DE2419308C3 - Verfahren zur Isolierung und Reinigung von Protein aus Käsemolke - Google Patents

Verfahren zur Isolierung und Reinigung von Protein aus Käsemolke

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Description

Bei den üblichen Verfahren zur Käseherstellung wird Milch mit Hilfe von Gerinnungsenzymen, wie Rennin, bzw. Labferment, zur Gerinnung gebracht oder koaguliert wobei ein Quark entsteht. Der Quark wird dann in viele Stücke geschnitten und die Stücke werden zusammen gekocht. Die flüssige Molke wird dann von dem gekochten Quark abgetrennt, der anschließend zu dem gewünschten Käseprodukt weiterverarbeitet wird. Die entstehende flüssige Molke ist im Prinzip ein Nebenprodukt bei der Käseherstellung und besteht im wesentlichen aus Lactose, Proteinen, nicht-proteinartigen stickstoffhaltigen Verbindungen, anorganischen Salzen und Wasser. Der Proteinbestandteil der Käsemolke wäre ein wertvolles Handelsprodukt, wenn er getrennt gewonnen werden könnte. Es wurden in der Vergangenheit erhebliche Anstrengungen unternommen, um wirtschaftlich lohnende Mengen an Lactose aus der Käsemolke zu gewinnen und diese Bemühungen 4s waren bis zu einem gewissen Grade erfolgreich. Es war jedoch nicht möglich, das wertvolle Protein in praktisch verwertbare Mengen zu gewinnen. Die bisher unternommenen Versuche, um das Protein aus der Molke zu gewinnen, umfaßten Ausfällverfahren und Temperaturbedingungen, die entweder zu einer unerwünschten Denaturierung des Proteins führten oder zur Bildung von Niederschlägen, die schwierig zu gewinnen waren. Es wurden auch Ultrafiltrations- und Elektrodialyseverfahren angewandt, die jodoch sehr aufwendig sind und unangemessen lange Zeiten erfordern.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolierung und Reinigung von Protein aus Käsemolke, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Molkenlösung mit einer Polyacrylsäure, hydrolysierten Äthylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren und/oder hydrolysierten Methylvinyläther-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr l%(Gew./Vol.), bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches, und bei einem pH-Wert von ungefähr 3 bis ungefähr 44 vermischt, den entstandenen Niederschlag von der Lösung abtrennt, den von der Lösung abgetrennten Niederschlag durch Vermischen mit einer wäßrigen Lösung mit einem pH-Wert von ungefähr 6 bis ungefähr 9 löst die entstehende Lösung mit Calciumsalzen, Magnesiumsalzen, Bariumsalzen und/oder Aluminiumsalzen vermischt und den entstehenden Niederschlag von der gereinigten Proteinlösung abtrennt
Die als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren angewandten Lösungen von Käsemolke sind bekannte Materialien und werden auf bekannte Weise bei der Herstellung von Käse erhalten, z. B. bei der Herstellung von Cheddar-Käse, Hütten-Käse, Schweizer-Käse u. ä
Die erfindungsgemäß geeigneten Polyacrylsäuren sind bekannt und werden hergestellt durch Polymerisation von Acrylsäure oder Acrylsäurederivaten, wie Acrylamid oder Acrylsäureesiern und anschließende Hydrolyse unter Bildung von freien Carboxylgruppen. Der Ausdruck »Polyacrylsäuren« ist so zu verstehen, daß er Polymethacrylsäuren und Salze von Polyacrylsäuren, wie die Natrium- und Ammoniumsalze umfaßt. Geeignete Pciyacrylsäuren sind im Handel erhältlich. Diese feinteiligen festen Substanzen oder Flüssigkeiten sind alle in Wasser löslich oder leicht dispergierbar.
Die Äthylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren, die erfindungsgemäß angewandt werden können, sind bekannt und im Handel erhältlich als lineare Harze in Form der freien Säuren und des Anhydrids. Die freie Säure wurde von dem Hersteller bereits hydrolysiert und ist in Wasser löslich. Das Anhydrid ist im allgemeinen in Wasser unlöslich, aber es kann bequem durch Erhitzen gelöst werden, wobei durch Hydrolyse die freie Säure entsteht.
Die Methylvinyläther-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren, die erfindungsgemäß angewandt werden können, sind bekannt und im Handel erhältlich. Sie sind in Wasser löslich und hydrolysieren langsam unter Bildung der freien Säure.
