ES2309211T3 - Procesamiento de semillas oleaginosas. - Google Patents

Abstract

Un proceso para el tratamiento de semillas oleaginosas desengrasadas, que comprende: (a) suspender la semilla oleaginosa desengrasada en agua a un pH de 3-9 para crear una suspensión; (b) separar la suspensión en un primer producto sólido y una primera fracción predominantemente líquida, (c) añadir suficiente compuesto alcalino a la primera fracción predominantemente líquida para incrementar su pH hasta un exceso de pH 9, por medio de lo cual un segundo producto sólido precipita a partir de dicha primera fracción predominantemente líquida, dejando una segunda fracción líquida alcalina, (d) separar dicho segundo producto sólido de la segunda fracción líquida predominantemente alcalina, y (e) añadir agua y una cantidad suficiente de un compuesto ácido a dicho segundo producto sólido para acidular al segundo producto sólido hasta un pH de 1-5, por medio de lo cual una porción de dicho segundo producto sólido se disuelve en el agua para formar un tercer líquido y el resto del segundo producto sólido no se disuelve.

Description

Procesamiento de semillas oleaginosas.

Esta invención se refiere al tratamiento de semillas oleaginosas que han sido machacadas previamente y se ha extraído aceite de ellas. Tales semillas oleaginosas serán llamadas aquí "semillas oleaginosas desengrasadas". Las semillas oleaginosas preferidas para el proceso de la invención son las semillas de soja, canola (también llamadas semillas de colza), semillas de girasol, semillas de algodón, semillas de ajonjolí y semillas de cártamo. Una semilla oleaginosa desengrasada particularmente preferida es la hojuela de canola, comúnmente conocida como hojuela blanca. Otra semilla oleaginosa desengrasada preferida es la harina de soja.

Las semillas oleaginosas contienen típicamente aproximadamente desde 20 por ciento de aceite hasta aproximadamente 40 por ciento de aceite, variando el porcentaje con el tipo de semilla oleaginosa. (Todos los porcentajes dados en este documento son en peso). Se machaca la semilla y se la desengrasa en una forma conocida, como por ejemplo por medio de extracción con un solvente orgánico, seguido por la remoción del solvente. Este proceso conocido remueve todo o la mayor parte del aceite, y deja un material conocido como hojuela de semilla oleaginosa. Opcionalmente, se puede tostar esta hojuela, y el producto de tal tostación es conocido como harina de semilla oleaginosa. Tanto la hojuela como la harina son semillas oleaginosas desengrasadas dentro del alcance de esta invención. Tanto la hojuela como la harina son ricas en proteína. En algunas semillas oleaginosas, particularmente canola, la proteína tiene un buen balance de aminoácidos esenciales, es de bajo peso molecular y no es altamente alergénico para humanos o animales. Algunas semillas oleaginosas desengrasadas también contienen niveles altos de fibra, y la facilidad de removerla varía con el tipo de semilla oleaginosa considerada. Sin embargo, tal proteína y fibra no son muy útiles comercialmente debido a la presencia de factores antinutricionales en la semilla oleaginosa desengrasada. Tales factores incluyen ácido fítico o fitatos (que son típicamente aproximadamente 3 por ciento de hojuela de canola y aproximadamente 1,7 por ciento de harina de soja) y también (en algunas semillas oleaginosas) compuestos polifenólicos. La presencia de estos factores antinutricionales reduce el valor de la semilla oleaginosa desengrasada como suplemento nutri-
cional.

Por lo tanto, es deseable tener un proceso que tratará una semilla oleaginosa desengrasada para obtener una serie de productos de diferente composición, incluido un producto que sea rico en fibra, uno o más productos que sean ricos en proteína, y un producto que sea rico en azúcares.

Se han descrito o desarrollado muchos procesos para reducir los complejos de fitato en la producción de productos de soja. La patente estadounidense No. 5.658.714 (Westfall y colaboradores) enseña un aislado de proteína de soja con reducción significativa del fitato y del aluminio, preparado a través de ultrafiltración. Se prepara harina de soja desengrasada y se ajusta hasta un pH de tal menara que la proteína se vuelva soluble. La proteína solubilizada pasa a través de una membrana de ultracentrifugación, rechazando el aluminio y el fitato. El aislado de proteína de soja es precipitado luego a partir de la corriente clara de permeato ajustando el pH dentro del rango isoeléctrico de proteínas de soja.

