ES2203709T3 - Extraccion en humedo, exenta de alcohol, de pasta de gluten en gliadina y glutenina. - Google Patents
Extraccion en humedo, exenta de alcohol, de pasta de gluten en gliadina y glutenina.Info
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Abstract
SE PROPONE UN METODO SIN ALCOHOL MEJORADO PARA FRACCIONAR GLUTEN EN FRACCIONES DE GLIADINA Y GLUTENINA EN EL QUE SE FORMA UNA DISPERSION ACIDICA DE GLUTEN CON UN AGENTE REDUCTOR (P.EJ; METABISULFITO SODICO) OPERATIVO PARA ROMPER ENLACES DISULFURO EN LA PROTEINA GLUTENICA. A CONTINUACION SE ELEVA EL PH DE LA DISPERSION PARA OCASIONAR LA PRECIPITACION DE LA GLUTENINA DEJANDO LA GLIADINA SUSPENDIDA EN LA DISPERSION. LAS FRACCIONES RESPECTIVAS PUEDEN SER SEPARADAS POR DECANTACION O CENTRIFUGACION. EN UN PROCESADO PREFERIDO, SE REACIDIFICA LA DISPERSION DE FORMA PREVIA A LA SEPARACION A FIN DE ALCANZAR UN MAYOR GRADO DE SEPARACION DE LA GLUTENINA Y LA GLIADINA.
Description
Extracción en húmedo, exenta de alcohol, de pasta
de gluten en gliadina y glutenina.
La presente invención está interesada, en líneas
generales, en un método mejorado para el fraccionamiento del gluten
para producir gliadina y glutenina. Más especialmente, la invención
está relacionada con tal método de fraccionamiento que está,
preferentemente, básicamente libre de alcohol para evitar los
problemas de la recuperación de alcohol y de contaminación
medioambiental, típicos de las actuales técnicas de separación. El
método para esto implica formar, inicialmente, una dispersión de
gluten en un medio acuoso ácido en presencia de un agente reductor
(por ejemplo, metabisulfito de sodio) capaz de romper los enlaces
disulfuro en la proteína del gluten, seguido de elevación del pH de
la dispersión y provocación de la precipitación de la glutenina,
quedando la gliadina suspendida en la dispersión; las fracciones de
glutenina y gliadina pueden, entonces, ser separadas. El uso de
agentes reductores en la dispersión de gluten reduce la viscosidad
de la dispersión y facilita enormemente el fraccionamiento
deseado.
El gluten de trigo puede aislarse fácilmente a
partir de la harina de trigo trabajando, simplemente, la pasta de
harina de trigo en una corriente de agua. La fracción de almidón
suspendible de la harina se elimina por lavado, quedando gluten de
trigo, sustancialmente insoluble en agua, que contiene normalmente,
aproximadamente, un 75% en peso de proteínas, un 8% en peso de
lípidos, y siendo el resto cenizas, fibra y almidón residual. El
gluten de trigo aislado puede separarse entonces en sus componentes
proteínicos primarios, gliadina y glutenina.
La gliadina es una proteína de cadena sencilla
que tiene un peso molecular medio de, aproximadamente,
30.000-40.000, con un pH isoeléctrico de
4,0-5,0. Las proteínas de gliadina son
extremadamente pegajosas cuando están hidratadas y tienen poca, o no
tienen, resistencia a la extensión. La gliadina es responsable de
darle a la pasta de gluten su cohesión característica. La glutenina
es una proteína mayor, de cadena múltiple con un peso molecular
medio de, aproximadamente, 3.000.000, en el intervalo de 100.000 a
varios millones. El pH isoeléctrico de la glutenina es de,
aproximadamente, 6,5-7,0. La glutenina es resistente
a la extensión y es responsable de la elasticidad de la pasta de
gluten.
La gliadina y glutenina son productos de primera
calidad, cuando están disponibles. Se sabe que la gliadina mejora la
estabilidad de congelación-descongelación de la
pasta congelada y también mejora la estabilidad a las microondas.
Este producto se usa, también, como un sustituto completamente
natural de la base de goma de mascar, un aglutinante farmacéutico, y
mejora la textura y sensación en la boca de los productos de pasta
alimentaria y se ha encontrado que mejora los productos cosméticos.
