ES2307554T3 - Procedimiento para la obtencion de preparados de proteina con propiedades esencialemente constantes en cuanto a su solubilidad y su funcionalidad dentro de un intervalo ph amplio desde aproximadamente ph3 hasta ph10. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la obtención de preparados de proteína con propiedades funcionales de la técnica de aplicación en gran medida constantes dentro de un intervalo amplio de pH desde aproximadamente pH 3 hasta pH 10 por medio de extracción a partir de un producto de partida que contiene proteína, a saber, leguminosas, cereales o semillas oleaginosas, caracterizado por las siguientes etapas del procedimiento: a) desmenuzamiento del producto de partida y mezcla del producto de partida desmenuzado en un primer disolvente ácido para la obtención de una suspensión ácida, b) separación de la suspensión ácida en el transcurso de una separación sólido - líquido en un refinado I y un extracto I a temperaturas entre 5 y 70ºC, c) adición del refinado I en un disolvente básico para la obtención de una suspensión básica, d) separación de la suspensión básica en el transcurso de una separación sólido - líquido en un refinado II y un extracto II, e) acidificación del extracto II y precipitación de proteínas a partir del extracto II acidulado en forma de quark de proteína, para la obtención de un sobrante líquido, f) separación del sobrante líquido en el transcurso de una separación sólido - líquido para la obtención de un suero con un contenido de proteína de > 80% en sustancia seca, g) mezcla del suelo con un producto retenido, que se obtiene a través de la separación del extracto I utilizando un procedimiento de separación de membrana, en el que están contenidos preparados de proteína con las propiedades deseadas, y el suero se utiliza como líquido de lavar en el marco de una diafiltración, y h) lavado de las proteínas obtenidas en el producto retenido con las propiedades deseadas.
Description
Procedimiento para la obtención de preparados de
proteína con propiedades esencialmente constantes en cuanto a su
solubilidad y su funcionalidad dentro de un intervalo pH amplio
desde aproximadamente pH 3 hasta pH 10.
La invención se refiere a un procedimiento para
la obtención de preparados de proteína con propiedades funcionales
ampliamente constantes dentro de un intervalo pH amplio desde
aproximadamente pH 3 hasta pH 10 por medio de extracción desde un
producto de partida que contiene proteína, a saber, leguminosas,
cereales o semillas oleaginosas. Además, se describe un preparado
de proteína relacionado así como aplicaciones adecuadas para el
mismo.
Las proteínas y los preparados de proteínas se
consideran como materias primas para la industria alimenticia y
para la industria de los piensos y encuentran múltiples aplicaciones
en la química técnica, por ejemplo para la producción de adhesivos,
emulsiones para capas fotográficas o cosméticos, por mencionar
solamente algunas aplicaciones.
La gran importancia de los preparados de
proteína para todos los seres vivos, para productos y sustancias de
toda la cadena alimenticia así como para una pluralidad de productos
y sustancias para aplicaciones técnicas se deriva de las
propiedades funcionales de las proteínas individuales, como por
ejemplo la ligazón de agua y/o de aceite, la capacidad de formación
de espuma, además de la capacidad de dispersión, solubilidad,
propiedad de gelificación, viscosidad, capacidad de emulsión así
como estabilidad térmica.
De acuerdo con el tipo de proteínas, sus
propiedades funcionales se configuran diferentes y se modifican la
mayoría de las veces en función de determinados parámetros, como por
ejemplo en función de la temperatura ambiente o del valor pH. De
acuerdo con los requerimientos técnicos, a través de la selección de
parámetros externos se pueden ajustar de una manera selectiva las
propiedades funcionales de preparados de proteínas, como se deduce,
por ejemplo, a partir del documento DE 197 21 079 A1. Así, por
ejemplo, es posible ajustar la solubilidad, la viscosidad y otras
propiedades funcionales determinadas de la técnica de aplicación a
través de un tratamiento térmico correspondiente.
En la producción industrial o bien en la
obtención de preparados de proteínas, que se basan en proteínas
vegetales, entre las leguminosas tienen la máxima importancia las
semillas de lupino así como cacahuetes, guisantes y habas de soja
como producto de partida, entre todas las demás sustancias vegetales
de partida, puesto que los frutos de cáscara designados como
leguminosas presentan un porcentaje de proteína del 40%
aproximadamente, También las semillas oleaginosas, como por ejemplo
adormidera, sésamo, nuez de coco, almendras, semillas de lino,
colza, girasol, etc. así como cereales como trigo, maíz, centeno,
etc. representan productos de partida para la obtención de
preparados de proteínas, aunque disponen también de un contenido de
proteína un poco más reducido que las leguminosas mencionadas
anteriormente.