La patente estadounidense No. 4.697.004 (Puski y colaboradores) divulga un aislado de proteína de soja de alta calidad con un contenido de aluminio significativamente reducido y sustancialmente libre de complejos fíticos y de fitato preparado por extracción acuosa de semillas de soja en partículas desengrasadas a un pH de 8-10, y una temperatura por encima de 65ºC.

La patente estadounidense No. 3.995.071 (Goodnight Jr. y colaboradores) enseña una proteína de soja que tiene una cantidad reducida de complejos de fitato y de ácido fítico preparada por medio de extracción acuosa de hojuelas de soja desengrasadas, basificación hasta un pH en exceso de 10,1, y remoción de insolubles. Se puede reducir opcionalmente el contenido de minerales y carbohidratos del extracto clarificado por medio de ultrafiltración.

En "Production of Canola Protein Materials by Alkaline Extraction, Precipitation, and Membrane Processing" (Journal of Food Science - 1990), Tzeng y colaboradores enseñan un proceso diseñado para las proteínas de las semillas de colza y de canola que consiste en la extracción de harina libre de aceite a pH 10,5-12,5, precipitación isoeléctrica para recuperar las proteínas y ultrafiltración por medio de diafiltración para concentrar y purificar el resto de proteínas solubles en ácido.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se provee un proceso de tratamiento de semillas oleaginosas desengrasadas de acuerdo con la reivindicación 1. De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se provee una nueva composición de materia de acuerdo con la reivindicación 24.

La semilla oleaginosa desengrasada es sometida a una serie tratamientos secuenciales. Estos serán llamados, para los efectos de la descripción Fases I-IV, aunque se entenderá que cada fase no viene necesariamente inmediatamente una después de la otra, y que las fases III y IV se llevan a cabo sobre diferentes productos intermedios, y que se pueden intercalar o añadir otros tratamientos adicionales si se desea. Además, como se discute más abajo, algunas fases son opcionales.

(a) Fase I del Tratamiento

En la fase I, se suspende una semilla oleaginosa desengrasada sin solvente en agua a un pH de 3-9, con un pH preferido desde pH 7 hasta pH 9. Se mezcla completamente la semilla oleaginosa desengrasada con el agua. La temperatura de la mezcla no es crítica, pero se prefiere que sea a temperatura ambiente o superior. Se prefiere particularmente calentar algo la mezcla, hasta una temperatura de 50ºC-95ºC ya que esto incrementa la solubilidad de algunos componentes de la semilla oleaginosa desengrasada. Convenientemente, el calentamiento se puede hacer precalentando el agua y luego añadiéndola a la semilla oleaginosa desengrasada. Se agita la mezcla para garantizar un mezclado total. El período de agitación no es crítico, y son adecuados períodos por ejemplo de 5 minutos hasta 2 horas. Después de esto, se filtra la suspensión para separar la mayor parte del material sólido del líquido. Convenientemente, esto se puede hacer por presión, por ejemplo en una prensa de correa, seguido si se desea por filtración adicional del líquido separado ("despulpado") para remover más sólidos. La filtración genera un extracto líquido y un residuo sólido (conocido como "torta prensada"). Tanto la presión como el despulpado se pueden llevar a cabo en múltiples etapas si se desea para incrementar la separación líquido-sólido.

Preferiblemente, la maquinaria utilizada para filtración permite el paso de pequeñas partículas de sólido de la porción no descascarada de la semilla (conocida como "carnes de célula") al extracto. Estas carnes de célula son ricas en proteína. Sin embargo, la maquinaria no debe tener aberturas mayores que permitan el paso de la mayor parte de la semilla descascarada y de otros sólidos ricos en fibra que están presentes en la semilla oleaginosa desengrasada. Las aberturas más pequeñas son usualmente los filtros en la etapa de despulpación. Los filtros con aberturas de 25 micrones son los más pequeños preferiblemente utilizados, y los filtros que tienen aberturas de 2.500 micrones son los más grandes preferiblemente utilizados. Los filtros particularmente preferidos son los filtros que tienen aberturas de 50 micrones hasta filtros que tienen aberturas de 500 micrones. Debido a que las semillas oleaginosas desengrasadas algunas veces tienen partículas de carne de célula que tienen dimensiones mayores aproximadamente hasta de 75 micrones, el rango más preferido de filtros es de los que tienen aberturas desde 100 micrones hasta filtros que tienen aberturas de 250 micrones. Estos filtros más preferidos permitirán que estas partículas de carne de célula pasen al extracto. Los sólidos que son retenidos durante la etapa de despulpación se añaden a los sólidos retenidos durante la etapa de prensado. Esta combinación se llama "torta prensada" en este documento.