La glutenina se ha usado como un agente fortificante de la pasta
para productos de panadería y ha mostrado potencial en productos de
sustitución de la carne.
La separación del gluten en glutenina y gliadina
se revela, por ejemplo, en el documento
EP-A-357169 o en Curioni et al.
(1990), "Preparative isoelectric focusing of reduced wheat gluten
proteins", Electrophoresis 11, p. 462-467, que
requiere grandes cantidades de alcohol (70% v/v o 50% v/v) para
disolver las subunidades de gluten.
En general, el gluten de trigo se fracciona en
proteínas de gliadina y glutenina solubilizando inicialmente el
gluten en ácido diluido y añadiendo después etanol, hasta que se
consigue una disolución del 70%. La disolución se neutraliza
entonces con una base y se deja reposar en la nevera hasta el día
siguiente. Las gliadinas solubles en etanol se disuelven, mientras
que las gluteninas precipitan. La separación final implica
decantación o centrifugación para proporcionar las fracciones
proteínicas separadas. Aunque los métodos con alcohol del tipo
descrito son efectivos para fraccionar gliadina y glutenina en el
laboratorio, estas técnicas no son prácticas para fabricación
comercial, de volumen elevado. Específicamente, el uso de elevadas
concentraciones de etanol puede ser peligroso debido al riesgo de
potenciales explosiones y, además, puede presentar riesgo
medioambiental. Intentos de usar concentraciones de etanol más
bajas, aunque aparentemente una mejora, presentan, en última
instancia, los mismos problemas que las técnicas convencionales con
elevadas concentraciones de alcohol.
Existe, por lo tanto, una necesidad real e
insatisfecha en la técnica, de un método mejorado de
fraccionamiento del gluten, que proporcione productos de glutenina y
gliadina de alta calidad, sin la necesidad de etanol como disolvente
de separación.
La presente invención supera los problemas
perfilados anteriormente, y proporciona un método de fraccionamiento
del gluten para la separación económica del gluten de trigo en
fracciones de glutenina y gliadina. El método de la invención se
realiza, preferentemente, sin el uso de alcohol (es decir, el gluten
se dispersa y se separa en un medio básicamente libre de alcohol y
que contiene, como máximo, hasta, aproximadamente, un 3% en peso de
alcohol), e implica la preparación de una dispersión ácida de
gluten en presencia de un agente reductor capaz de romper los
enlaces disulfuro de la proteína del gluten. El pH de la dispersión
se ajusta, entonces, cuidadosamente para que la separación eficaz
de gliadina y glutenina pueda conseguirse sin el uso de disolventes
alcohólicos.
Como se ha perfilado ya anteriormente, los
métodos de la técnica anterior requieren, en general, la presencia
de grandes cantidades de alcohol (véase el documento
EP-A-357169; Curioni et al., en el
lugar citado). Otros métodos, que se realizan en soluciones acuosas
ácidas libres de alcohol, no hacen uso, sin embargo, de agentes
reductores (véanse los documentos
US-A-2861061 o
US-A-2861062).
Hablando en términos generales, el método de la
invención implica proporcionar, primero, una cantidad de gluten y
formar una dispersión del gluten en un medio acuoso ácido, a un
primer pH ácido, en presencia de un agente reductor, después de lo
cual el pH de la dispersión se eleva a un segundo nivel por encima
del primer nivel de pH para provocar que la glutenina precipite de
la dispersión mientras queda la gliadina en solución. Acto seguido,
la glutenina y gliadina se separan en respectivas fracciones.
En más detalle, el método de la invención
comprende obtener, primero, pasta bruta de gluten como material
inicial de partida para el procedimiento de fraccionamiento. La
pasta bruta de gluten se obtiene, normalmente, a partir de pasta de
harina de trigo, lavando simplemente la pasta con cantidades
abundantes de agua. La proteína del gluten es, sustancialmente,
insoluble en agua y forma una masa viscoelástica. La pasta bruta de
gluten tiene, en general, un contenido de sólido de,
aproximadamente, 25-35% en peso en base seca.
