DE2443570A1 - Verfahren zur herstellung von proteinisolaten aus pflanzen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von proteinisolaten aus pflanzen

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Alain Chopin
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    • A23J—PROTEIN COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS; WORKING-UP PROTEINS FOR FOODSTUFFS; PHOSPHATIDE COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS
    • A23J1/00—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites
    • A23J1/14—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites from leguminous or other vegetable seeds; from press-cake or oil-bearing seeds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

! PATENTANWÄLTE
DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHDNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR.FUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER DiPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH DIPL.-ING. SELTING
KÖLN 1, DEICHMANNHAUS
Köln, den 11.September 1974 Ke/Ax
Institut National de la Recherche Agronomique, 149, rue de Grenelle, Paris (Frankreich)
Verfahren zur Herstellung von Proteinisolaten aus
Pflanzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Proteinisolaten aus Pflanzen wie Sonnenblumen, Raps und kleiner Saubohne.
Man sucht heute nach neuen Proteinquellen, um sowohl der Unterernährung von mehr als der Hafte der Weltbevölkerung abzuhelfen als auch den Bedarf auf den neuen Märkten zu decken, die sich aus der Veränderung der Ernährungsgewohnheiten in den Industrieländern ergeben haben.
Unter den zur Zeit ausgenutzten neuen Proteinquellen wie Pflanzen, Algen, Bakterien und Hefen sind die ölsaaten, insbesondere Sonnenblumen, Raps und Baumwollsaat, auf Grund ihres reichlichen Vorkommens und ihres derzeitigen niedrigen Marktpreises die Ausgangsmaterialien, der Wahl. Bekannt sind bereits Verfahren zur Gewinnung, von Proteinen aus Sonnenblumen. Als Beispiele sind das sogenannte Fällungs-Waschverfahren, das von Gheya- · suddin,Cater und Mattil in Food Technology 24 (1970), 272 beschrieben wird, und andere ähnliche Verfahren zu nennen. Diese Verfahren bestehen aus den folgenden wesent-
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lichen Stufens
a) Lösliehmaebung der im Preßrückstand der Sonnenblumen-• kerne enthaltenen Proteine auf alkalischem Wege mit einer Natriumhydroxydlösung, die Natriumsulfit enthält. I
"b) Klären der hierbei erhaltenen Suspension durch Zentrifugieren oder Dekantieren, wodurch es möglich ist, die alkalische Proteinlösung vom festen Rückstand, der im wesentlichen aus Cellulose und Hemicellulosen besteht, abzutrennen. |
o) Ausfällung der in der alkalischen Lösung enthaltenen Proteine durch Ansäuern bis zum isoelektrischen Punkt, der iem p„-Wert entspricht, bei dem die Löslichmachung der Sonnenblumenproteine minimal ist«
d) Reinigung der Proteine in der in der vorherigen Stufe erhaltenen unlöslichen Form durch Waschen mit anschließenden Zentrifugierungen oder Filtrationen und
anschließendes Maschen mit Alkohol-Äther. |
Die in dieser Weise isolierten Proteine werden beispielsweise durch -Gefriertrocknen oder Versprühen getrocknet.
Diese Yerfahrea erfordern keine komplizierten Apparaturen, jedoch den Einsatz großer Wasser- and Losungsmitteinengen, die übü Beitrag der Anlage, in der dieses Verfahren durchgeführt wird, ζατ Luftverunreinigung steigern. AoBerdea geht ein nicht unbeachtlicher Teil der Soanenblumeaproteine im Wasser^ mit dem die in der Stufe (ö) erhaltene Fällung gewaschen wird, auf Grund der Löslichkeit eines Teils äer Proteine bei diesem pH-Wert verloren. Die nach dieser Behandlung erhaltenen Proteinisolate sind nicht genügend gereinigt» Ferner sind die bei diesem Verfahren erhaltenen Isolate dunkel gefärbt, und sie erwiesen sich auf Grund der Anwesenheit schleimiger Stoffe in konzentrierter alkalischer Lösung
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als ungeeignet zum Spinnen, da diese Stoffe die Spinndüsen verstopfen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, das es ermöglicht, gereinigte und konzentrierte Proteinisolate ohne den Einsatz großer Lösungsmittelmengen zu gewinnen.
Es sind bereits Verfahren zur Extraktion von Proteinen bekannt, die auf dem Verfahren der umgekehrten Osmose oder Ultrafiltration beruhen. Beispielsweise betrifft die USA-Patentschrift 5 622 556 die Isolierung der Proteine aus Sonnenblumen nach einem Verfahren, das die folgenden Stufen umfaßt:
a) Alkalische Extraktion des aus den Sonnenblumenkernen erhaltenen pflanzlichen Materials.
b) Trennung der bei der Extraktion erhaltenen Phasen.
c) Ultrafiltration der alkalischen Phase auf einer semipermeablen Membran, deren Poren einen Durchmesser zwischen 10 und 80 A haben, unter einem Druck von 0,7 bis 7 kg/cm .