Wenn der pH-Wert der Molke beim Vermischen mit der Polyacrylsäure und/oder dem hydrolysierten Copolymer außerhalb des Bereiches von ungefähr 3 bis ungefähr 4,5 liegt, ist die Bildung an gewünschtem Niederschlag gering. Vorzugsweise liegt der pH-Wert bei 3,5 bis 4,5. Die Temperatur, bei der die Polyacrylsäure bzw. das hydrolysierte Copolymer und die Molke vermischt werden, sollte unterhalb 3O0C liegen. Bei Temperaturen über 300C nimmt die Menge an gewinnbarem Protein ab. Die Mischzeit liegt günstigerweise bei ungefähr 30 bis ungefähr 90 min.
Der wie oben erhaltene Protein-Polycarbonsäure-Niederschlag kann abfiltriert, abzentrifugiert oder auf andere günstige Weise von der verbleibenden Käsemolke abgetrennt werden. Der Protein-Polycarbonsäure-Niederschlag-Komplex wird zur weiteren Reinigung in dem wäßrigen Medium mit einem pH-Wert zwischen ungefähr 6 und ungefähr 9 gelöst und zu der entstehenden Lösung ein in Wasser ausreichend lösliches Calcium-, Magnesium-, Barium- und/oder Aluminiumsalz zugegeben. Derartige Salze sind u.a. Calciumcarbonat, Calciumacetat, Calciumchlorid, Calciumoxid, Magnesiumacetat, Magnesiumchlorid, Bariumacetat, Bariumchlorid, Bariumoxid, Aluminiumkaliumsulfat, Aluminiumsulfat u. ä. Das zugesetzte Salz kann gleichzeitig angewandt werden, um den pH-Wert auf den gewünschten Bereich einzustellen. Die zugesetzten Salze können mit der Polycarbonsä-ire einen festen Komplex bei pH-Werten über ungefähr 6 bilden und der entstehende Komplex kann von der gereinigten Proteinlösung abgetrennt werden. Die entstehende hoch gereinigte Proteinlösung kann so wie sie ist
angewandt werden oder sie kann nach üblichen Verfahren, z. B. durch Sprühtrocknen, weiter getrocknet werden.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren isolierte Proteinmaterial besteht im wesentlichen aus S a-Lactalbumin und /3-Lactoglobulin. Es ist im wesentlichen frei vcn anderen stickstoffhaltigen Verbindungen, wie Peptiden und Harnstoff, die in der Käsemolke vorhanden sein können.
Die Polyacrylsäure bzw. das hydrolysierte Copolymer ίο kann zur erneuten Verwendung in dem Verfahren zurückgewonnen werden. Der wie oben gebildete Metallsalz-Polycarbonsäure-Komplex wird in Wasser aufgeschlämmt und mit einer stöchiometrischen Menge Säure, wie Schwefelsäure, die stärker ist als die Polycarbonsäure, behandelt Dabei wird die Polycarbonsäure aus dem Komplex freigesetzt, und es bildet sich ein Salz aus dem Metallkation des Komplexes us-d der zugegebenen Säure. Wenn das entstehende Salz unlöslich ist, wie das Calciumsulfat, das bei der Umsetzung von Calciumion und zugesetzter Schwefelsäure entsteht, wird der entstehende Niederschlag von der Polycarbonsäurelösiing vor deren erneuter Verwendung abgetrennt Wenn das entstehende Salz löslich ist, wie das Magnesiumsalz, das bei der Umsetzung zwischen einem Magnesiumkation und zugesetzter Schwefelsäure entsteht, kann die entstehende Lösung aus dem löslichen Salz und der Polycarbonsäure erneut verwendet werden, um Protein zu gewinnen. Wenn der Protein-Polycarbonsäure- Komplex-Niederschlag gebildet und von den löslichen Verunreinigungen abgetrennt wird, wird das wie oben entstehende lösliche Salz mit der Lösung verworfen.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert
Beispiel 1
1,5 1 Molke, die bei der Herstellung von Hüttenkäse erhalten worden war, wurde mit Phosphorsäure auf einen pH-Wert von 4 gebracht und bei 33° C mit 37,5 ml einer wäßrigen Lösung, enthaltend 5 Gew.-% einer Polycarbonsäure mit einem mittleren Molekulargewicht von 80 000 bis 110 000 vermischt. Die Konzentration an Polycarbonsäure in dem entstehenden Gemisch betrug 0,125% (GewVVol.). Das Gemisch wurde dann lh gerührt, wobei ein Niederschlag entstand. Die entstehende Flüssigkeit wurde aibdekantiert und der Niederschlag abfiltriert und mit 20 ml V/asser gewaschen. Der Filterkuchen wurde in 300 ml Wasser suspendiert und 1 h lang mit 4,5 g Calciumcarbonat vermischt, wobei der pH-Wert auf über 6 stieg. Die entstehende Aufschlämmung wurde abfiltriert und die Proteinlösung gefriergetrocknet. Dieses Proteinpulver entsprach 50Gew.-%, bezogen auf die Analyse des Gesamtstickstoffs. Die von der oben angegebenen Proteinlösung abgetrennten Feststoffe wurden mit 90ml In- Schwefelsäure 1 h vermischt und das entstehende Gemisch filtriert Die entstehende Lösung von regenerierter Polycarbonsäure wurde dann emieut angewandt, um Protein von neuer Molke auf die oben beschriebene Weise zu gewinnen.