Ventajosamente, la pasta bruta de gluten debe ser elaborada
recientemente y no debe tener oportunidad de reposar durante un
largo periodo de tiempo (es decir, más de 12 horas) antes de que el
procedimiento de fraccionamiento comience.
La pasta bruta de gluten de trigo debe
dispersarse en un medio acuoso ácido en presencia de un agente
reductor, el último sirve para romper los enlaces disulfuro en la
proteína del gluten. Hablando en términos generales, el contenido
total de sólidos de la dispersión inicial debe estar en el intervalo
de, aproximadamente, el 8-14% en peso, más
preferentemente en el intervalo de, aproximadamente, el
10-11% en peso, en base seca. Para elaborar la
dispersión se usa, preferentemente, agua fría que tenga,
preferentemente, una temperatura inicial de 15-25ºC,
más preferentemente, aproximadamente 18-20ºC. Se
puede usar una amplia variedad de ácidos en la elaboración de la
dispersión de partida. Se usan, preferentemente, ácidos de grado
alimentario, y ácidos seleccionados del grupo que consta de ácido
acético, láctico, cítrico, málico, succínico, fosfórico, fórmico,
fumárico, tartárico, clorhídrico y sulfúrico y sus mezclas
encuentran especial utilidad en la invención. De modo parecido, se
pueden usar varios agentes reductores en la dispersión inicial,
mientras tengan la capacidad de romper los enlaces disulfuro de la
proteína del gluten. Los agentes reductores más preferidos se
seleccionan del grupo que consta de sulfito de sodio, bisulfito de
sodio, metabisulfito de sodio y sus mezclas. El ácido ascórbico
actúa tanto de ácido como de agente reductor; sin embargo, tiende a
decolorar los productos finales de gliadina y glutenina.
La dispersión de partida se prepara, normalmente,
mezclando juntos, primero, el agua, el ácido y el agente reductor
con un mezclado preliminar, seguido de adición de la pasta de
gluten, que se ha hecho, normalmente, de forma escalonada. El
tiempo total requerido para la dispersión del gluten debe estar en
el intervalo de, aproximadamente, 2-30 minutos, más
preferentemente, en el intervalo de, aproximadamente,
5-10 minutos. Como se indicó, el nivel de pH de la
dispersión de partida se controla cuidadosamente. El pH inicial de
la dispersión está, normalmente, en el intervalo de,
aproximadamente, 3,5-4,5, más preferentemente en el
intervalo de, aproximadamente, 3,8-4,3. La cantidad
de agente reductor usada depende de la capacidad del agente
seleccionado para partir los enlaces disulfuro. En líneas generales,
el agente reductor se usa, normalmente, a un nivel en el intervalo
de, aproximadamente, 0,05-0,2% en peso, y más
preferentemente, en el intervalo de, aproximadamente,
0,1-0,15% en peso.
Después que se ha formado la dispersión inicial,
se eleva el pH a un segundo nivel por encima del primer nivel de pH
para provocar que la glutenina precipite de la dispersión mientras
queda la gliadina en solución. Una base acuosa como amoniaco se
añade, en general, a la dispersión de partida para realizar esta
elevación del pH. El segundo nivel de pH debe estar,
preferentemente, en el intervalo de, aproximadamente,
3,6-5,0, y más preferentemente, en el intervalo de,
aproximadamente, 4,3-4,5.
En muchos casos, es deseable volver a acidular la
dispersión para reducir el pH y solubilizar así cualquier resto de
gliadina en el precipitado predominantemente de glutenina. Se
pueden usar de nuevo para este propósito, los ácidos descritos
anteriormente. Tal reacidulación se realiza, en general, para lograr
un pH final de, aproximadamente, 3,5-4,3.