Die Stufen (a) bis (c) werden in inerter Atmosphäre durchgeführt.
d) Gewinnung des Rückstandes, der die Proteine enthält, die frei von Stoffen sind, die eine unerwünschte Färbung verleihen können.
Das Verfahren der USA-Patentschrift 3 622 556 hat den Nachteil, daß bei der Extraktion und bei der Trennung der Phasen in inerter Atmosphäre gearbeitet werden muß. Ferner macht diese USA-Patentschrift keine Angaben darüber, wie die Ultrafiltration durchgeführt werden soll, um Proteinisolate zu erhalten, die gleichzeitig einen hohen Gehalt an Trockenmasse, einen hohen Gehalt an stick-
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stoffhaltigen Verbindungen und einen sehr geringen Gehalt an Verunreinigungen haben.
Die Entfernung der farbigen Verunreinigungen in den aus Sonnenblumenkernen, Raps und kleiner Saubohne extrahierten Proteinfraktionen wirft schwierige Probleme auf, die im Falle von Sojabohnen nicht im gleichen Maße auftreten.
Das Verfahren gemäß der Erfindung schaltet die Nachteile der bekannten Verfahren aus.
Die Erfindung ist insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines konzentrierten flüssigen Rückstandes der Ultrafiltration gerichtet, der ohne besondere Behandlung den anschließenden Arbeitsgängen des Strangpressens oder Spinnens mit dem Ziel der Herstellung von texturierten Eiweißstoffen unterworfen werden kann.
Die Erfindung betrifft ausserdem ein Verfahren zur Herstellung von direkt in der menschlichen oder tierischen Nahrung verwendbaren Produkten, die aus dem getrockneten Rückstand als solchem oder nach teilweiser Neutralisation öder aus den durch Fällen der konzentrierten RUckstandlösung am Isoelektrischen Punkt, Abtrennen, Waschen und Trocknen des Niederschlages erhaltenen Proteine bestehen können. _. .
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Entfernung der gefärbten Verunreinigungen aus den aus Sonnenblumenkernen, Raps und kleiner Saubohne extrahierten Proteinen ohne die Notwendigkeit, komplizierte und kostspielige Verfahren wie Arbeiten unter inerter Atmosphäre anzuwenden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Gewinnung von gereinigten und konzentrierten Isolaten von Proteinen von Pflanzen wie Sonnenblumen, Raps und kleiner Saubohne umfaßt die folgenden Stufen:
1) Man unterwirft die In an sich bekannter Weise durch alkalische Auflösung der betreffenden Pflanze in Form
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von feingemahlenem Samen, Mehl oder Preßkuchen erhal-! tenen Lösungen der Pflanzenproteine bei einer Temperatur zwischen 2° und 300C wenigstens einer Ultra- : filtration, indem man die Lösung mit einer semipermeablen Membran, deren Poren einen Durchmesser zwischen
0,1 und JO mu haben, in Berührung bringt, wobei man /
die Ultrafiltration durchführt, bis der Gehalt der von der semipermeablen Membran zurückgehaltenen und nachstehend als "Rückstand" bezeichneten Lösung an stickstoffhaltigen Stoffen (N χ 6,25) zwischen 3 und 12 Gew.-^ des Rückstandes liegt.
2) Man gibt dem Rückstand unter weiterer Durchführung der Ultrafiltration durch die Membran eine Waschflüssigkeit in einer solchen Menge zu, daß, wenn das Volumen der [ durch die Membran hindurchgetretenen Lösung dem Vo- : lumen der zugesetzten Flüssigkeit entspricht, die Konzentration an stickstoffhaltigen Stoffen (N x6,25) in der Flüssigkeit, die nicht durch die Membran hindurchtritt, oder der Rückstand 70 bis 85 #'der gesamten Trockenstoffe des Rückstandes darstellt.
3) Man stellt die Temperatur des in dieser Weise gewaschenen Rückstandes auf einen Wert zwischen 20 und , 600C ein und setzt die Ultrafiltration des gewaschenen Rückstandes fort, bis die stickstoffhaltigen Stoffe ! (N χ 6,25) 85 bis 95 Gew.-j6 der gesamten Trockenstoffe \ ausmachen, worauf man den in dieser Welse isolierten
I endgültigen Rückstand abschließend durch Gefriertrock- ; nen oder Sprühtrocknen trocknet oder bei einer Temperatur zwischen -200C und -800C einfriert oder als solchen verwendet.
Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher im Zusammen- '; hang mit der Behandlung von Sonnenblumen beschrieben.
Die Sonnenblumensamen werden beim Verfahren gemäß der Erfindung in Form von Kernen, Mehl oder Preßkuchen verwendet. Vorzugsweise wird jedoch der Sonnenblumen-Preßkuchen verwendet. Die Flüssigkeit, die in die Ultra-
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filtrationseinheit eintritt, steht im allgemeinen unter einem Druck zwischen 1 und 50 kg/cm , und die Geschwindigkeit dieser Flüssigkeit an der Membran ist möglichst hoch und beträgt beispielsweise etwa 1 bis 2 m/Sekunde.
