DE2419308C3 - Verfahren zur Isolierung und Reinigung von Protein aus Käsemolke - Google Patents
Verfahren zur Isolierung und Reinigung von Protein aus KäsemolkeInfo
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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
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.
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.
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%.
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)
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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