Para la obtención de preparados de proteína a
escala industrial, especialmente para la producción de aislados de
proteína, que comprenden un contenido de proteína mayor que 90% en
la sustancia seca, se someten las leguminosas como soja o lupino a
etapas de procedimiento de varias fases.
En primer lugar, se realiza una extracción de
las proteínas contenidas en las sustancias de partida que contienen
proteína con la ayuda de una solución acuosa alcalina, después de
que las sustancias de partida han sido sometidas, dado el caso, a
una extracción previa ácida. A continuación de la extracción
realizada en condiciones alcalinas se lleva a cabo una
precipitación de las proteínas en condiciones ácidas. Las proteínas
precipitadas de esta manera se secan finalmente y están disponibles
para aplicaciones técnicas adecuadas así como también para
aplicaciones relacionadas con la alimentación. Un procedimiento de
producción conocido a este respecto se puede deducir, por ejemplo a
partir del documento DE 198 13 207 C1.
Los preparados de proteína obtenidos con el
procedimiento de producción o bien con el procedimiento de
aislamiento conocido no presentan finalmente, en virtud de los
procedimientos de separación aplicados en su obtención, propiedades
de solubilidad dependientes del valor pH, que presenta un mínimo
característico especialmente con valor pH ácidos, es decir, que con
un valor pH < 7 y especialmente con un valor pH de 4 a 5, los
preparados de proteína obtenidos de esta manera son poco solubles o
bien, en general, no son solubles en agua.
De la misma manera se comportan los preparados
de proteína obtenidos con los procedimientos conocidos en lo que se
refiere a sus propiedades funcionales, por ejemplo con respecto a su
capacidad de emulsión así como su capacidad de formación de espuma.
Así, por ejemplo, los preparados de proteína conocidos en la zona
ácida emulsionan significativamente peor que en la zona neutra o
bien en la zona ligeramente alcalina, es decir, que se empeora
considerablemente la capacidad para estabilizar emulsiones. La
capacidad de emulsión juega un papel significativo especialmente en
la industria alimenticia y en la industria cosmética, por ejemplo
en la producción de postres, salsas, mayonesas o productos
cosméticos como cremas o pomadas y de productos técnicos, como
adhesivos, colas, mezclas de caucho, etc.
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Para muchas aplicaciones, especialmente en el
campo de la producción de productos alimenticios, de la cosmética
así como también en el campo de los productos técnicos, es deseable,
sin embargo, emplear preparados de proteína, cuyas propiedades
funcionales son en gran medida independientes de parámetros como
especialmente valor pH, densidad de iones y/o temperatura. Sin
embargo, tales preparados de proteína no se pueden obtener con los
procedimientos de producción actuales especialmente a gran escala
industrial. Los procedimientos de producción para preparados de
proteína con estos perfiles de propiedades se basan en la
modificación de las proteínas, que es en general muy costosa
técnicamente y que se realiza a continuación de la obtención de la
proteína, como se puede realizar, por ejemplo, a través de la
aplicación de enzimas hidrolíticas.
La invención tiene el cometido de indicar un
procedimiento para la obtención de preparados de proteína, con el
que es posible la producción de preparados de proteína a escala
industrial, cuyas propiedades funcionales técnicas de aplicación,
especialmente con respecto a su capacidad de emulsión y de formación
de espuma, son en gran medida independientes del valor pH en el
intervalo entre pH 3 y pH 10. Además, los preparados de proteína
producidos con el procedimiento de acuerdo con la invención son en
gran medida independientes del valor pH en el intervalo entre pH 3
y pH 10. Además, los preparados de proteína producidos con el
procedimiento de acuerdo con la invención deben presentar
propiedades de solubilidad casi inalteradas en agua también para
temperaturas hasta 100ºC. En particular, los preparados de proteína
deben presentar un espectro de aplicación amplio, de manera que se
pueden emplear en muchos productos relacionados con productos
alimenticios y productos técnicos como también productos
cosméticos.
cosméticos.
La solución del cometido en el que se basa la
invención se indica en la reivindicación 1. Las características
ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes así como
se pueden deducir de la descripción general.
