ES2268079T3

ES2268079T3 - Metodo para la preparacion de fracciones ricas en gliadina y glutenina a partir de gluten en un medio acuoso y en presencia de un acido.

Info

Publication number: ES2268079T3
Application number: ES02767291T
Authority: ES
Inventors: Stefaan Roels
Original assignee: Tate and Lyle Europe NV
Current assignee: Tate and Lyle Europe NV
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2007-03-16
Anticipated expiration: 2022-07-30
Also published as: DK1414310T3; RU2004106796A; US7385037B2; PL204548B1; PL367841A1; CA2456042C; DE60212974T2; UA76480C2; ATE332085T1; EP1414310B1; PT1414310E; EP1414310A1; JP4208712B2; BE1014340A3; WO2003013266A1; CN1541068A; CY1105289T1; AU2002331371B2; US20040198956A1; RU2297774C2

Abstract

Método para la preparación de fracciones ricas en gliadina y glutenina a partir de gluten en un medio acuoso y en presencia de un ácido, caracterizado porque el gluten se dispersa continuamente o no en agua hasta obtenerse una sustancia seca que oscila entre el 5 y el 30% en peso/volumen, en el cual - se controla el pH de la dispersión para que se mantenga entre 4,4 y 4,8 y - la mezcla gluten-agua se somete a un esfuerzo de cizalla, y en el cual se somete la mezcla gluten-agua a un esfuerzo de cizalla de modo tal que el volumen de sedimento de la dispersión de gluten después del fraccionamiento, tal como se determina en el "ensayo de spin", oscile entre el 15 y el 35%, donde la dispersión, continuamente o no, puede fraccionarse en fracciones ricas en gliadina y glutenina, obteniéndose una única fracción rica en gliadina con una proporción gliadina/glutenina de al menos 2,5 y una única fracción rica en glutenina con una proporción gliadina/glutenina inferior a 0,8.

Description

Método para la preparación de fracciones ricas en gliadina y glutenina a partir de gluten en un medio acuoso y en presencia de una ácido.

La presente invención se refiere a un método mejorado para la preparación de fracciones ricas en gliadina y glutenina procedentes de gluten en un medio acuoso y en presencia de un ácido.

En la literatura científica y en diferentes patentes ya se han descrito diversos métodos para la separación del gluten de trigo en fracciones de gliadina y glutenina. También ha sido el objeto de numerosas patentes y de publicaciones científicas la utilización de estas fracciones.

A escala de laboratorio, se han estudiado numerosas técnicas que utilizan distintos disolventes y diversas condiciones para separar las dos fracciones. En el libro "Protéines végétales" (1985), pp. 161-210, Popineau expone un análisis detallado de estas técnicas pero, en la mayoría de los casos, no pueden extrapolarse a escala industrial debido a que en general utilizan disolventes que no están permitidos en la preparación de alimentos y que incluyen un paso de cromatografía preparativa que, aunque es adecuada para su aplicación farmacéutica, es demasiado cara para ser utilizada en la industria alimenticia.

Entre los disolventes permitidos para ser empleados en la preparación de componentes alimenticios, para determinar la capacidad de separación en las fracciones proteínicas se ensayaron mezclas agua-alcohol y soluciones de ácido acético a escala de laboratorio.

En la EP 685 164 se describe un método de extracción en el cual se utiliza una disolución acuosa de etanol con una concentración del 30 al 70% en volumen, una disolución acuosa de alcohol isopropílico o n-propanol con una concentración del 10 al 20% en volumen o una disolución acuosa de acetona con una concentración del 20 al 50% en volumen para preparar una fracción que tenga una concentración de gliadina que asciende al 80% o superior. La extracción puede realizarse mediante una disolución ácida acuosa de etanol que tenga una concentración del 5 al 30% en volumen y también un pH de 3,5 a 5,5, para producir una fracción de gliadina con una concentración del 50% o superior. Entre los ácidos que pueden utilizarse se encuentran los ácidos acético, cítrico, málico, láctico, adípico, fumárico, tartárico, glucónico, fosfórico y fítico.

