obsahem fytátů má vynikající hodnotu jako krmivová složka pro ryby, prasata, kuřata a dobytek. Tento bílkovinový koncentrát má další potenciál pro využití pro člověka a spotřebu jako potravní složka.

V dalším zvýhodněném provedení vynálezu lze permeát, který vznikl během ultrafiltračního kroku, dále zpracovat nanofiltrací, aby se vyrobil koncentrát obohacený cukrem. Tento cukerný koncentrát lze použít přímo jako kapalné, koncentrované, energetické krmivo pro zvířata. Alternativně lze koncentrát známým způsobem vysušit a použít jako suchou krmivovou složku. Konečně existuje i možnost použití kapalného koncentrátu přímo jako suroviny pro fermentační způsob výroby ethanolu.

Permeát, který vznikl během nanofiltrace, lze dále v dalším zvýhodněném provedení vynálezu recyklovat přímo do původního extrakčního média. Existuje také možnost přečistit vodu ve filtrátu reverzní osmózou, a tak jako doplňkový výrobek vyrobit koncentrát z minerálních složek.

Vynález bude detailněji popsán prostřednictvím následujících příkladů. Příklady jsou uvedeny pouze pro ilustraci vynálezu a nejsou chápány jako jakékoliv omezení rámce vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Frakcionace tepelně nezpracovaných vloček z řepkových semen Canola

Z komerčního šrotovacího zařízení byly získány vločky z řepkových semen Canola, s vyextrahovaným olejem a plné hexanu. Tento materiál nebyl podroben odstranění rozpouštědla nebo působení tepla. Vločky byly uchovávány ve vacích z pytloviny a udržovány na čerstvém vzduchu po minimálně 7 dnů, aby se hexan odpařil. Vločky zbavené rozpouštědla byly rozdrobeny, aby se větší celky ve vločkách rozbily.

kg vloček z řepkových semen Canola, které byly zbaveny rozpouštědla, se míchalo s 60 1 vody při 50 °C v pásovém mísidle po dobu 10 minut. Směs se nechala projít zhušťovacím pásovým filtračním lisem (Frontier Technologies Incorporated). Pás se skládal z 30cm pásu 350 CFM s 9 tlakovými bubny a bubnem vymezujícím štěrbinu. Průchodem pásovým lisem se směs rozdělila na extrakt a koláč výlisku. Extrakt se nechal projít malým komerčním odvlákňovačem vybaveným běžně vestavěným kovovým sítem s otvory 0,15 mm. Odvlákňovač z extraktu odstranil větší částice. Aby se zlepšilo oddělení větších částic, nechala se kaše projít odvlákňovačem podruhé. Kaše, která zůstala po druhém průchodu, se smísila s materiálem koláče výlisku. Ke koláči výlisku se přidalo 20 1 vody o 50 °C a v pásovém míchadle se míchalo až do rovnoměrné konzistence. Směs se poté nechala projít pásovým filtračním lisem. Extrakt z tohoto druhého průchodu pásovým lisem byl zpracován odvlákňovačem, jak bylo popsáno pro prvý extrakt. Kaše, která zůstala po zpracování druhého extraktu, byla vmíšena do druhého koláče výlisku. V pásovém míchadle se smíchalo 10 1 vody o 50 °C s druhým koláčem výlisku, až byla získána rovnoměrná konzistence. Směs se poté zpracovala 15cm (6 inch) odvodňovacím vřetenovým lisem (Model CP-6) Vincent Corporation za vzniku extraktu a koláče výlisku. Extrakt byl zpracován v odvlákňovači, jak bylo popsáno výše a kaše se přidala ke koláči výlisku získanému při prvém průchodu vřetenovým lisem. V pásovém míchadle se míchalo 5 1 vody o 50 °C s koláčem výlisku, až se dosáhlo rovnoměrné konzistence. Směs se nechala projít vřetenovým lisem. Extrakt byl zpracován odvlákňovačem, jak bylo popsáno výše a kaše se přidala ke koláči výlisku. Směs kaše a koláče výlisku (bez dalšího přidání vody) se zpracovala finálním průchodem vřetenovým lisem za vzniku výsledného koláče výlisku a extraktu. Všechny extrakty z kaše z různých kroků v extrakčněodvodňovacím způsobu se spojily a smísily za vzniku výsledného extraktu. Analyzovány byly

-8CZ 303993 B6 obsah surové bílkoviny a obsah sušiny výchozího materiálu, konečný extrakt a výsledný koláč výlisku. Hmotnostní toky bílkoviny a sušiny jsou znázorněny v tabulce 1.

Tabulka 1

Obsah bílkoviny a obsah sušiny a hmotnostní toky během extrakce a odvodnění vloček z řepkových semen Canola

	% surové bílkoviny1	% sušiny	% celkové surové bílkoviny	% celkové sušiny
Vločky z řepkových semen Canola	39,6	90,9
Extrakt	49,3	13,4	64,3	51,7
Koláč výlisku	32,8	30,0	32,7	39,1

'Obsah surové bílkoviny, vyjádřený jako % sušiny ²Obsah bílkoviny a obsah sušiny extraktu a koláče výlisku, vyjádřené jako procento bílkoviny a sušiny ve výchozím materiálu vloček z řepkových semen Canola.