Los productos de partida para el procedimiento
de acuerdo con la invención para la obtención de preparados de
proteína con propiedades funcionales en gran medida constantes
dentro de un intervalo pH amplio desde aproximadamente pH 3 hasta
pH 10 son las leguminosas o semillas oleaginosas que contienen
proteína conocidas en sí. El procedimiento de acuerdo con la
invención se basa en las características contenidas en la parte de
caracterización de la reivindicación 1.
Los preparados de proteínas nuevos producidos
con el procedimiento de acuerdo con la invención presentan un
contenido de proteína entre 60 y 95% en la sustancia seca, con
preferencia entre 85 y 95% en la sustancia seca y disponen de
propiedades funcionales, que no se pueden alcanzar con las técnicas
de procedimientos conocidas hasta ahora: así, por ejemplo, los
nuevos preparados de proteínas disponen de una solubilidad alta así
como de una resolubilidad alta en sistemas acuosos en el intervalo
pH entre 3 y 10. Además, presentan una estabilidad térmica en el
mismo intervalo pH amplio y mantienen su solubilidad también a
temperaturas de hasta 100ºC. En particular, la capacidad de
formación de espuma así como la capacidad de emulsión de los nuevos
preparados de proteína se han mantenido casi constantes sobre el
intervalo pH amplio entre 3 y 10. Por último, presentan un alto
contenido en aminoácidos de azufre, lo que es especialmente
ventajoso por razones de la fisiología de la nutrición así como en
lo que se refiere a la capacidad de modificación química.
El motivo para un comportamiento favorable tan
llamativo en lo que se refiere a sus propiedades funcionales parece
ser el contenido relativamente alto en fracciones de proteína
globulares no precipitables con un peso molecular de
aproximadamente 200.000 D en los preparados de proteína obtenidos
(especialmente a partir de lupino). Hasta ahora no se conocen
posibilidades alternativas para la producción técnica de preparados
de proteína de este tipo.
Las investigaciones analíticas de los preparados
de proteína obtenidos por medio del procedimiento de acuerdo con la
invención, que proceden de leguminosas, especialmente semillas de
lupino, presentan un alto contenido de
gamma-conglutina, que corresponde a una fracción,
que se diferencia claramente de todas las otras fracciones de
proteína con respecto a su composición de aminoácidos así como
también la solubilidad y la solubilidad en función del pH.
Como material de partida para la obtención de
los preparados de proteína son adecuadas con preferencia semillas
de lupino desmenuzadas, es decir, trituradas, floculadas o
granuladas, que proceden con preferencia de lupino pelado, como por
ejemplo L. albus, L. luteus, L. angustifolius, L. mutabilis.
Las semillas de lupino desmenuzadas se pueden desaceitar
opcionalmente en un procedimiento previo, como se deduce, por
ejemplo, a partir de la publicación alemana DE 198 13 207 C1
mencionada anteriormente. De una manera alternativa, como sustancias
de partida son adecuadas también habas de soja, guisantes, cereales
o semillas oleaginosas.
En primer lugar se extraen las semillas de
lupino desmenuzadas y opcionalmente desaceitadas en una extracción
en agua ácida a valores pH entre 3 y 6, sin que tenga lugar ninguna
reacción química entre el disolvente agua y los fragmentos
disueltos de semillas de lupino. La separación propiamente dicha o
bien la separación entre las porciones de sustancia sólida, el
llamado refinado I, y la porción líquida, el extracto I, puede
realizarse aplicando diferentes procedimientos de separación, como
por ejemplo la utilización de decantadores, de separadores o de un
filtro. Para la separación también son adecuadas centrífugas de
tabor que funcionan de forma continua.
El refinado I obtenido en esta separación se
extrae a continuación con agua alcalina con valores pH de 7 a 10 y
se divide a continuación en una nueva separación sólido - líquido en
un extracto II y un refinado II. También en este caso se realiza la
separación con procedimientos de separación conocidos en sí. El
extracto líquido II obtenido ahora en la segunda etapa de
separación es acidulado a través de la adición dosificada de un
ácido a un valor pH entre 3 y 5,5, con lo que se precipita la parte
predominante de las proteínas presentes en el extracto líquido II.
A través de la acidificación se obtiene como precipitado una
proteína precipitada en forma de un quark de proteína así como un
sobrante líquido.
El sobrante obtenido a través de la
precipitación se separa ahora en otra separación sólido - líquido,
por ejemplo utilizando una centrífuga de tambor que trabaja de
forma continua, desde el quark de proteína, con lo que se obtiene
de esta manera suero líquido con un contenido de proteína de 85 a
95% de sustancia seca.