Bei einer Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Waschflüssigkeit, die aus Wasser besteht, unmittelbar nach der Berührung der alkalischen Proteinlösung mit der semipermeablen Membran zugesetzt.
Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird wie folgt gearbeitet: j
a) Man suspendiert bei einer Temperatur zwischen 20° und 500C, vorzugsweise bei etwa 4o°C, den Sonnenblumen-Preßkuchen in einer alkalischen Lösung, die gegebenenfalls Natriumsulfit enthält, wobei die verwendete Menge der alkalischen Lösung das 8- bis 12-fache, vorzugsweise das 10-fach© des Gewichts des Preßkuchens beträgt und die Lösung eine solche Alkalinität hat, daß das erhaltene Gemisch einen p„-Wert zwischen 8 und 12, vorzugsweise zwischen 10,5 und 11,0 hatι j
b) man laugt das gemäß (a) gebildete Gemisch unter Rühren 20 bis 60 Minuten, vorzugsweise 30 Minuten aus und trennt vom Geraisch in an sich bekannter Weise den unlöslichen Rückstand ab. Die erhaltene Lösung stellt die geklärte alkalische Lösung dar; j
ο) man unterwirft di® geklärte alkalische Lösung an- ' schließend der Ultrafiltration mit einer semipermeablen Membran, deren Poren einen Durchmesser zwischen 0,1 inu und 30 w , vorzugsweise zwischen 1 und 20 mu
OO
haben, bei einer Temperatur zwischen 2 und 30 C, wobei der Drupk der in die Ultrafiltrationszelle eintretenden Flüssigkeit zwischen 1 und 50 kg/cm und die Geschwindigkeit der Flüssigkeit an der Membran möglichst hoch ist; d) man wiederholt die Stufe (c), bis der Gehalt der als Rückstand verbleibenden Lösung an stickstoffhaltigen Stoffen (N χ 6,25) 3 bis 12 %, vorzugsweise 5 bis 8 Gew. -% der Rückstandslösung beträgt;
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e) man gibt zur Rückstandslösung, "bei einer Temperatur zwischen 2° und 3O0C eine alkalische Extraktionslösung, die den gleichen pH-Wert wie die Ruckstandslösung hat, oder Wasser in einer solchen Menge, daß, wenn das Volumen der durch die Membran hindurchgetretenen Flüssigkeit dem zugefügten Volumen entspricht, die Konzentration an stickstoffhaltigen Stoffen (N χ 6,25) in der über der Membran zurückbleibenden Flüssigkeit 70 bis 85#.der gesamten Trockenmasse beträgt und
f) man erhöht anschließend die Temperatur der in dieser Weise gewaschenen Rückstandslösung auf 20 bis 600C, vorzugsweise auf 40° bis 450C und setzt die Ultra- j filtration fort, bis die stickstoffhaltigen Verbin- ' düngen (N χ 6,25) 85 bis 95 Gew.-56 der gesamten Trockenmasse ausmachen, und trocknet anschließend die in dieser Weise isolierte Rückstandslösung durch Gefriertrocknen oder Sprühtrocknen oder friert sie bei einer Temperatur zwisi sie als selche.
Temperatur zwischen -20° und -800C ein oder verwendet
Die beim Verfahren gemäß der Erfindung erhaltenen Proteinlösungen (mit einem Gehalt an Trockensubstanz von bis 25#) haben einen Gehalt an Verunreinigungen von höchstens 15 Gew.-# und häufig unter 5 Gew.-ji bei einem Gehalt an Stickstoffverbindungen von wenigstens I556.
Die Viskosität dieser Lösungen beträgt wenigstens 10 Poise unter den folgenden Bedingungen: Temperatur 50C
Geschwindigkeitsgradient 3 Sek. Scherspannung 25 Dyη/cm
Auf Grund dieser physikalisch-chemischen Eigenschaften können die erhaltenen Proteine unmittelbar ohne Nachbehandlung stranggepreßt oder versponnen werden.
Die in der Stufe (a) Verwendete alkalische Lösung ist
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eine Natriumhydroxydlösung (oder Kaliumhydroxydlösung), die eine Konzentration von beispielsweise 0,1 bis 10 g/l hat und in einer solchen Menge verwendet wird, daß der pH-Wert der gebildfiten Suspension zwischen 8 und 12, vorzugsweise zwischen 10,5 und 11,0 liegt. Beispielsweise wird eine Natriumhydroxydlösung einer Konzentration von 4- g/l verwendet. Um die im Sonnenblumenpreßkuchen vorhandenen Pigmente in reduzierter Form zu halten, werden der gebildeten alkalischen Lösung im allgemeinen 0,5 bis 0,10 Gew.-^ Natriumsulfit zugesetzt.