La torta prensada tiene típicamente aproximadamente de 30 a 50% en peso de la materia seca en la semilla desengrasada original, aunque esta cantidad puede variar dependiendo del tipo de semilla oleaginosa utilizada y del medio utilizado para separarla del extracto. Se la seca en forma conveniente, por ejemplo por medio de "secado anular" o "secado por atomización" para producir un material sólido que es adecuado como pienso para rumiantes (llamado aquí producto de Fase 1). El producto de Fase 1 tiene una cantidad apreciable de proteína (aproximadamente 20-40% de proteína con base en la materia seca cuando el material de partida es hojuela de canola), y contiene también la mayoría de los compuestos polifenólicos y algo del ácido fítico que estaba en la semilla oleaginosa desengrasada original.

(b) Fase II del Tratamiento

El extracto de la Fase I del tratamiento (que contiene preferiblemente pequeñas partículas de carne de célula) es tratado con material alcalino (llamado aquí Fase II del tratamiento) para ajustar el pH hasta un pH superior a pH 9. El pH preferido es 10,5-11,5.

El tratamiento con material alcalino ayuda a solubilizar algo de la proteína contenida dentro de los fragmentos de la carne de célula en el extracto recubierto de la fase I del tratamiento. Además, el material alcalino seleccionado puede ser uno que formará cristales insolubles de fitato que son fáciles de precipitar. Por ejemplo, si el material alcalino es óxido de calcio (CaO) o hidróxido de calcio (Ca(OH)_{2}), entonces el ácido fítico reaccionará para formar fitato de calcio, que es insoluble y forma cristales grandes que precipitan fácilmente del filtrado a un pH aproximadamente por encima e pH 10, y pueden por lo tanto ser separados fácilmente de la fase líquida del extracto, siempre que se utilice un pH de al menos 10. En forma similar, otros materiales alcalinos con átomos de metal divalente tienden a formar fitatos cristalinos grandes y fáciles de remover a pH aproximadamente por encima de 10, y tales materiales alcalinos se pueden utilizar si no existe alguna objeción (como por ejemplo el hecho de ser venenosos). El hidróxido de sodio es menos preferido como material alcalino, debido a que los cristales de fitato que forma (fitato de sodio) tienden a ser más pequeños y menos densos que aquellos de fitato de calcio, y son por lo tanto menos fáciles de separar.

Convenientemente, el tratamiento comienza con la adición de CaO o Ca(OH)_{2} hasta alcanzar un pH de aproximadamente 11. El ajuste del pH se hace típicamente con el extracto a temperatura ambiente. Se precipita luego el fitato de calcio del líquido. Opcionalmente, se calienta luego el líquido hasta aproximadamente 40-60º y se agita. El tratamiento con material alcalino (Fase II del tratamiento) puede durar el tiempo necesario adecuado para precipitar la mayoría de los fitatos presentes. Si se desea sacar algo de los fitatos que están en las pequeñas partículas sólidas de carne de semilla, se puede requerir más tiempo que el normal. Por lo tanto, aunque la duración de la Fase II del tratamiento no es crítica, se encontró útil una duración de 5 minutos a 2 horas.

El límite superior preferido de pH en la Fase II de tratamiento es pH 12. Se pueden obtener buenos resultados sin el uso de un pH más alto que este, y un pH más alto incrementa la probabilidad de reacciones secundarias que podrían dañar la proteína en el líquido tratado. Sin embargo, se puede utilizar un pH más alto donde se puede tolerar el riesgo de reacciones secundarias.

Los sólidos en el extracto después del ajuste del pH (llamados aquí sólidos de Fase II) son removidos del líquido restante. Se puede utilizar cualquier proceso adecuado tal como filtración o centrifugación para separar los sólidos. El sólido de la Fase II está altamente enriquecido en fitato. Si, según la preferencia, el material alcalino utilizado para la Fase II del tratamiento fue CaO o Ca(OH)_{2}, entonces el fitato será fitato de calcio. El sólido de la Fase II es un nuevo material que tiene al menos 5% de fitato, y preferiblemente al menos 10% de fitato, junto con una cantidad sustancial de proteína y alguna otra materia, tal como fibra. En el caso de sólido de la Fase II derivado de la hojuela de canola, el sólido de la Fase II tiene típicamente por encima del 10% de fitato y aproximadamente 35-50% de proteína. El sólido en Fase II puede reaccionar adicionalmente como se expone más abajo en la Fase III para producir productos adicionales.

Después de la remoción del sólido de la Fase III, lo que permanece es un líquido alcalino, llamado aquí "líquido de la Fase II".