Debido a que la utilización de disolventes inflamables requiere algunas medidas de seguridad adicionales, se considera ventajoso tener un proceso en el cual no se necesitan estos disolventes. Este proceso es descrito en "Industries Alimentaires et Agricoles" (1974) por C. de Meester, utilizándose disoluciones de ácido acético 0,01M a 0,1M para extraer proteínas del gluten de trigo vital. Después de un período de extracción que oscila entre 1 y 8 horas, los rendimientos finales son del 20-55%. La fracción soluble, la rica en gliadina, se recuperó por precipitación a pH neutro. Debido a que las gliadinas no solubles son muy viscosas, esta técnica no es muy adecuada para la aplicación industrial y en el proceso de recuperación debe evitarse la etapa de precipitación de la proteína. Este método se elaboró a escala de laboratorio, pero no es viable a escala industrial.

En la WO 9710260 se describe otro proceso libre de disolventes. Esta solicitud describe un método para fraccionar el gluten de trigo. De acuerdo con este método, primero se dispersa el gluten de trigo en un medio acuoso ácido a un primer pH ácido en presencia de un agente reductor, para reducir los enlaces disulfuro en la proteína de gluten. Entonces se aumenta el pH de la dispersión a un segundo nivel por encima del citado primer pH, lo que hace precipitar la glutenina mientras que la gliadina queda suspendida en la dispersión y finalmente se separan la glutenina y la gliadina en las respectivas fracciones.

También la EP 992 193 se refiere a un método de extracción acuoso en el cual se utiliza una disolución acuosa a pH inferior o igual a 4,5 y que comprende del 0,1 al 10% en peso/volumen de al menos un ácido orgánico. Entre los ácidos que pueden seleccionarse se mencionan los ácidos cítrico, láctico, málico, acético, pero también el ácido fosfórico y sus sales. Esta solicitud no proporciona más detalles sobre la forma de realizar esta extracción acuosa.

En "Intern. Journal of Food Science & Technology" (1994), pp. 489-502, Bérot y col., se describe un proceso piloto para fraccionar el gluten utilizando soluciones ácidas acuosas. De acuerdo con esta publicación, se mezcla gluten de trigo y una disolución ácida diluida en un mezclador de alto esfuerzo de cizalla durante dos minutos y se agita continuamente durante 30 minutos. La proporción entre el disolvente y el gluten varía entre 7:1 y 16:1 (volumen/peso). La fracción soluble rica en gliadina se separa mediante un decantador centrífugo horizontal Westfalia y se vuelve a mezclar el residuo con agua o con ácido diluido, sometiéndose a un segundo paso de centrifugación. Esto da como resultado una fracción insoluble rica en glutenina y la fracción intermedia. Las características generales de la fracción intermedia no se encontraban lejos de las del gluten de trigo.

Aunque este proceso proporciona una fracción rica en gliadina, es menos atractivo porque la fracción intermedia se obtiene como subproducto. Se considera este subproducto como un importante inconveniente en lo referente al rendimiento.

De igual forma, la puesta en práctica de este proceso es bastante complicada y debe simplificarse, preferentemente sin que se pierdan las propiedades funcionales del material fraccionado.

Aparte de la complicada naturaleza del proceso Bérot, se observa que la fracción intermedia no se puede reprocesar mediante una nueva mezcla con gluten fresco. Efectivamente, se observó que la recirculación de este producto intermedio provocaba una reducción de la pureza y la calidad de las fracciones.

El propósito de la invención consiste en proporcionar un método para preparar fracciones ricas en gliadina y glutenina procedentes del gluten en un medio acuoso y en presencia de un ácido que no presente los inconvenientes anteriormente mencionados.

Este propósito se consigue mediante la provisión de un método para la preparación de fracciones ricas en gliadina y glutenina a partir de gluten en un medio acuoso y en presencia de un ácido en el cual el gluten es o no dispersado continuamente en agua hasta obtener una sustancia seca que oscila entre el 5 y el 30% en peso/volumen, según el cual

- se controla el pH de la dispersión mantenerlo entre 4,4 y 4,8, y

- la mezcla de gluten-agua se somete a esfuerzos de cizalla,

y en cual, la mezcla de gluten-agua se somete a un esfuerzo de cizalla tal que el volumen de sedimento de la dispersión de gluten después del fraccionamiento, determinado según el "ensayo de spin", oscile entre el 15 y el 35%, gracias a lo cual la dispersión, bien continuamente o no, puede fraccionarse en fracciones ricas en gliadina y glutenina, obteniéndose una única fracción rica en gliadina con una proporción gliadina/glutenina de al menos 2,5, y una única fracción rica en glutenina con una proporción gliadina/glutenina inferior a 0,8.