Beispiel 2
Süße Molke von der Cheddar-Herstellung wurde über Nacht stehen gelassen. Der pH-Wert fiel auf 4,1 als Folge der Milchsäurebildung durch die Aktivität der Bakteriennora in der Molke. 200 ml dieser Käsemolke mit einem pH-Wert von 4,1 wurden bei 23°C mit 4 ml einer wäßrigen Lösung von 5 Gew.-% einer Polyacrylsäure mit einem mittleren Molekulargewicht von ungefähr 180000 bis ungefähr 220000 vermischt Die Konzentration an Polyacrylsäure in dem entstehenden Gemisch betrug 0,1% (GewyVol.). Das Gemisch wurde dann 1 h gerührt, wobei ein Niederschlag entstand. Der Niederschlag wurde von der verbleibenden Molke abfiltriert und in Wasser suspendiert Er wurde dann 1 h mit Calciumcarbonat vermischt, wobei der pH-Wert auf 6,0 stieg. Die entstehende Aufschlämmung wurde filtriert und die gereinigte isolierte Proteinlösung gewonnen. Dieses Protein konnte auf übliche Weise für Nahrungszwecke verwendet werden.
Beispiel 3
200 ml sü3e Käsemolke von der Cheddar-Herstellung mit einem pH-Wert von 4,1, die entsprechend Beispiel 2 erhalten worden waren, wurden, wie in Beispiel 2 beschrieben, mit Polyacrylsäure vermischt. Der entstehende Niederschlag wurde gewonnen und in 50 ml Wasser suspendiert und mit 200 mg Calciumcarbonat vermischt und 1 h unter Erhitzen auf 500C gerührt. Die entstehende Aufschlämmung wurde filtriert und die gereinigte isolierte Proteinlösung gewonnen. Man erhielt eine Gesamtausbeute an Protein von 70%.
Beispiel 4
Saure Molke von der Hüttenkäscherherstellung wurde mit Phosphorsäure auf einen pH-Wert von 4 gebracht und mit einer wäßrigen Lösung von 5 Gew.-% einer Polyacrylsäure mit einem mittleren Molekulargewicht von ungefähr 3 bis 5 Millionen vermischt. Die Konzentration an Polycarbonsäure in dem entstehenden Gemisch betrug 0,1% (Gew^Vol.). Der entstehende Niederschlag wurde gesammelt, in Wasser suspendiert und mit Calciumhydroxid auf einen pH-Wert von 7,5 gebracht. Der entstehende Niederschlag wurde von der isolierten gereinigten Proteinlösung abgetrennt.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Isolierung und Reinigung von Protein aus Käsemolke, dadurch gekenn- s zeichnet, daß man eine Molkenlösung mit einer Polyacrylsäure, hydrolysieren Äthylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren und/oder hydrolysierten Methylvinyläther-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 1 % (Gew/VoL), bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches, und bei einem pH-Wert von ungefähr 3 bis ungefähr 4,5 vermischt, den entstandenen Niederschlag von der Lösung abtrennt, den von der Lösung abgetrennten Niederschlag durch Vermischen mit einer wäßrigen Lösung mit einem pH-Wert von ungefähr 6 bis ungefähr 9 löst, die entstehende Lösung mit Calciumsalzen, Magnesiumsalzen, Bariumsalen und/oder Aluminiumsalzen vermischt und den entstehenden Niederschlag von der gereinigten Proteinlösung abtrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Käsemolke mit einem pH-Wen von 3,5 bis 4,5 verwendet
25
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