(c) Fase III del Tratamiento

La Fase III es un proceso para el tratamiento del sólido de la Fase III.

El sólido de la Fase II reacciona con un ácido adecuado (por ejemplo HCl) para reducir el pH aproximadamente hasta 1-5, preferiblemente 2-4. Esto será llamado aquí "Fase III del tratamiento", y es una parte del proceso de la invención. El tratamiento con ácido sirve para solubilizar al fitato y al ácido fítico en el sólido de la Fase II. Esto produce una fase líquida que contiene fitato (líquido de la Fase III) y una fase solida (sólido de la Fase III). Estos pueden ser separados en cualquier forma conveniente, tal como por medio de centrifugación o de filtración.

Opcionalmente, el líquido de la Fase III puede ser tratado con una preparación enzimática que contiene fitasa ya sea antes o después de la separación del líquido de la Fase III y del sólido de la Fase III. La fitasa puede hidrolizar todo o parte del fitato en el líquido de la Fase III para producir inositol, un producto alimenticio valioso.

Después de la separación del líquido de la Fase III, se seca el sólido de la Fase III. Después del secado del sólido de la Fase III contiene aproximadamente por debajo del 50% de proteína (la cantidad precisa dependerá del material de partida de la semilla oleaginosa desengrasada) y también contiene algo de fibra (la cantidad de la cual dependerá también del material de partida de la semilla oleaginosa desengrasada). Para la harina de canola, el contenido de proteína está usualmente en el rango de 40-50%. El sólido de la Fase III es un producto que puede ser utilizado convenientemente como pienso para animales o como un producto alimenticio para humanos. Opcionalmente, puede ser combinado con una fuente rica en proteína (como por ejemplo, otros productos producidos durante la fase IV, discutida más abajo), para incrementar su valor como pienso o como producto alimenticio.

(d) Fase IV del Tratamiento

La Fase IV es un tratamiento opcional para el líquido de la Fase II.

La fracción líquida de la fase II del tratamiento es rica en proteínas, y puede ser tratada para la recuperación de las proteínas. Se pueden utilizar varios procesos opcionales. Un proceso adecuado es la ultrafiltración, para permitir que los compuestos de bajo peso molecular escapen a través del filtro mientras se retiene la proteína. Otro proceso adecuado es la precipitación de las proteínas. Los métodos preferidos de precipitación de la proteína es la coagulación inducida por calor, por medio del calentamiento de la fase líquida hasta una temperatura de 70ºC-120ºC, preferiblemente de 90ºC-110ºC, durante un tiempo lo suficientemente corto para que los aminoácidos constituyentes de las proteínas no se destruyan (por ejemplo aproximadamente durante 5 minutos a 95ºC), o precipitación isoeléctrica a través de la adición gradual de ácido diluido hasta que el pH del líquido se aproxime al pH isoeléctrico de las proteínas principales en el líquido, como se conoce en el estado del arte para la remoción de proteínas de la solución. Si se precipitan las proteínas, se prefiere incluso utilizar una etapa de ultrafiltración después de la precipitación, con el fin de remover cualquier resto de proteínas solubles que no hubieran precipitado.

A la proteína precipitada se le elimina luego el agua en una forma conocida (como por medio de filtración o centrifugación), y se la seca (como por medio de secadores anulares o secadores por atomización) para producir un nuevo concentrado altamente proteínico de alto valor (producto 1 de la fase IV), que contiene típicamente más de un 80% de proteína, menos del 1% de fitato y que tiene un Índice de Dispersabilidad de la Proteína de menos del 5%. Como se utiliza en esta descripción y en las reivindicaciones anexas, el Índice de Dispersabilidad de la Proteína se calcula de acuerdo con el Método Oficial de la AOCS (American Oil Chemists Society) Ba 10-65, según la revisión de 1999. El método proporciona una medida de la proteína dispersable en agua como un porcentaje de la proteína total.

El producto 1 de la Fase IV es útil como pienso para animales o como alimento para humanos, o se puede combinar con otros piensos o alimentos para incrementar su contenido proteínico.