Preferentemente, en un método de acuerdo con la invención, dicho volumen de sedimento oscila entre el 20 y el 30%.

En otro método preferente según la invención, dicho sedimento comprende entre el 48 y el 58% de la sustancia seca presente en la dispersión de gluten.

Todavía con más preferencia, en un método de acuerdo con la invención, dicho sedimento comprende entre el 50 y el 55% de la sustancia seca presente en la dispersión de gluten.

Todavía en otro método preferente según la invención, se controla el pH de la dispersión para que se mantenga entre 4,5 y 4,7.

Preferentemente, en un método según la invención, el gluten puede dispersarse mediante su mezcla con agua, utilizando dispositivos mezcladores, durante un período inferior a 60 minutos a una velocidad de entre 500 y 3.000 rpm.

Con más preferencia, en un método de acuerdo con la invención, el mezclado se lleva a cabo durante un período inferior a 30 minutos.

En un método preferente según la invención, el fraccionado de la dispersión se lleva a cabo mediante dispositivos de centrifugación, por ejemplo en una centrifugadora con centrifugaciones automáticas autodeslodantes o por medio de centrifugadoras de decantación.

En otro método preferente de acuerdo con la invención, la sustancia seca de la dispersión oscila entre el 10 y el 15% en peso/volumen.

En todavía otro método preferente según la invención, como ácido se utiliza ácido fosfórico.

A continuación se describe la invención más detalladamente. El propósito de esta descripción detallada consiste en proporcionar un enfoque más claro de la invención e indicar otras ventajas y detalles de esta invención. Además, se utilizan ejemplos aclaradores. Esta descripción detallada así como los ejemplos aclaradores no se puede interpretar de modo alguno como una restricción del campo de aplicación de la invención o de los derechos de la patente tal como se reivindican en las reivindicaciones.

En esta descripción detallada se hace referencia a las figuras, en las cuales:

- la figura 1 es una representación esquemática de un proceso típico de fraccionamiento según la invención;

- la figura 2 es un esquema de un procedimiento de extracción para separar gliadinas, gluteninas, albúminas y globulinas.

La acidificación puede realizarse con un ácido orgánico o inorgánico. Los ácidos típicos que pueden ser empleados son, aunque no se limitan a, por ejemplo los ácidos acético, cítrico, láctico, succínico, málico, tartárico, fumárico, clorhídrico, sulfúrico y fosfórico. Preferentemente se utiliza ácido fosfórico. El pH de la dispersión se mantiene preferentemente entre 4,5 y 4,7, y en particular a aproximadamente 4,6.

La concentración de gluten en la dispersión oscila entre el 5-30% en peso/volumen, siendo preferentes concentraciones entre el 10 y el 15% en peso/volumen. El gluten de trigo puede dispersarse mediante su mezcla con agua utilizando, por ejemplo, paletas mezcladoras con cuchillas, o con otra configuración, que giren a 500-3.000 rpm durante un tiempo suficiente para obtener una dispersión que pueda separarse en las fracciones de la invención. Los tiempos de mezcla típicos son inferiores a 1 hora, preferentemente inferiores a 30 minutos.

La alimentación mecánica y las condiciones de mezcla deben seleccionarse de modo tal que la dispersión obtenida pueda separarse en una fracción rica en gliadina donde la proporción gliadina/glutenina sea de al menos 2,5 y en una fracción rica en glutenina que presente una proporción gliadina/glutenina inferior a 0,8. En una composición de gluten estándar, las proporciones gliadina/glutenina varían normalmente entre 1 y 1,3. Estas distintas clases de proteínas del trigo se determinan mediante el método analítico que se describe a continuación.