En la etapa final del procedimiento, el
precipitado y las fracciones sobrenadantes se separan, generalmente,
por decantación o centrifugación. Por ejemplo, se puede permitir a
las dispersiones con el pH ajustado, asentarse en la nevera (4ºC)
durante, aproximadamente, 16-24 horas, con lo cual
la capa de gliadina se puede decantar de la masa de glutenina
precipitada. Otras veces se puede realizar centrifugación a
5000-8000 rpm durante 5-10 minutos
para realizar el fraccionamiento. En cualquiera de las dos técnicas,
la grasa y el almidón en exceso se recogen con la capa de glutenina
precipitada. Una vez separada, la capa de glutenina se lava,
normalmente, con una solución de sal al 3-5%, como
carbonato de sodio, para permitir a las proteínas de glutenina
reaglomerarse y para eliminar el almidón en exceso. La fracción de
glutenina puede, entonces, secarse por cualquier método adecuado
como secado por convección, por pulverización o instantáneo. La
fracción líquida de gliadina se seca también, preferentemente, por
cualquier medio adecuado.
La siguiente tabla muestra un análisis inmediato
típico para las fracciones de gluten obtenidas usando las técnicas
de la invención.
| Análisis | Gliadina | Glutenina |
| % de humedad, Estufa | 5 – 7 | 5 - 7 |
| % de proteína, Leco (N 5,7) | 75 min. | 75 min. |
| % de grasa (Hidrólisis ácida) | 2 – 4 | 5 – 9 |
| % de almidón, Hidrólisis enzimática | 2 – 4 | 4 - 9 |
| % de cenizas | 2 – 4 | 2 - 4 |
La fracción de gliadina seca parece ser casi
blanca mientras que la fracción de glutenina es de color marrón
dorado a canela. El contenido de proteína en la glutenina es
ligeramente menor; sin embargo el porcentaje de proteína puede
incrementarse mejorando el lavado para eliminar algo del
almidón.
El uso de un agente reductor según la invención
proporciona varias ventajas. Primero, el agente reductor aumenta la
velocidad de dispersión y reduce eficazmente la viscosidad de la
dispersión de partida en la etapa inicial del procedimiento. En
intentos anteriores de dispersar el gluten en presencia sólo de un
ácido, se requería una mezcladora con elevada agitación para
descomponer el gluten. Esto tiende a formar, sucesivamente, una
dispersión de elevada viscosidad que, en combinación con el
contenido de sólido de la misma, tiende a generar calor y a aumentar
la temperatura de la dispersión. El aumento en la temperatura de la
dispersión hace difícil, si no imposible, la separación de las
fracciones de glutenina y gliadina. Sin embargo, usando un agente
reductor, se elimina este problema potencial.
Segundo, la presencia de un agente reductor es
importante durante la adición de base para elevar el pH de la
dispersión. Sin un agente reductor, la adición de base puede
provocar la formación de una masa espesa que puede, de nuevo,
conducir a elevaciones indeseables de la temperatura como una
consecuencia de mezclado adicional. De este modo, el agente reductor
es un factor importante para mantener temperaturas de dispersión
relativamente bajas, que hacen del fraccionamiento del gluten un
procedimiento práctico. La temperatura máxima de la dispersión
anterior a la etapa de secado debe ser, preferentemente, de no más
de, aproximadamente, 30ºC.
Los siguientes ejemplos muestran técnicas
preferidas de fraccionamiento según la presente invención. Se debe
entender, sin embargo, que estos ejemplos se proporcionan sólo a
modo de ilustración y nada en ellos debe tomarse como una limitación
sobre el alcance global de la invención.
En este ejemplo de laboratorio, a escala, se
fraccionó gluten de trigo para proporcionar gliadina y glutenina.
En la primera etapa del procedimiento, un litro de agua corriente
(20ºC) se situó en un vaso de precipitados de 4000 ml. Se situó en
el agua un homogeneizador-mezclador convencional
(Greerco), con la cabeza grabadora sumergida y a, al menos, 2,5 cm
(1 pulgada) desde el fondo del vaso de precipitados, y con la placa
deflectora ajustada en lo alto del nivel del agua. Se añadieron
entonces 5,8 ml de ácido acético glacial y 0,2 g de metabisulfito de
sodio al agua y se conectó el
homogeneizador-mezclador durante 5 minutos.