Después de que ha precipitado la proteína, se somete preferiblemente a ultrafiltración al líquido restante, como por ejemplo forzándolo contra una membrana de tamiz molecular. El material retentato que es retenido por tal filtración es un líquido espeso, y puede ser retenido como un líquido o puede ser secado por medio de cualquier método convencional para formar un nuevo producto sólido (Producto 2 de la Fase IV). También es rico en proteína. La concentración de proteína del producto 2 de la Fase IV varía dependiendo del tamaño de los filtros de tamiz molecular utilizados y del número de pasos hechos a través de tales filtros, y puede ser de 50-100% de proteína, pero contendrá menos del 1% de fitato y tiene un Índice de Proteína (como se definió anteriormente) superior al 40%. El producto 2 de la Fase IV es utilizable como pienso para animales o como alimento para humanos. También es utilizado como un ingrediente para lociones para la piel o cosméticos.

El líquido restante (llamado aquí como producto 3 de la Fase IV) es pobre en proteína y alto en azúcares. Es adecuado como materia prima para fermentación etanólica, o puede ser secado por cualquier medio convencional para recuperar los azúcares. En una modalidad particularmente preferida, el producto 3 de la Fase IV es nanofiltrado y se recupera el retentato como el producto 4 de la Fase IV. El líquido que pasa a través de la nanofiltración es principalmente agua, con algunos minerales. Puede ser descartado, o puede ser reciclado a la Fase 1, con la adición de agua de relleno, para ser el agua que es añadida a la semilla oleaginosa desengrasada en la Fase 1. El retentato (producto 4 de la Fase IV) tiene la mayoría de los azúcares y proteína residual que estaban presentes en el producto 3 de la Fase IV, pero están más concentrados y con menos impurezas. El producto 4 de la Fase IV puede ser secado o retenido como líquido. Es un buen extracto de fermentación, y puede ser utilizado como un ingrediente para pienso para animales o producto alimenticio para humanos.

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Dibujos

Se describirá la invención adicionalmente con respecto a los dibujos en los cuales:

La Figura 1 es un diagrama de flujo de un proceso para el tratamiento de semillas oleaginosas desengrasadas de acuerdo con la invención. Corresponde a la llamada Fase I del tratamiento en la descripción.

La Figura 2 es un diagrama de flujo de un proceso para el tratamiento del líquido obtenido por medio del proceso de la Figura 1. Corresponde a la llamada Fase II del tratamiento en la descripción.

La Figura 3 es un diagrama de flujo de un proceso adicional opcional para el tratamiento del producto sólido de la Figura 2. Corresponde a la llamada Fase III del tratamiento en la descripción.

La Figura 4 es un diagrama de flujo de un proceso adicional opcional para el tratamiento del producto líquido obtenido por medio del proceso de la Figura 2. Corresponde a la llamada Fase IV del tratamiento en la descripción.

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Descripción detallada

Se describirá ahora la invención adicionalmente haciendo referencia a los dibujos y con referencia a los ejemplos que muestran el tratamiento de una hojuela de canola desengrasada típica. La descripción se relaciona con las modalidades actualmente preferidas de la invención, y con las modificaciones que pueden hacerse sin apartarse del alcance de la invención.

Con referencia primero a la Figura 1, se mezcla la semilla oleaginosa desengrasada sin solvente 10 con agua 11 y se recicla opcionalmente el agua 501 de una etapa posterior del proceso (Figura 4) en un recipiente de reacción 14 para elaborar una suspensión. Preferiblemente se precalienta el agua antes de añadirla al recipiente 14. Si es necesario, se ajusta el pH por medio de la adición de un material ácido (mostrado como ácido 12) o un material alcalino (mostrado como óxido de calcio 13) hasta un pH de 3-9. Se agita a suspensión (mostrada esquemáticamente por la presencia del agitador 15) y se la calienta opcionalmente (mostrado esquemáticamente por la presencia de una espiral de calentamiento 16).

Después de mezclar completamente el agua y la semilla oleaginosa, se retira la suspensión resultante por la línea 111 y luego se comprime en una prensa de correa 17, que es mostrada esquemáticamente incluyendo dos correas 112 y 113 que corren sobre rodillos 114 y 115 respectivamente. Las correas están orientadas de tal manera que gradualmente se aproximen entre sí en la medida en que la mezcla pasa a través suyo de derecha a izquierda en la Figura 1. Se exprime el extracto de la mezcla como se muestra esquemáticamente en 116 para recolectar en 140 en un recipiente adecuado. Se extruye una torta sólida prensada 120 húmeda del espacio entre los rodillos 121 entre las correas. Se puede mezclar la torta prensada 120 con agua adicional 117 y se la retorna a la prensa para presión adicional como se muestra en 130. Cuando se ha hecho suficiente presión, se dirige el extracto 140 a través de la línea 141 hasta un despulpador mecánico, mostrado esquemático en 118. El despulpador tiene un filtro 119 sobre el cual se depositan los sólidos (conocidos como "pulpa"). Los sólidos provenientes de presión y despulpación son enviados preferiblemente (como se muestra por las líneas 131 y 132 respectivamente) para separación del agua y secado en un secador de anillos 135 para producir un producto sólido 100 (producto de la Fase I), que puede ser utilizado como pienso animal para rumiantes. Se recolecta el extracto restante 150 después de la despulpación. Si se desea, se lleva a cabo varias veces la despulpación, como se muestra por medio de la línea de reciclaje 122, antes de recoger el extracto 150.