Bei einer Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung wird der Sonnenblumenpreßrückstand in eine wässrige Natriumsulfitlösung gebracht, die eine Temperatur zwi- j sehen 20° und 500C, vorzugsweise eine Temperatur von 400C
hat, und die hierbei gebildete Suspension wird durch |
Zugabe einer konzentrierten Natriumhydroxydlösung auf \
einen pH-Wert zwischen 8 und 12, vorzugsweise zwischen | 10,5 und 11,0 eingestellt. Der unlösliche Rückstand wird von der alkalischen Proteinlösung beispielsweise durch
Dekantieren und Zentrifugieren abgetrennt.
Für das Verfahren gemäß der Erfindung werden semipermeable Membranen verwendet, die Poren mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 30 mu, vorzugsweise zwischen 1 und 20 mu enthalten und sowohl gegen alkalische Lösungen, d.h. Lösungen, deren pH-Wert zwischen 8 und 12 liegt, als auch bei den vorstehend für die Durchführung des Verfahrens genannten Temperaturen beständig sind. Die Art der für
die Durchführung des Verfahrens verwendeten Membranen hängt von den Arbeitsbedingungen, insbesondere vom pH- Wert, von der gewünschten Molekültrennung und von den ! Arbeitstemperaturen ab. Um beispielsweise eine Proteinlösung mit einem pH-Wert von 10 zu behandeln, können \ keine Membranen auf Basis von Celluloseacetat verwendet werden, deren Eigenschaften unter pH 3 und über pH 8 verändert werden. Hierzu müssen Membranen auf Basis von j
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synthetischen Polymerisaten (Polyamide, Polyolefine, Polyvinylchlorid, Polyacrylnitril usw.) oder beliebiger ' anderer Werkstoffe, die bei diesem pH-Wert eingesetzt ' werden können, verwendet werden·
Ebenso werden je nach der gewünschten Molekültrennung (Größe der zu konzentrierenden und zu reinigenden Proteinmoleküle und Größe der zu entfernenden Moleküle) Membranen mit einem wohldefinierten "cut-off" (Trenngrenze) verwendet. Beim Verfahren gemäß der Erfindung
werden vorteilhaft Membranen mit einem "cut-off" zwischen
2000 und 30000 verwendet. Insbesondere werden semiper- \ meabIe Membranen verwendet, die unter den Handelsbezeichnungen IRIS 3Q69, IRIS 3042 (Hersteller Rhüne-Poulenc, ! Prankreich), DIAFLO PM 30, DIAPIO XM 50 und DIAPLO UM 2OE (Hersteller Amicon (USA) und D.D.S. AR6 (Hersteller DDS, Dänemark) bekannt sind. Die "DIAPLO"-Membranen werden insbesondere in einer Firmenschrift der Firma Amicon (Veröffentlichung Nr.426) beschrieben. In der Pirmenschrift "Ultrafiltration" werden von der Firma Rhftne-Poulenc (Frankreich) ebenfalls Membranen genannt, die für die Zwecke der Erfindung geeignet sind.
Wenn ein Volumen V1 der geklärten alkalischen Lösung des Sonnenblumenpreßrückstandes mit einer aemipermeablen Membran zusammengeführt wird, werden zwei Flüssigkeiten erhalten: eine erste Flüssigkeit, die durch die Membran hindurchtritt, als "Permeat" bezeichnet wird und eine Zusammensetzung hat, die dicht bei derjenigen der eingesetzten Lösung liegt mit dem Unterschied, daß das Permeat keine Proteine enthält, und eine zweite Flüssigkeit,; die nicht dusch die Membran hindurchtritt, als "Rückstand" bezeichnet wird und eine Zusammensetzung hat, die dicht bei derjenigen der gegen die Membran geführten Lösung liegt mit dem Unterschied, daß der Rückstand einen als "(N χ 6,25)" ausgedrückten Pro*eingehalt hat, der höher ist als der Proteingehalt der eingesetzten
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alkalischen lösung.
Die nach einer oder mehreren Filtrationsoperationen im Ultrafiltrationskreis zurückbleibende Rückstandslösung wird mit einem bestimmten Volumen (V,) Wasser oder einer alkalischen Lösung, die den gleichen pH-Wert hat wie die Rückstandslösung, gewaschen. Vorteilhaft wird die gleiche alkalische Lösung wie in der Stufe (a) verwendet. Wie bereits erwähnt, wird das Volumen V? so gewählt, daß, wenn das Volumen der durch die Membran hindurchgetretenen Flüssigkeit diesem Wert V, entspricht, die Konzentration an Stickstoffverbindungen (N χ 6,25) in der Rückstandslösung 70 bis 85$ der Gesamttrockeasubstanz entspricht. Es wurde gefunden, daß diese Konzentration im allgemeinen erreicht wird, wenn das Volumen V, gleich dem Volumen V. der mit der Membran in Berührung gebrachten ursprünglichen alkalischen Lösung ist, und wenn das Volumen V-z der alkalischen Extrakt ions lösung in einer Menge pro Zeiteinheit zugesetzt wird, die der pro Zeiteinheit durch die Membran hindurchtretenden Flüssigkeitsmenge gleich ist.