En la siguiente etapa, se añadieron al vaso de
precipitados, en porciones pequeñas, 500 g de pasta de gluten húmeda
(30-32% en peso de sólido), mientras el
homogeneizador-mezclador estaba funcionando, siendo
cada porción de gluten de un tamaño de, aproximadamente,
20-30 g. Se continuó el mezclado hasta que no se
observaron porciones sólidas. En este punto, el pH de la mezcla era
de, aproximadamente, 3,8-4,2. Después de esto, se
añadieron a la mezcla 6 ml de amoniaco al 5%, lo que provocó que se
espesara momentáneamente y que después se hiciera menos espesa. El
pH de la mezcla era de, aproximadamente, 4,3-4,5,
causando que la glutenina y algo de la gliadina precipitaran,
permaneciendo una fracción de la gliadina en la fase líquida. La
mezcla se agitó entonces, adicionalmente, con el
homogeneizador-mezclador durante un periodo de
2-3 minutos.
A continuación, se centrifugó una segunda muestra
de la fracción líquida a 3000 rpm durante 2 minutos, y se observó un
líquido opaco amarillento (gliadina) encima de una masa espesa
precipitada (glutenina) en el fondo del tubo de centrífuga. El
contenido de sólido de la fracción líquida fue de, aproximadamente,
2-3% en peso.
Se añadió entonces a la mezcla ácido acético
glacial, para ajustar el pH a, aproximadamente, 4,0, para reducir
el pH desde el punto isoeléctrico de la gliadina y para
solubilizar, de ese modo, el resto de la gliadina del precipitado.
El homogeneizador-mezclador se hizo funcionar,
entonces, durante 2-3 minutos después de la adición
del ácido.
Otra muestra de la fracción líquida se centrifugó
como se describió anteriormente, y se presentaron dos capas; las
fracciones de sólidos de la capa líquida de gliadina fue,
aproximadamente, el 4-5% en peso. En este punto, se
centrifugó todo el resto de la muestra a 8000 rpm durante 5 minutos
(centrífuga Marathon 21K, Fischer Scientific) usando tubos de 85 ml.
Las muestras fraccionadas resultantes de la centrifugación se
situaron en respectivas bandejas de secado y se secaron en una
estufa a 35ºC durante 24-48 horas. Las muestras
secas resultantes se molieron, entonces, en polvo fino de gliadina y
glutenina. En este ejemplo se recuperó, aproximadamente, el
75-90% en peso del contenido total de gliadina.
En este ejemplo de producción a escala, se
situaron 757,5 kg (1670 libras) de pasta de gluten
(30-32% en peso de sólido), en un tanque con equipo
de pesada. Se añadieron 1438,4 litros (380 galones) de agua
corriente (15-25ºC) a un tanque de dispersión junto
con 8,78 litros de ácido acético glacial y 295 g de metabisulfito
de sodio. Se agitó la muestra en el tanque de dispersión durante 5
minutos. Se añadió entonces la pasta de gluten del tanque con
equipo de pesada, al tanque de dispersión, con mezclado, hasta que
la pasta estuvo completamente dispersada. La dispersión tenía un pH
de, aproximadamente, 3,8-4,2.
Se añadieron entonces 9,09 litros de amoniaco al
5% al tanque de dispersión, mezclando durante 2-3
minutos, provocando que la glutenina precipitase. Se tomo una
pequeña muestra de la dispersión y se registró el pH
(4,3-4,5). Se centrifugó entonces la muestra a 3000
rpm durante 2 minutos y apareció una masa precipitada en el fondo
(glutenina) y un líquido opaco encima (gliadina). El líquido tenía
un contenido de sólido de, aproximadamente, el 2-3%
en peso. Se activó entonces el agitador del tanque de dispersión y
se añadió más ácido acético glacial hasta que se ajustó el pH a,
aproximadamente, 4,0. Se continuó mezclando durante otros
2-3 minutos.
Se tomó una segunda muestra de la dispersión y se
centrifugó, dando un contenido de sólido en la capa líquida de
gliadina de, alrededor del, 4-5% en peso.
Se transfirió entonces toda la dispersión a un
tanque de almacenamiento y se pasó a través de un separador de
Westfalia en continuo a un caudal de 26,5-30,3
litros (7-8 galones) por minuto para separar las
fracciones de gliadina y glutenina. La fracción de gliadina se
recogió en un tanque de almacenamiento y entonces o se secó
directamente por pulverización o se concentró por filtración para
aumentar el contenido de sólido a, aproximadamente, el
12-15% en peso, seguido de secado por pulverización.