Příklad 2

Odstranění fytátů z extraktu vloček z řepkových semen Canola

Fytáza (Natuphos® 5000, BASF) nebo fytáza FFI (nekomerční enzym poskytnutý firmou FinnFeeds International) se zředil vodou tak, že 250μ1 alikvot byl v uvedeném pořadí ekvivalentní přidání 0, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 6000, 8000 a 10 000 jednotek fytázy. Jedna jednotka aktivity fytázy je definována jako množství enzymatického zdroje, který uvolňuje 1 pmol anorganického fosforu za minutu z nadbytku roztoku fytátu sodného při 37 °C a pH 5,5.

V kónické centrifugační nádobce se smíchalo 20 g tepelně nezpracovaných a rozpouštědla zbavených vloček z řepkových semen Canola se 100 ml 0,75% NaCl o 50 °C. Kaše byla 10 minut centrifugována při 3000 g. Supematant byl odstraněn a rozdělen na 2ml alikvoty do skleněných testových zkumavek a umístěn na vodní lázeň o teplotě 50 °C. Po uplynutí 60 minut byla reakce zastavena přidáním 1 ml ledově studené 1M HC1 a protřepána na Vortexu. Vzorky byly ponechány na ledu, aby bylo jisté, že reakce byla zastavena. Vzorky byly analyzovány na rozpustný fosfor a vzorek po 60 minutové reakci byl analyzován na fytáty.

Na obrázku 1 je uvedena hladina fytátů v solném extraktu po 60 minutovém působení fytázy FFI a fytázy Natuphos. Pro úplné odstranění fytátů z extraktu řepkových semen Canola při pH 5,8 bylo třeba pouze 250 jednotek kterékoliv fytázy. Předchozí výzkum ukazoval, že úplné odstranění fytátů z kaše řepkového šrotu Canola vyžaduje 5000 jednotek/kg fytázy. Předchozí práce také ukazovala, že účinnost odstranění fytátů se zlepšila snížením pH kaše z 5,8 na 5,0, ale v této studii proběhla reakce velmi rychle i při pH 5,8.

-9CZ 303993 B6

Příklad 3

Teplem indukovaná koagulace bílkoviny z fytátů zbaveného extraktu vloček z řepkových semen Canola

Tepelně nezpracované a rozpouštědla zbavené vločky z řepkových semen Canola byly zpracovány extrakcí a odvodněním, jak bylo popsáno v příkladech 1 a 2. V tomto případě však rozpouštědla zbavené vločky byly prosáty sítem číslo 10 (mesh USA) s 10 otvory na 2,50 cm, aby se z výchozího materiálu odstranily velké shluky.

Výsledný extrakt byl umístěn do 1001 parního kotle a teplota extraktu byla zvýšena na 50 °C. Ke směsi se přidala fytáza (fytáza FFI jak je popsáno v příkladu 2), aby se získalo 1500 jednotek fytázy na kilogram původního vločkového výchozího materiálu. Směs byla kontinuálně míchána mechanickým míchadlem a teplota byla 60 minut udržována na 50 °C, aby došlo k odstranění fytátů z extraktu. Na konci doby pro odstranění fytátů byla teplota směsi zvýšena na 95 °C a tato teplota byla udržována po 5 minut. Na konci této periody působení teplem byl uzavřen přívod páry do kotle a potrubím byla přivedena studená voda. Bílkovinou obohacený koagulát vytvořený na povrchu kapaliny a koagulát uvnitř kapaliny ztuhly během 20 minutové chladicí periody. Veškerý obsah kotle byl prolit nitexovým sítem s 220μηι otvory. Pevné látky byly zachyceny na sítu a síto se zachycenými látkami bylo přehnuto a umístěno do sýrové matrice. Bílkovinou obohacený koagulát byl 10 minut stlačován hydraulickým lisem na sýr při tlaku 34,47 kPa (5 PSI). Poté se tlak zvýšil na 68,95 kPa (10 PSI) a udržoval se 10 minut. Poté byl tlak opět zvýšen na 137,90 kPa (20 PSI) a udržoval se dalších 10 minut. Nakonec se tlak zvýšil na 275,79 kPa (40 PSI) a udržoval se 20 minut. Na obsah bílkoviny a sušiny se analyzovaly výchozí vločky, výsledný koláč výlisku, extrakt, odvodněná, bílkovinou obohacená sedlina a kapalná frakce z odvodňování fytátů zbaveného a tepelně zpracovaného extraktu. Obsah bílkoviny a obsah sušiny různých frakcí a hmotové toky bílkoviny a sušiny jsou znázorněny v tabulce 2.