Sie Konzentration der in dieser Weise erhaltenen Rückstandslösung wird bei einer Temperatur zwischen 20° und 6O0O verfolgt« Es wurde gefunden, daß im allgemeinen das endgültige Volumen der nicht durch die Membran hindurchtretenden Flüssigkeit 1/5 bis 1/10 des Volumens V1 ausmacht. Der Gehalt an Trockenmasse in dieser Flüssigkeit liegt zwischen 12 und 30 g/100 g.
Es ist ferner möglich, die erhaltenen Proteine auszufällen, Indem man die endgültige Rückstandslösung auf einen p„-Wert einstellt, der im wesentlichen dem iso- I elektrischen p„-Wert (p„ 4,6) der Proteine entspricht, und diese ausgefällten Proteine zu waschen und durch Gefrier- ' trocknen oder Versprühen zu trocknen. Diese andere Variante der Erfindung ermöglicht die Gewinnung von Proteinpulverh
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von sehr hoher Reinheit, wobei das Verhältnis von N χ 6,25 zur gesamten Trockensubstanz bei oder über 0,95 liegt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist nicht nur auf feingemahlene Körner, Mehl oder den Preßrückstand von Sonneblumen, sondern auch auf feingemahlenes Saatgut, Mehl und Preßrückstände von.Raps anwendbar. Außerdem wurde das Verfahren erfolgreich zur Reinigung von Proteinen an- j gewendet, die in der kleinen Saubohne enthalten sind. Aus '■ kleinen Saubohnen wurden Proteinisolate mit· einem Verhältnis von N χ 6,25/Gesamttrockensubstanz von wenigstens 0,80 erhalten.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.
Beispiel 1
1 kg handelsüblicher Preßrückstand von Sonnenblumenkernen mit folgender Zusammensetzung wurde verwendet: Gehalt an Trockensubstanz 91,5 g/100 g
Gehalt an Stickstoffverbindungen
(N χ 6,25) 33.5 g/100 g
Dieser Preßrückstand wurde in 10 kg Wasser suspendiert, das 50 g Natriumsulfit enthielt und dessen Temperatur vorher auf 4O0C gebracht worden war. Die Suspension wurde 30 Minuten bei 4O0C gerührt, wobei, die Lösung durch Zusatz einer 1On-Natriumhydroxydlösung ständig bei pH 10,5 gehalten wurde. Die Lösung wurde durch Zentrifugie ren bei 2000 xg geklärt und dann auf einer Glasfritte der Porosität Nr.2 filtriert. 7,7 kg der erhaltenen Lösung, die 4,61 g Trockensubstanz pro 100 g und 2,64 £ Stickstoffverbindungen (N χ 6,25) pro 100 g enthielt, wurden auf 90C gebracht und in einer "AMICON"-Osmosezelle des Typs "Hollow Pib.er 1» mit einer WAMICON"-Membran des Typs "PM 30" in Berührung gebracht. Die Osmose
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wurde so lange durchgeführt, bis däff Volumen des Konzentrats die Hälfte des Volumens der ursprünglichen Lösung ausmachte. Zum Konzentrat wurden anschließend 7,7 kg Wasser mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der das Permeat abfloß, zugesetzt. Nach dem Verbrauch der 7,7 kg Wasser wurde die Temperatur des Konzentrats auf 30 C erhöht und das Konzentrat, während es mit der Membran in Berührung war, weiter konzentriert, bis sein Volumen 1/7 des Volumens der ursprünglichen Lösung "betrug. 1,1 kg des Konzentrats, das 21,2 g Trockensubstanz pro 100 g und 18,3 g Stickstoffverbindungen pro 100 g enthielt, wurden in einem Gemisch von Aceton und Trockeneis (Temperatur -800C) schockgefroren. Das Produkt, das nach dem Auftauen und Einstellen des Gehalts an Trockensubstanz auf 15 g/100 g und des pH-Werts auf 11,5 erhalten wurde, konnte erfolgreich gesponnen werden.