Con referencia ahora a la Figura 2, se mezcla el extracto 150 con material alcalino 20 (por ejemplo óxido de calcio) hasta alcanzar un pH por encima de pH 9 (preferiblemente pH 10,5-11,5), y se calienta en un recipiente de reacción 21 con agitación (como se muestra esquemáticamente en 22) y calentando (como se muestra esquemáticamente por medio de la espiral de calentamiento 23). La línea 24 retira cantidades adecuadas de la mezcla para colocarlas en los portatubos 25 de una centrífuga portatubos generalmente mostrada como 26. Se separan los componentes líquido y sólido por medio de centrifugación. Se recupera un sólido 200 (sólido de Fase II). También se recupera un líquido 201 (líquido de la Fase II).

Con referencia ahora a la Figura 3, se mezcla un sólido 200 con ácido 30 y se calienta en un recipiente de reacción 31 como se muestra esquemáticamente por medio de las espirales de calentamiento 32. Se agita la mezcla, como se muestra esquemáticamente por medio del agitador 33. Opcionalmente, se añade fitasa 34 y se continúa la agitación. Se retira luego la mezcla, por medio de la línea 35, hasta una centrifuga, generalmente mostrada como 36, donde es colocada en el portatubos 37 de la centrífuga. La mezcla es luego centrifugada hasta que se separa en un líquido 38 y un sólido 39. Se remueve el sólido 39 y se lo seca si es necesario por medio de un secador anular 315 para formar un producto sólido 300 que es útil como un pienso para animal o ingrediente para pienso. El líquido 38 es retirado como en 310 hasta un recipiente 311. Si se ha añadido la fitasa 34 en el recipiente 31, este líquido 38 es rico en inositol. Si no se ha añadido la fitasa 34, entonces el líquido es rico en fitato y puedes ser tratado con fitasa por medio de la adición de la fitasa al recipiente 311 como en 312. En cualquier caso, se obtiene un producto 301 que es un líquido rico en inositol. Esto es mostrado en el dibujo cuando es retirado por medio de la línea 315 hasta el contenedor 316.

Con referencia ahora a la Figura 4, se trata al líquido 201 para precipitar proteínas calentándolo en un recipiente de reacción 401 (como se muestra esquemáticamente por medio del suministro de un calentador 402) o por medio de la adición lenta de ácido 403, resultando en un grumo 404 sobre la superficie del líquido. Los contenidos del recipiente 401 son luego filtrados o centrifugados para separar el grumo 404 como se muestra esquemáticamente por medio del recipiente de filtración 405, donde el grupo permanece sobre el filtro como un concentrado de proteína sólida 406. Se seca el sólido 406 si se desea como se indica esquemáticamente por medio del secador anular 420 para rendir el producto 4001 (producto 1 de la Fase IV). El líquido 407 que pasa a través del filtro es sometido a ultrafiltración como se muestra esquemáticamente en 408 y el retentato 409 de tal ultrafiltración es extraído para convertirse en el producto 4002 (producto 2 de la Fase IV). El retentato 409 es extraído como un líquido espeso, pero puede ser secado hasta convertirse en un sólido si se desea (no mostrado). El producto 4002 es un producto altamente proteico que puede ser utilizado como alimento humano o animal o como un ingrediente para cosméticos y productos terapéuticos. El líquido restante 410 después de la ultrafiltración es alto en azúcares. Puede ser recuperado directamente como se muestra por medio de la línea punteada 411 hasta convertirse en el producto 4003 (producto 3 de la Fase IV) que puede ser utilizado adicionalmente como extracto de fermentación. Alternativamente, se puede someter el líquido 410 a nanofiltración en 412, a fin de que los azucares se concentren como retentato 413, que es pasado a un recipiente de recolección para convertirse en el producto 4004 (producto 4 de la Fase IV) como se muestra por medio de la línea punteada
415.