El extracto I líquido se somete inmediatamente a
un procedimiento de separación de membrana, por ejemplo una
ultrafiltración, en el que se obtiene ya como producto retenido, es
decir, aquel componente que es retenido a través de la membrana
empleada en el procedimiento de separación de membrana, el preparado
de proteína con las propiedades funcionales deseadas. Las membranas
empleadas en la ultrafiltración presentan típicamente poros, a
través de los cuales pueden permear partículas hasta 10.000, 20.000
o 50.000 Dalton (D). Los componentes de elevado peso molecular,
como incluso las proteínas deseadas con pesos moleculares de hasta
200.000 D, permanecen de esta manera como producto retenido. Puesto
que a pesar de la ultrafiltración el producto retenido solamente
presenta aproximadamente 50% de contenido de proteína en la
sustancia seca, se puede incrementar la concentración del preparado
de proteína de alto peso molecular en el suero presente como
producto retenido, siendo lavado el producto retenido a través de
la aplicación de una diafiltración. Como líquido de lavar se emplea
el suelo obtenido, que se obtiene a partir del sobrante a través de
separación sólido - líquido, en la realización de la diafiltración.
La utilización del suelo como líquido de lavar proporciona ventanas
en lo que se refiere al presupuesto de agua de todo el
procedimiento, con lo que se puede incrementar la eficiencia o
efectividad técnica. A través del secado, con preferencia secado
por pulverización del producto retenido lavado, eventualmente con
combinación con un tratamiento en lecho turbulento, se puede obtener
la proteína como producto seco con confección adecuada de las
partículas.
El preparado de proteína de alto peso molecular
obtenido en este caso se caracteriza especialmente por su
solubilidad especialmente buena en un intervalo pH muy amplio. Las
porciones líquidas separadas en la diafiltración contienen
esencialmente agua así como componentes de bajo peso molecular como
azúcar, sales, aminoácidos y péptidos, que son desechados en forma
de aguas residuales o se puede preparar posteriormente para la
obtención de sustancias individuales.
El preparado de proteína presenta, además, un
contenido muy alto en aminoácidos de azufre y, por lo tanto, es
especialmente muy adecuado para aplicaciones exigentes desde el
punto de vista de la fisiología de la nutrición, por ejemplo para
una mezcla en la alimentación infantil, en productos para la salud
así como productos para la nutrición clínica. Además, los
preparados de proteína presentan propiedades especialmente buenas
para la formación de espuma, que exceden en el valor del volumen de
espuma hasta tres veces a los productos habituales.
Los preparados de proteína muestran muy buenas
solubilidades en agua sobre el intervalo pH (pH 2 a 12) relevante
para la técnica de aplicación.
Con preferencia, las etapas de extracción y los
procesos de separación sólido - líquido, en los que se emplea con
preferencia agua como disolvente, se realizan a temperaturas entre 5
y 70ºC, en los que son especialmente adecuadas temperaturas de 15 a
60ºC. La adición de agua como disolvente para la extracción se
realiza de tal forma que se obtiene una relación de sustancia
sólida - líquido entre 1:3 a 1:15, estando las relaciones preferidas
entre 1:4 y 1:10.
En principio, se puede realizar la
ultra-filtración a valores pH entre 3,5 y 9, estando
los valores pH preferidos entre 6 y 8. Antes de la realización de
la ultrafiltración se puede pasteurizar con preferencia el suero a
tratar o se puede someter a un tratamiento a alta temperatura. Las
temperaturas típicas en la realización de la ultrafiltración están
entre 10 y 80ºC, con preferencia entre 60 y 80ºC. Las membranas
empleadas en la ultrafiltración presentan, además, aberturas de
membranas selectivas, a través de las cuales pueden permear
partículas con tamaños de moléculas de gasta 100.000 D.
Los preparados de proteínas producidos de esta
manera presentan un contenido de proteína de > 80% en sustancia
seca, con preferencia > 85%. Su contenido de sal está típicamente
entre 3 y 5%. En el caso de una extracción del aceite de la materia
prima, el contenido de grasa de los preparados de proteína
producidos es inferior a 1%, presentando los preparados de proteína
producidos a través de la variante 2 del procedimiento un contenido
de grasa especialmente reducido.