Beispiel 2
400 g Preßrücketand von entölten und geschälten Sonnenblumenkernen wurden verwendet. Der Preßrückstand hatte die folgende Zusammensetzung:
Gehalt an Trockensubstanz 92,9$
Gehalt an Stickstoffverbindungen
(N χ 6,25) 46,796
Dieser Preßrückstand wurde in 4 kg Wasser suspendiert, das 20 g Natriumsulfit enthielt. Die Temperatur dieser Lösung war vorher auf 400C gebracht worden. Die Suspension wurde 30 Minuten bei 4O0C gerührt und die Lösung durch Zusatz einer konzentrierten 1On-Natriumhydroxydlösung ständig bei pH 10 gehalten. Die Suspension wurde duroh Zentrifugieren bei 2000 xg geklärt. Die überstehende Flüssigkeit hatte nach Filtration mit einer Glasfritte Nr.2 die folgende Zusammensetzung: Gehalt an Trockensubstanz 5,67 %
Gebalt an Stickstoffverbindungen
(N χ 6,25) 3.31* «
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3,3 kg der geklärten und filtrierten Lösung wurden auf 60C gekühlt. Diese Lösung wurde in einer "AMICON"-Osmosezelle des Typs »Hollow Fiber HUX 1» mit. einer 11AMICON"- j Membran des Typs "PM 30" in Berührung gebracht. Der j Druck der in die Zelle eintretenden Flüssigkeit betrug j 1 kg/cm und die Geschwindigkeit der Flüssigkeit an der Membran 1 m/Sek. Gleichzeitig wurden dieser Lösung 4,95 kg Wasser mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der i das Permeat abfloß, zugesetzt. Nach dem Durchlauf von 4,95 kg Permeat hatte dieses die folgende Zusammensetzung;
Gehalt an Trockensubstanz 0,97 g/100 g
Gehalt an Stickstoffverbindungen
(N χ 6,25) 0,013 g/100 g
Die Rückstandslösung, deren Stickstoffverbindungen der Trockensubstanz ausmachten, wurde über der Membran bei einer Temperatur von 9°C konzentriert, bis das Volumen des Konzentrats die Hälfte des Volumens der Ursprung-^ liehen Lösung betrug. Die Temperatur des Konzentrats ; wurde dann auf 300C erhöht. Es wurde weiter auf ungefähr 1/5 des Volumens der ursprünglichen Lösung konzentriert. '. ■Das Permeat hatte während des Konzentrierens die folgende Zusammensetzung:
Gehalt an Trockensubstanzen 0,74 g/100 g Stickstoffgehalt 0,016 g/100 g
Der nach beendeter Konzentrierung erhaltene Rückstand hatte die folgende Zusammensetzung:
Gehalt an Trockensubstanz 16,6 g/100 g
Gehalt an Stickstoffverbindungen
(N χ 6,25) 15,1 g/100 g
Ein Teil dieses Konzentrats wurde gefriergetrocknet. Die erhaltenen Proteine hatten die folgende Zusammensetzung: Gehalt an Trockensubstanz 95,6 g/100 g
Gehalt an Stickstoffverbindungen 86,9 g/100 g
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Der verbleibende Teil der Lösung wurde durch Zusatz von 1n-Salzsäure auf pH 4,8 eingestellt. Die bei diesem pH-Wert ausgefällten Proteine wurden mit Wasser gewaschen und gefriergetrocknet. Sie hatten die folgende Zusammensetzung: j Gehalt an Trockensubstanz .96,6 g/100 g Gehalt an Stickstoffverbindungen
(N χ 6,25) 94,3 g/100 g
Dieses Beispiel zeigt, daß es durch das Verfahren gemäß der Erfindung möglich ist, Froteinisolate, die etwa 97 Gew.-$ Stickstoffverbindungen (N χ 6,25) enthalten, zu erhalten.
Beispiel 3
60 g feingemahlene kleine Saubohnen der folgenden Zusammensetzung wurden verwendet:
Trockensubstpnz 92,
Stickstoffverbindungen 28,
Lipide 1.9# '
Dieses Mehl wurde in 600 ml Wasser suspendiert, das 3 g Natriumsulfit enthielt. Die Temperatur dieserxLosung war vorher auf 400C gebracht worden. Die Suspension wurde 30 Minuten bei .350C gerührt, wobei sie durch Zusatz einer konzeotrierten Natriumhydroxydlösung (1On) ständig bei pH 11 gehalten wurde. Die Lösung wurde durch Zentrifugieren bei 1500 xg geklärt. Der erhaltene flüssige Überstand hatte die folgende Zusammensetzung: Trockensubstanz 4,64$
Stickstoffverbindungen 2,71$
400 g der geklärten Lösung wurden bei einer Temperatur von 180C mit einer "Amic on "-Membran des Typs "PM 30w in einer 11AMICON"-Zelle des Typs M402M in Berührung ge bracht. Die Flüssigkeit, die vor der Membran gerührt wurde, stand unter ©inem Stickstoffdruck von 4 kg/cm Die Menge der Rückstandslösung wurde wieder auf 400 g
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eingestellt, indem 500 g Wasser in drei Portionen jeweils auf einmal zugesetzt wurden, nachdem 100 g, 200 g und 200 g Piltrat abgelaufen waren. Die Ultrafiltration wurde fortgesetzt, bis das Konzentrat 1/4 des Volumens der ursprünglichen lösung hatte. Das aufgefangene Permeat hatte die folgende Zusammensetzung: Trockensubstanz 0,7$
Stickstoffverbindungen 0,1#
Das nach beendeter Konzentrierung erhaltene Konzentrat hatte die folgende Zusammensetzung:
Trockensubstanz
Stickstoffverbindungen
1200 g Preßrückstand von Raps, Sorte Primor, der folgenden Zusammensetzung wurden verwendet:
Trockensubstanz (E.S.T.) 9*1*0 Gew.-^ Stickstoffverbindungen (N χ 6,25)37,5 Gew.-% Verhältnis von N χ 6,25/
Trockensubstanz 0,4l
Lipide 0,7 Gew.-#
Dieser Preßrückstand wurde in 12 kg Wasser bei 200C suspendiert. Der pH-Wert wurde mit konzentrierter 10 n-Natriumhydroxydlösung auf 9,0 eingestellt. Die erhaltene Suspension wurde auf Uo°C gebracht und 30 Minuten gerührt. Die Lösung wurde anschließend durch Zentrifugieren bei 1500 χ g geklärt. Der flüssige überstand hatte die folgende Zusammensetzung:
Trockensubstanz (E.S.T) 4,05 Gew.-56
Stickstoffverbindungen (N χ 6,25) 1,78 Gew.-#
Dieses Beispiel zeigt, daß es durch das Verfahren gemäß der Erfindung möglich ist, Ultrafiltrationsrückstände ! von Proteinen der kleinen Saubohne mit einem Verhältnis von E χ 6,25/Trockensubstanz von 0,8 zu erhalten.