La etapa intermedia de filtración facilitó el secado por
pulverización y eliminó más ácido acético glacial, dando un producto
final más neutro. La fracción de glutenina se envió a un tanque de
aglomeración, donde se combinó con agua y carbonato de sodio para
transformar la glutenina en una masa espesa. Se prensó entonces la
masa para eliminar el exceso de agua y almidón (a un contenido de
sólido de, aproximadamente, el 35-40% en peso)
seguido de secado instantáneo y triturado usando un molino de
martillos. Se recuperó, aproximadamente, el 75-90%
en peso del contenido total de gliadina.
En este ejemplo de laboratorio, se usó ácido
láctico en lugar de ácido acético, con metabisulfito de sodio como
agente reductor. El procedimiento seguido fue el descrito en el
Ejemplo 1.
En otro ejemplo de producción a escala, se usaron
ácido láctico y metabisulfito de sodio como agentes acidulante y
reductor, respectivamente. El procedimiento usado fue el mismo que
el expuesto en el Ejemplo 2.
Claims (16)
1. Un método para fraccionar gluten de trigo que
comprende las etapas de:
proporcionar una cantidad de gluten de trigo;
formar una dispersión de dicho gluten en un medio
acuoso ácido a un primer pH ácido en presencia de un agente reductor
capaz de romper los enlaces disulfuro en la proteína del gluten;
elevar el pH de dicha dispersión a un segundo
nivel por encima de dicho primer nivel de pH ácido para provocar que
la glutenina precipite de la dispersión mientras queda la gliadina
suspendida en la dispersión; y
separar la glutenina y la gliadina en respectivas
fracciones.
2. El método de la reivindicación 1, teniendo
dicho gluten un contenido de sólido en el intervalo del
25-35% en peso en base seca.
3. El método de la reivindicación 1, que incluye
la etapa de formar dicha dispersión usando agua que tiene una
temperatura inicial en el intervalo de 15-23ºC.
4. El método de la reivindicación 1, que incluye
la etapa de formar dicha dispersión usando un ácido seleccionado del
grupo que consta de ácido acético, láctico, cítrico, málico,
succínico, fosfórico, fórmico, fumárico, tartárico, clorhídrico y
sulfúrico y sus mezclas.
5. El método de la reivindicación 1, en el que
dicho primer pH está en el intervalo de 3,5-4,5.
6. El método de la reivindicación 1, en el que
dicho primer pH está en el intervalo de 3,8-4,3.
7. El método de la reivindicación 1, en el que
dicho agente reductor se selecciona del grupo que consta de sulfito
de sodio, bisulfito de sodio, metabisulfito de sodio y sus
mezclas.
8. El método de la reivindicación 1, en el que
dicho agente reductor está presente en dicha dispersión a un nivel
en el intervalo del 0,05%-0,20% en peso.
9. El método de la reivindicación 1, en el que
dicho segundo pH está en el intervalo de
3,6-5,0.
10. El método de la reivindicación 8, en el que
dicho segundo nivel de pH está en el intervalo de
4,3-4,5.
11. El método de la reivindicación 1, que incluye
la etapa de, antes de dicha etapa de separación, rebajar el pH de
dicha dispersión desde dicho segundo pH a un tercer pH inferior que
dicho segundo nivel.
12. El método de la reivindicación 11, en el que
dicho tercer pH está en el intervalo de 3,8-4,3.
13. El método de la reivindicación 1, en el que
dicha etapa de separación comprende las etapas de centrifugar dicha
dispersión para proporcionar una fracción precipitada y una
fracción sobrenadante, y secar por separado la fracción precipitada
y las fracciones sobrenadantes.
14. El método de la reivindicación 13, que
incluye la etapa de filtrar la fracción sobrenadante y secar,
después, el filtrado por pulverización.
15. El método de la reivindicación 13, que
incluye la etapa de prensar la fracción precipitada para eliminar
humedad de ella y secar, después, instantáneamente la fracción
precipitada prensada.
16. El método de la reivindicación 1, en el que
dicha dispersión está básicamente libre de alcohol.
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