A través de las propiedades funcionales
especialmente favorables, en particular en lo que se refiere a su
solubilidad, termoestabilidad, su capacidad de emulsión así como su
capacidad de formación de espuma como también su capacidad de
gelificación, que se comportan, en general, de forma casi constante
en todo el intervalo pH, los nuevos preparados de proteína de alto
peso molecular son adecuados para una pluralidad de aplicaciones
importantes. Así, por ejemplo, sirven como sustancias aditivas para
los siguientes productos: espumas, geles o sustancias del tipo de
gel, productos alimenticios, bebidas, piensos o productos cosméticos
y productos técnicos como adhesivos, lubricantes pastosos,
pinturas, etc.
A través del empleo de los nuevos preparados de
proteínas se pueden ajustar de una manera selectiva las propiedades
funcionales de los productos individuales, por ejemplo con respecto
a su solubilidad, su capacidad de emulsión, sus estabilidad
térmica, su capacidad de formación de espuma o sus propiedades de
gelificación.
Por último, las nuevas proteínas ofrecen en
virtud de sus altos porcentajes de aminoácidos de azufre la
posibilidad de la derivación, es decir, la conversión en
determinados compuestos de proteínas, que son especialmente
adecuados para fines de aplicación especiales. Esto abre una amplio
espectro para la producción de otros preparados modificados
nuevos.
Claims (10)
1. Procedimiento para la obtención de preparados
de proteína con propiedades funcionales de la técnica de aplicación
en gran medida constantes dentro de un intervalo amplio de pH desde
aproximadamente pH 3 hasta pH 10 por medio de extracción a partir
de un producto de partida que contiene proteína, a saber,
leguminosas, cereales o semillas oleaginosas, caracterizado
por las siguientes etapas del procedimiento:
- a)
- desmenuzamiento del producto de partida y mezcla del producto de partida desmenuzado en un primer disolvente ácido para la obtención de una suspensión ácida,
- b)
- separación de la suspensión ácida en el transcurso de una separación sólido - líquido en un refinado I y un extracto I a temperaturas entre 5 y 70ºC,
- c)
- adición del refinado I en un disolvente básico para la obtención de una suspensión básica,
- d)
- separación de la suspensión básica en el transcurso de una separación sólido - líquido en un refinado II y un extracto II,
- e)
- acidificación del extracto II y precipitación de proteínas a partir del extracto II acidulado en forma de quark de proteína, para la obtención de un sobrante líquido,
- f)
- separación del sobrante líquido en el transcurso de una separación sólido - líquido para la obtención de un suero con un contenido de proteína de > 80% en sustancia seca,
- g)
- mezcla del suelo con un producto retenido, que se obtiene a través de la separación del extracto I utilizando un procedimiento de separación de membrana, en el que están contenidos preparados de proteína con las propiedades deseadas, y el suero se utiliza como líquido de lavar en el marco de una diafiltración, y
- h)
- lavado de las proteínas obtenidas en el producto retenido con las propiedades deseadas.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el producto retenido
obtenido durante el lavado se seca por pulverización.
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la suspensión
ácida presenta un valor pH entre 3 y 5.
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el producto de
partida es semilla de lupino, especialmente L. albus, L. luteus,
L. angustifolius o L. mutabilis.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque como producto de
partida se utilizan lupino triturado, floculado, granulado y/o
pelado u otros tipos de leguminosas o cereales o semillas
oleaginosas.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se desaceita el
producto de partida.
7. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque para el
procedimiento de separación de membrana se emplean membranas de
separación con tamaños de exclusión, que están en el intervalo entre
5000 y 200.000 D.
8. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque como disolvente
se utiliza agua, que es acidulada de acuerdo con el ajuste del
valor pH o se mezcla con sustancias alcalinas.
9. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque las extracciones
se realizan a temperaturas entre 15 y 60ºC, porque en las
extracciones se mantienen relaciones sólido - líquido de 1:4 a
1:10.
10. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque en la
realización del procedimiento de separación de membrana se ajusta
un valor pH entre 6 y 8, y porque se ajusta una temperatura durante
el procedimiento de separación de membrana entre 60 y 80ºC.
Applications Claiming Priority (4)
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| DE10007978 | 2000-02-21 | ||
| DE10007978 | 2000-02-21 | ||
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| DE10021229A DE10021229A1 (de) | 2000-02-21 | 2000-04-29 | Verfahren zur Herstellung von Proteinpräparaten mit weitgehend gleichbleibenden Eigenschaften bezüglich Löslichkeit und Funktionalität innerhalb eines pH-Bereiches von etwa pH 3 bis pH 10 |
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