La nanofiltración no es necesaria, pero sirve para suministrar el producto 4004 que está en forma más concentrada que el producto 4003, con menos contaminación de minerales. Si se lleva a cabo la nanofiltración, el líquido 500 que pasa a través de los filtros comprende principalmente agua y minerales. Puede ser reciclado para formar parte del agua que ingresa al recipiente 14 en la Figura 1 o descartado, o se puede recuperar su contenido mineral.

Se ilustrará ahora la invención por medio de ejemplos que muestran el tratamiento de acuerdo con una forma preferida de la invención de una harina de canola desengrasada.

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Ejemplo 1 Separación Inicial de Líquido Rico en Proteína y Pienso para Rumiantes (Fase I del Tratamiento)

Se obtuvieron 25 kg de hojuela blanca de canola extraída del aceite cargados de hexano a partir de una trituradora comercial de semillas oleaginosas en Saskatchewan, Canadá. Se permitió que se evaporara el hexano del material a temperatura ambiente hasta que no pudiera ser detectado el hexano por un detector de solvente para producir una hojuela blanca sin solvente. La hojuela blanca sin solvente fue molida con un rodillo para romper los grandes aglomerados y produjo un material de partida consistente para extracción. Se lo mezcló entonces con 75 kg de agua que había sido precalentada hasta 50ºC y se añadieron 1,7 L de una suspensión al 10% de CaO a la mezcla. Se mezcló el material en un mezclador de banda hasta que se obtuvo una consistencia uniforme. Se analizó el pH de la mezcla y se encontró que era de 8,0. Se mezcló entonces el material durante 10 minutos en el mezclador de banda.

Se pasó luego el material a través de una prensa de correa de flujo continuo (Frontier Technology Inc.). La prensa de correa comprimió el material entre dos correas monofilamento de polipropileno que pasaron sobre una serie de rodillos que fueron acercados gradualmente por medio de una serie de rodillos en la medida en que el material progresa a través de la prensa. La porosidad de la correa fue configurada para permitir un paso de aire con una velocidad de 0,17 metros cúbicos por segundo. El material fue alimentado manualmente dentro de la tolva de la prensa para proveer un flujo uniforme de material entre las correas. Se separó el material en un "extracto" líquido (llamado aquí líquido de la Fase 1) y una "torta prensada" residual (llamada aquí sólido de la Fase 1) por paso completo a través de la prensa. Se pasó entonces el líquido de la Fase 1 a través de un despulpador mecánico con aberturas de 150 micrones. Esta etapa de despulpación generó un extracto adicional que pasó a través de la malla y un extracto residual de pulpa. El procedimiento de despulpado sirvió para remover la mayoría de los fragmentos de cáscaras del extracto. Se añadió nuevamente la pulpa a la torta prensada (sólido de la Fase 1) y se añadieron los extractos del despulpado al líquido de la Fase 1.

En una etapa opcional, se trató adicionalmente el sólido de la Fase 1 (torta prensada). Se mezcló la torta prensada con 27 L de agua a 50ºC en un mezclador de banda hasta que se obtuvo una consistencia uniforme. Se pasó este material a través de la prensa de correa como se describió previamente para generar un extracto adicional y una torta prensada. Se despulpó el extracto como se describió anteriormente. Se añadió la pulpa a la torta prensada y se añadió el líquido despulpado al líquido de la Fase 1.

La torta prensada de la segunda pasada a través de la prensa de correa fue mezclada con 23 L de agua a 50ºC en un mezclador de banda hasta que se obtuvo una consistencia uniforme. Este material fue pasado a través de la prensa de correa como se describió previamente para generar un extracto adicional y una torta prensada. Se despulpó el extracto como se describió previamente y se añadió la pulpa a la torta prensada final (sólido de la Fase 1). Se analizó la torta prensada final por la proteína y la materia seca, y se dan los resultados en la Tabla 1 más abajo. Se añadió el extracto al líquido de la Fase 1.

Aunque se prefieren pasos repetidos a través de la prensa y la despulpadora produce una mejor separación, la invención contempla un solo paso si se desea, y el resultado de una sola pasada sería entonces el producto de la Fase 1. En la tabla, el líquido de la Fase 1 y el sólido de la Fase 1 descritos son los productos de tres pasadas a través de cada una de las prensas y el despulpador. Estos productos fueron utilizados en los siguientes ejemplos.