Este método utiliza las distintas características de solubilidad de las clases de proteínas de trigo en distintos disolventes para separar las gliadinas, gluteninas, albúminas y globulinas. La distribución de proteínas en los distintos disolventes es cuantificada mediante análisis Kjeldahl.

- Equipamiento

\bullet: tubos de centrifugación de propileno de 40 ml

\bullet: centrifugadora (capaz de girar a 15.000 g)

\bullet: balanza de laboratorio

\bullet: NaCl 0,5M

\bullet: solución SDS al 1,5%

\bullet: etanol al 95%

\bullet: cámara de incubación a 10ºC

\bullet: aparato Kjeldahl

\bullet: tabletas Kjeldahl

- Método (tal como se muestra en la Figura 2)

Todas las extracciones son de 30 minutos a temperatura ambiente.

\bullet: Pesar una muestra en un tubo de centrifugación-PP de \pm 40 ml.

: Para harina 2 g, para gluten 200 mg, para muestras de proceso la cantidad correspondiente a \pm 150-160 mg de proteína.

\bullet: Añadir 20 ml de NaCl 0,5M. Agitar durante 30 minutos a temperatura ambiente (TA). Después de la extracción, centrifugar a 500 g durante 15 minutos a TA. Decantar cuidadosamente el sobrenadante en un tubo PP limpio. Añadir otros 20 ml de NaCl 0,5M al residuo (precipitado A) y repetir la extracción y centrifugación. Combinar este segundo sobrenadante con el primero y luego centrifugar a 15.000 g durante 15 minutos a TA. El sobrenadante contiene las albúminas y globulinas.

\bullet: Al residuo (precipitado B) se añaden 6 ml de una solución SDS al 1,5%. Se homogeneiza la mezcla y se combina con el precipitado A. La extracción se realiza durante 30 minutos a TA. Se añaden entonces gota a gota 14 ml de etanol absoluto y se agita la mezcla durante otros 30 minutos a TA. Después de la centrifugación a TA durante 15 minutos a 500 g, se obtiene un precipitado y un sobrenadante 3. Se repite este procedimiento completo sobre el precipitado obtenido, lo que produce el precipitado C y el sobrenadante 4.

\bullet: Se combinan los sobrenadantes 3 y 4 en un vaso pequeño y se mantienen en una cámara de incubación a 10ºC durante 60 minutos. Se forma un precipitado fino y se vierte luego esta mezcla en el tubo para centrifugación que contiene el precipitado C. Se traslada inmediatamente la mezcla a la centrifugadora y se centrifuga a 15.000 g durante 15 minutos a 10ºC. Esto produce un sobrenadante que contiene gliadinas y un precipitado que contiene gluteninas.

- Determinación Kjeldahl

: Las soluciones que contienen las albúminas/globulinas y las gliadinas (\pm 40 ml) se trasladan cuantitativamente a unos matraces de destrucción (750 ml). Se añade una tableta, 14 ml de ácido sulfúrico concentrado y 3 gotas de octanol (antiespumante) y se destruyen las muestras. Se transfieren las muestras (aproximadamente 15 ml) a un tubo Kjeldahl y se determina el nitrógeno por medio del método estándar Kjeldahl.

: Se deshidrata por refrigeración la fracción de glutenina y se determina el contenido en nitrógeno como en los productos secos.

: Se registran los resultados como cantidad de proteína encontrada en sus distintas clases y se expresan como porcentaje de proteína recuperada.

Se observa que las fracciones ricas en gliadina y glutenina anteriormente mencionadas pueden obtenerse después de la centrifugación, cuando la alimentación de energía mecánica genera dispersiones que muestran valores específicos de volumen de sedimento tal como se determina mediante el "ensayo de spin".

El "ensayo de spin" utiliza una centrifugadora de laboratorio estándar y tubos de centrifugación de 15 ml, con divisiones graduadas. Entonces se llenan os tubos con 10 ml de la dispersión de gluten. Se centrifugan durante 10 minutos a 1.800 g. A continuación se determina el volumen de sedimento, expresado en % en volumen, mediante la proporción de sedimento en ml y el volumen de los tubos de centrifugación en ml, multiplicado por 100.