Beispiel k
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- Io -
Verhältnis von N χ 6,25/ 0,44 Trockensubstanz
8 kg dieser geklärten Lösung wurden mit einer "AMICON"-Membran des Typs "XM 50" in einer Amicon-Zelle des Typs "Hollow-Fiber" bei einer Temperatur von. 200C in Berührung gebracht. Der Druck, der in die Zelle eintretenden Flüssig keit betrug 1 kg/cm und die Geschwindigkeit der Flüssigkeit an der Membran 1 m/Sekunde. Die Ultrafiltration wurde durchgeführt, bis die Rückstandslösung 1/4 des Volumens der ursprünglichen Lösung ausmachte.
Anschließend wurden dieser Lösung 8 kg Wasser mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der das Permeat abfloss, zugesetzt. Die Rückstandslösung wurde anschließend durch Ultrafiltration konzentriert, bis sie ein Volumen von 1/6 des Volumens der Ausgangslösung hatte. Das insgesamt aufgefangene Permeat hatte die folgende Zusammensetzung:
Trockensubstanz 1*15 Gew.-%
in 12#iger Trichloressigsäure löslicher
Nichtproteinstickstoff 0,0^1 Gew.-%
Der nach beendeter Ultrafiltration erhaltene Rückstand hatte die folgende Zusammensetzung:
Trockensubstanz (E.S.T) 11*4 Gew.-^
Stickstoffverbindungen (N χ 6,25) 8,7 Gew.-^
Dieses Beispiel zeigt, daß es durch Ultrafiltration durch Membranen möglich ist, als Produkte Rapsproteine mit einem Verhältnis von N χ 6, ^/Trockensubstanz von wenigstens 0,76 zu erhalten.
5098U/0779

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zur Gewinnung von gereinigten und konzentrierten Isolaten von.Pflanzenproteinen von Sonnen- I blumenkernen, Raps und kleiner Saubohne, wobei man die in an sich bekannter Weise durch alkalisches Auflösen der betreffenden Pflanze in Form von feingemahlenen Körnern,Mehl oder Preßrückstand erhaltenen lösungen wenigstens einer Ultrafiltration durch eine semipermeable Membran unterwirft und die Rückstandslöung während der Ultrafiltration wäscht, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ultrafiltration fortsetzt, bis der Gehalt an Stickstoffver- ; bindungen (N χ 6,25) in der Rückstandslösung 3 bis 1296 des Gewichts der Rückstandslösung beträgt, der Rückstandslösung unter weiterer Durchführung der Ultrafiltration eine Waschflüssigkeit in einer solchen Menge zusetzt, daß, wenn das Volumen der durch die Membran ! hindurchgetretenen lösung dem Volumen der zugesetzten Flüssigkeit entspricht, die Konzentration an Stickstoffverbindungen (N χ 6,25) in der Flüssigkeit, die nicht durch die Membran hindurchtritt, oder in der Rückstandslösuhg 70 bis 85$ der gesamten Trockensubstanz der Rückstandslösung darstellt, wobei man die vorstehend genannten Stufen bei einer Temperatur zwischen 2° und 300C durchführt, und daß man die Temperatur der gewaschenen Rückstandslöung auf einen Wert zwischen 20° und 600C einstellt und die Ultrafiltra- ·, tion fortsetzt, bis die Konzentration der Stickstoff- ; verbindungen (N χ 6,25) den gewünschten Wert erreicht, j wobei der Durchmesser der Poren der semipermeablen Membran 0,1 bis 30 πω beträgt.
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    2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Waschflüssigkeit Wasser oder eine alkalische Extraktionslösung verwendet, die im wesentlichen den gleichen pH-Wert wie die Rückstandslösung hat.
    5) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das als Waschflüssigkeit verwendete Wasser unmittelbar nach dem Zusammenführen der alkalischen Proteinlösung mit der semipermeablen Membran zusetzt.