Tabulka 2

Obsah bílkoviny a obsah sušiny a hmotnostní toky během procesu extrakce a odvodnění s následným tepelným zpracováním a odvodněním extraktu vloček z řepkových semen Canola

	% surové bílkoviny1 2	% sušiny	% celkové surové bílkoviny	% celkové sušiny
Vločky z řepkových semen Canola	40,7	91,4
Extrakt	49,2	11,8	58,0	48,0
Koláč výlisku	33,1	28,3	31,8	39,1
Odvodněná sedlina	62,1	29,5	41,9	27,4
Kapalina z odvodnění sedliny	35,7	7,0	16,4	18,6

¹ Obsah surové bílkoviny, vyjádřený jako % sušiny ² Obsah bílkoviny a obsah sušiny extraktu a koláče výlisku, vyjádřené jako procento bílkoviny a sušiny ve výchozím materiálu vloček z řepkových semen Canola

- 10CZ 303993 B6

Příklad 4

Ultrafiltrace kapalného extraktu získaného během odvodnění bílkovinového koagulátu vzniklého tepelným zpracováním extraktu řepkových semen Canola

Kapalný extrakt byl získán tlakovým odvodněním bílkovinového koagulátu, který vznikl tepelným zpracováním extraktu vloček z řepkových semen Canola. Postupy pro získání kapalného extraktu byly stejné, jak byly popsány v příkladech 1 až 3.

Během filtračního způsobu bylo 7,5 1 kapaliny udržováno při konstantní teplotě 45 °C. Kapalina se nechala projít ultrafiltrační membránou 1812 s limitní hodnotou nominální molekulové hmotnosti 10 000. Permeát byl odebrán a koncentrát byl zakoncentrován na 1,5 1. Po dokončení ultrafiltrace bylo provedeno celkem 6 diafiltrací. Pro každou diafiltrací se ke koncentrátu přidalo 1,5 1 vody o 45 °C a koncentrát byl zfiltrován na objem 1,5 1. Výsledný koncentrát byl analyzován na obsah bílkoviny a obsah sušiny. Pro koncentrát bylo získáno výsledné zakoncentrování bílkoviny na 91,3 % (vyjádřené jako procenta sušiny).

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob vodné extrakce a frakcionace výchozích materiálů z olejnatých semen obsahujících semena z řepky olejky nebo řepky Canoly, vyznačující se tím, že

   a) se smíchá výchozí materiál z olejnatých semen s vodným roztokem, který má pH větší než 2 a menší než 12, na koncentraci 10 až 50 % hmotnostně objemových, za vzniku směsi obsahující vodný roztok obsahující extrahovanou bílkovinu, malé fragmenty buněčné hmoty z materiálu z olejnatých semen a vláknitý materiál,

   b) se směs podrobí separaci použitím filtrace a třídění síty za vzniku vodného extraktu jako filtrátu, který obsahuje extrahovanou bílkovinu a malé fragmenty buněčné hmoty, a odděleného pevného zbytku obsahujícího vláknitý materiál,

   c) se na vodný extrakt působí íytázou obohaceným enzymem za vzniku extrakční frakce s vysokým obsahem bílkoviny a zbavené fytátů,

   d) se vysráží část bílkoviny v extrakční frakci s vysokým obsahem bílkoviny a zbavené fytátů,

   e) se extrakční frakce obsahující vysráženou bílkovinu podrobí separaci pevné látky od kapaliny za získání kapalné frakce zbavené fytátů obsahující rozpustné bílkoviny a pevné frakce s vysokým obsahem bílkoviny zbavené fytátů.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se jako vodný roztok použije voda v podstatě prostá kyseliny, zásady nebo soli.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že malé fragmenty buněčné hmoty jsou převedeny přes síto s otvory ok 0,15 mm.
4. 4. Způsob podle nároků 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že oddělený pevný zbytek získaný v kroku b) je znovu použitelný jako vláknitý výrobek obsahující bílkovinu.
5. 5. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se pevné a kapalné frakce odděleně získané v kroku e) použijí jako bílkovinný výrobek.

   - 11 CZ 303993 B6
6. 6. Způsob podle kteréhokoliv z nároků laž5, vyznačující se tím, že se použije materiál z olejnatých semen obsahující olejem extrahované šupiny zbavené rozpouštědla pocházející ze semen řepky olejky nebo Canoly.
7. 7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že šupiny zbavené rozpouštědla jsou snadno toustovatelné šupiny.
8. 8. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že se působí fytázou obohaceným enzymem v kroku c) při teplotě v rozsahu 10 až 70 °C.
9. 9. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že vysrážení v kroku d) se vyvolá zahříváním vodného roztoku zbaveného fytátů, aby se indukovala koagulace bílkoviny obsažené v extraktu.
10. 10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že se vodný roztok zbavený fytátů zahřívá na teplotu alespoň 80 °C po dobu alespoň 1 minuty, aby se indukovala koagulace bílkoviny.
11. 11. Způsob podle kteréhokoliv z nároků lažlO, vyznačující se tím, že se kapalná frakce získaná v kroku e) zpracuje ultrafiltrací, aby se rozpuštěná bílkovina zakoncentrovala a částečně oddělila od nízkomolekulámích složek.
12. 12. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že se oddělené pevné látky získané v kroku e) vysuší za vzniku koncentrátu s vysokým obsahem bílkoviny a nízkým obsahem fytátů.