Posteriormente, las dispersiones adecuadas se caracterizan por un volumen de sedimento que varía entre el 15 y el 35%, preferentemente entre el 20 y el 30%. El sedimento comprende entre el 48 y el 58%, con más preferencia entre el 50 y el 55%, de la sustancia seca presente en la dispersión de gluten. La sustancia seca de las dispersiones puede oscilar entre el 5 y el 30% de sustancia seca, preferentemente entre el 10 y el 15% de sustancia seca. Si el esfuerzo de cizalla y/o el tiempo de mezcla no son adecuados, entonces no es posible obtener fracciones que correspondan a los valores anteriores.

La separación de la dispersión se lleva a cabo por medios de centrifugación, por ejemplo mediante centrifugadoras autodeslodantes o de decantación. Este equipo de centrifugación se utiliza bajo condiciones óptimas de separación.

Un proceso de fraccionamiento típico según la invención se desarrolla normalmente a una temperatura que oscila entre 10ºC y 40ºC. Según el esquema que se muestra en la Figura 1, el gluten de trigo seco se mezcla con una disolución ácida en un recipiente de mezcla, controlándose continuamente el pH gracias a un pH-stat. La dispersión de gluten así obtenida se somete entonces a una separación centrífuga, gracias a la cual se obtiene una fracción rica en gliadina y una rica en glutenina. La fracción rica en gliadina puede concentrarse en una etapa de concentración por ultrafiltración antes del secado. La fracción rica en gliadina puede así secarse utilizando cualquier método conocido, siendo preferente el secado por pulverización. El permeato puede recircularse y utilizarse en el paso de mezcla. También se seca la fracción rica en glutenina.

Ejemplos Ejemplo 1 Preparación discontinua

Como material inicial se utiliza gluten de trigo seco comercial. En un recipiente que contiene 225 l de agua del grifo y 450 g de ácido fosfórico (al 75%), se añaden 25 kg de gluten de trigo comercial con un tornillo (Katrion) vía un tubo directamente dentro del vórtice del dispersante agitado. El pH se controla constantemente mediante un pH-stat y se mantiene a pH = 4,6. El gluten se dispersa en un período de 10 minutos y se continúa mezclando hasta que se obtenga una dispersión que contenga entre el 45 y el 50% de material en la fase dispersa. Esto corresponde a un valor en el "ensayo de spin" del 27%.

El mezclado se lleva a cabo en un mezclador de alto esfuerzo de cizalla. La dispersión así obtenida es separada por medio de una centrifugadora de decantación (Westfalia CA150), en la cual se realizaron los ajustes para obtener aproximadamente el 45% de sustancia seca en el sobrenadante del decantador.

A continuación se sometió la fracción rica en gliadina a una etapa de secado por pulverización. Esta fracción posee un contenido en proteína del 80%. El contenido en gliadina representa el 68% del contenido total de proteína en comparación con el 45-48% del gluten natural. La proporción gliadina/glutenina era de 3,1.

En la Tabla 1 se compara la composición de las muestras de las fracciones de gluten obtenidas por medio del método de Bérot (que eran muestras que se recibieron de Popineau y Bérot) con las muestras obtenidas mediante el proceso según la invención. Todas las muestras se analizaron con el método descrito anteriormente.

TABLA 1 Composición de las muestras obtenidas según el método de Bérot y Amylum tal como se determinó con el método descrito anteriormente (ensayo a)

Los valores se expresan en % de la fracción total de proteína en las muestras

	Método según Bérot
	Gluten	Gliadina	Intermedio	Glutenina
albúmina/globulina	11,0-13,3	10,5	7,2	6,10
gliadina	45,3-48,7	59,1	39,1	31,0
glutenina	37,0-45,4	30,4	53,7	62,9
proporción gliadina/	1,08-1,28	1,94	0,73	0,49
glutenina

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Método según Amylum
Gluten	Gliadina ABe	Glutenina ABe	Gliadina AFr	Glutenina AFr
11,0-13,3	10,4	8,8	10,4	6,9
45,3-48,7	67,7	35,6	67,9	35,3
37,0-47,4	21,9	55,6	21,6	57,7
1,08-1,28	3,1	0,64	3,13	0,61
ABe: muestras obtenidas de gluten de trigo elaborado en Amylum Bélgica.
AFr: muestras obtenidas de gluten de trigo elaborado en Amylum Francia.