    4) Verfahren zur Gewinnung von Proteinisolaten von Sonnenblumenkernen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
    a) einen gemahlenen Sonnenblumenpreßrückstand bei einer Temperatur zwischen 20° und 500C, vorzugsweise bei 400C in einer alkalischen lösung suspendiert, die gegebenenfalls Natriumsulfit enthält, wobei die eingesetzte Menge der alkalischen Lösung das 8- bis 12-fache des Preßrückstandes ausmacht und die Lösung eine solche Alkalität hat, daß das erhaltene Gemisch einen pH-Wert zwischen 8 und 12, vorzugsweise zwischen 10,5 und 11,0 hat,
    b) das in der Stufe (a) erhaltene Gemisch unter
    ■ Rühren 20"bis 60 Minuten, vorzugsweise 30 Minuten auslaugen läßt und anschließend den unlöslichen Rückstand entfernt, wobei eine geklärte alkalische Lösung erhalten wird,
    c) die geklärte alkalische Lösung gegebenenfalls nach einer Filtration anschließend bei einer Temperatur zwischen 2° und 300C mit einer semipermeablen Membran, deren Poren einen Durchmesser zwischen 0,1 und 30 ίου, vorzugsweise zwischen 1 und 20 mu haben, in Berührung bringt, wobei der Druck der
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    in die Ultrafiltrationszelle eintretenden Flüssigkeit zwischen 1 und 50 kg/cm2 liegt,,
    d) die Behandlungsstufe (c) wiederholt, bis der Gehalt an Stickstoffverbindungen (N χ 6,25) im Konzentrat zwischen 3 und 12$, vorzugsweise zwischen 5 und des Gewichts des Konzentrats liegt,
    β) dem Konzentrat unter Fortsetzung der TJltrafiltra- j tion bei einer Temperatur zwischen 2° und 30 C Wasser oder eine alkalische. lösung, die im wesent- ■ liehen den gleichen pH-Wert wie das Konzentrat hat, in einer solchen Menge zusetzt, daß, wenn das VoIu-
    men der durch die Membran hindurchgetretenen ·
    Flüssigkeit dem· zugesetzten Volumen entspricht, j die Konzentration an Stickstoffverbindungen j (N χ 6,25) im Konzentrat 70 bis 85# der gesamten Trockensubstanz beträgt, und
    _ fjj.die Ultrafiltration des Konzentrats bei einer Temperatur zwischen 20° und 600C mit Hilfe der semipermeableη Membran fortsetzt, bis die Stickstoffverbindungen im endgültigen Konzentrat die gewünschte Konzentration haben und insbesondere 85 bis 95# der Gesamttrockensubstanz ausmachen.
    5) Verfahren nach Anspruch '■ 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß man in der Stufe (a) den Sonnenblumenpreßrückstand in einer wässrigen Natriumsulfitlösung suspendiert : und die Suspension in der Stufe (b) mit einer alkali- i sehen Lösung auf einen pH-Wert zwischen 8 und 12, vorzugsweise zwischen 10,5 und 11 einstellt.
    6) Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als alkalische lösung eine Natrium- ' hydroxydlösung einer Konzentration zwischen 0,1 und j g/l oder eine Kaliumhydroxydlösung verwendet.
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    _ ι
    7) Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine semipermeable Membran verwendet, deren Poren einen Durchmesser zwischen 0,1 und 30 mu, vorzugsweise zwischen 1 und 20 mu haben, und die eine Trenngrenze (cut-off) zwischen 2000 und 30000, vorzugsweise zwischen 10000 und 30000 hat. j
    8) Verfahren nach Anspruch 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit an der Membran möglichst hoch ist und beispielsweise etwa 1 m/Sek. beträgt und die in die Ultrafiltrationszelle eintretende lösung unter einem Druck zwischen 1 und 50 kg/cm steht. J
    I 9) Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das endgültige Konzentrat gefriertrocknet oder sprühtrocknet oder zwischen -20° und -800C einfriert oder als solches verwendet.
    IC) Verfahren nach Anspruch 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß man die Pflanzenproetine in ihrer unlöslichea Form durch Ausfällen isoliert, indem man den pH-Wert des endgültigen Konzentrats auf den isoelektrischen pH-Wert der Proteine einstellt, und die- in dieser Weise ausgefällten Proteine wäscht und trocknet.
    11) Gereinigte und konzentrierte Isolate von Proteinen pflanzlichen Ursprungs, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1 bis 9· '
    12) Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 10 gereinigte und konzentrierte Isolate von Proteinen von Sonnenblumenkernen, dadurch gekennzeichnet, daß sie pro 100 g wenigstens 20 g Trockensubstanz, wenigstens 17 g Stickstoffverbindungen und weniger als 3 g Verunreinigungen enthalten.
    509814/0779
    Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 10 hergestellte gereinigte, konzentrierte und getrocknete Isolate von Proteinen von Sonnenblumenkernen, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 95$ Trockensubstanz, wenigstens 8o# Stickstoffverbindungen und weniger als 15$i insbesondere weniger als 5$ Verunreinigungen enthalten.
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