Ejemplo 2 Preparación continua

En un recipiente que contiene 225 l de agua del grifo y 450 g de ácido fosfórico (al 75%), se añaden 25 kg de gluten de trigo comercial con un tornillo (Katrion) vía un tubo directamente dentro del vórtice del dispersante agitado. El pH se controla constantemente con un pH-stat y se mantiene a pH = 4,6. El gluten se dispersa en 10 minutos y se continúa mezclando hasta que se obtenga una dispersión con un valor en el "ensayo de spin" del 25%. Se proporciona el esfuerzo de cizalla necesario para alcanzar este valor en 20 minutos tras el momento en el que se dispersó el gluten.

A continuación se añade constantemente más agua y gluten al vórtice de la dispersión agitada, mientras se controla constantemente el pH y se mantiene a pH = 4,6 mediante la adición de ácido fosfórico. La velocidad de adición es de 20 kg de gluten y 200 l de agua por hora. El sobrante del recipiente se lleva hacia un recipiente tampón agitado de 60 l, que se utiliza para alimentar constantemente el decantador (Westfalia CA150). Las cantidades añadidas corresponden a las cantidades procesadas a través del decantador (velocidad de alimentación 20 l/h; 2.500 rpm; diferencial 10-15). La fracción de gliadina así obtenida tiene un contenido en sustancia seca del 5% y se procesa posteriormente en una etapa de ultrafiltración. Se utiliza el agua del permeato para dispersar el gluten en el primer tanque de agitación. El retentato, que tiene un contenido en sustancia seca del 10% aproximadamente, se seca mediante secado por pulverización.

La fracción rica en glutenina se neutraliza con carbonato de sodio a pH = 7, se lava con agua y luego se seca en un secador anular.

Claims

1. Método para la preparación de fracciones ricas en gliadina y glutenina a partir de gluten en un medio acuoso y en presencia de un ácido, caracterizado porque el gluten se dispersa continuamente o no en agua hasta obtenerse una sustancia seca que oscila entre el 5 y el 30% en peso/volumen, en el cual

\bullet: se controla el pH de la dispersión para que se mantenga entre 4,4 y 4,8 y

\bullet: la mezcla gluten-agua se somete a un esfuerzo de cizalla,

y en el cual se somete la mezcla gluten-agua a un esfuerzo de cizalla de modo tal que el volumen de sedimento de la dispersión de gluten después del fraccionamiento, tal como se determina en el "ensayo de spin", oscile entre el 15 y el 35%, donde la dispersión, continuamente o no, puede fraccionarse en fracciones ricas en gliadina y glutenina, obteniéndose una única fracción rica en gliadina con una proporción gliadina/glutenina de al menos 2,5 y una única fracción rica en glutenina con una proporción gliadina/glutenina inferior a 0,8.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el citado volumen de sedimento oscila entre el 20 y el 30%.

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho sedimento comprende entre el 48 y el 58% de la sustancia seca presente en la dispersión de gluten.

4. Método según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho sedimento comprende entre el 50 y el 55% de la sustancia seca presente en la dispersión de gluten.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el pH de la dispersión se controla para que se mantenga entre 4,5 y 4,7.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el gluten se dispersa mediante su mezcla con agua, utilizando dispositivos de mezcla, durante un período inferior a 60 minutos a una velocidad de entre 500 y 3.000 rpm.

7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque la mezcla se realiza durante un período inferior a 30 minutos.

8. Método según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el fraccionamiento de la dispersión se lleva a cabo con dispositivos de centrifugación, por ejemplo mediante una centrifugadora de centrifugación automática autodeslodante o mediante centrifugadoras de decantación.

9. Método según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la sustancia seca de la dispersión oscila entre el 10 y el 15% en peso/volumen.

10. Método según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque como ácido se utiliza ácido fosfórico.