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Ejemplo 2 Concentración de Fitatos en el Sólido (Fase II del Tratamiento)

Se colocó el extracto despulpado de las tres pasadas a través de la prensa de correa (líquido de la Fase 1) en una marmita de vapor de 100 L y se añadieron 1,7 L de una suspensión al 10% de CaO al extracto. Durante la fase de extracción la temperatura del extracto había caído hasta temperatura ambiente. El pH del extracto a temperatura ambiente después de la adición de CaO fue de 11,0. Se inició el flujo de vapor a la marmita hasta que la temperatura el extracto se incrementó hasta 50ºC. Se mantuvo el extracto a 50ºC con agitación constante en la marmita durante un período de 30 minutos.

Se centrifugó luego el extracto a 5000 veces la gravedad durante 2 minutos en una centrífuga de portatubos basculante. Se vertió el sobrenadante y se lo recolectó (líquido de la Fase 2). Se resuspendió el precipitado sólido de la centrífuga en un volumen igual de agua (temperatura ambiente)n y se centrifugó nuevamente a 5.000 veces la gravedad durante 2 minutos para lavar el material soluble residual asociado con el precipitado. Se combinó el precipitado final (sólido de la Fase II) y se analizó la proteína, la materia seca y el ácido fítico. Se encontró que la materia seca contenía 14,9% de ácido fítico y 45,17% de proteína.

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Ejemplo 3 Desfitinización de Sólidos (Fase III del tratamiento)

Los sólidos de la Fase II generados en el ejemplo 1 fueron almacenados y congelados hasta el día en el cual se deseó realizar la Fase III del tratamiento. Sin embargo, si se desea, se puede llevar a cabo la Fase III del tratamiento inmediatamente después de la Fase II.

Se descongeló una fracción de 150 g de los sólidos de la Fase II que estaba almacenada y congelada. Se separaron cuatro lotes de prueba de 10 g de la fracción y se mezcló cada una con 15 ml de agua a temperatura ambiente. Se añadió HCl gota a gota a cada lote de prueba hasta que el pH cayó hasta 3,5. Se incrementó luego la temperatura de cada lote de prueba hasta 50ºC.

Se añadieron diferentes cantidades de fitasa a cada uno de los cuatro lotes de prueba. Las cantidades fuero respectivamente de 25, 15, 10 ó 5 FTU (unidades de fitasa) de fitasa de la marca Natuphos® (fabricada por BASF). Una unidad de la actividad de la fitasa (1 FTU) es definida como la cantidad de producto que contiene enzima que libera 1 micromol de fósforo inorgánico por minuto a partir de un exceso de fitato de sodio a 37ºC y pH 5,5. Se mantuvieron los lotes de prueba a 50ºC con agitación constante después de la adición de la fitasa, se removió una muestra de 5 ml de cada lote de prueba y se la mezcló inmediatamente con 15 ml de HCl 0,70 N enfriado con hielo para desnaturalizar la fitasa.

Se extrajo el fitato de cada muestra agitando durante 3 horas a temperatura ambiente. Se centrifugaron luego las muestras a 16.000 veces la gravedad durante 10 minutos y se removió el sobrenadante de cada una. Se añadieron 2,5 ml de cloroformo al sobrenadante y se centrifugó el material durante 10 min a 10.000 veces la gravedad, con el resultado de que se formaron dos capas. Se removió la capa superior y se la inyectó en la unidad de cromatografía líquida de alto rendimiento. Se determinó el contenido de fitato por medio del área del pico de fitato en comparación con la curva estándar obtenida con cantidades conocidas de fitato. Se determinó también el contenido de fitato para una muestra de los sólidos de la Fase II que no había sido sometida al tratamiento con fitasa como se describió en este ejemplo. Los sólidos no tratados de la fase II tenían un porcentaje de fitato del 14,90%, con base en la materia seca.

La Tabla 1 muestra el contenido de fitato de los sólidos no tratados y de las muestras tomadas en cada uno de los tiempos de muestreo a partir de la adición de la fitasa a los lotes de prueba. La Desfitinización de los sólidos dependió de la cantidad de enzima y de la duración de la reacción. Con 25 FTU incorporada en la mezcla de reacción no se podía detectar fitato a los 60 minutos de la adición de la fitasa. Con 10 y 15 FTU en la mezcla se requirieron períodos de incubación más largos para lograr una desfitinización completa y con 5 FTU en la mezcla se podía detectar aún fitato residual 120 minutos después de la adición de la enzima.

TABLA 1 Contenido de fitato de los sólidos (% p/p de materia seca) sin adición de fitasa (tiempo 0) y después de diferentes períodos de incubación con los niveles indicados de fitasa

1

Ejemplo 4

Fase IV - Recuperación de Materiales Ricos en Proteína

El sobrenadante obtenido a partir de centrifugación del extracto en el Ejemplo 2 (líquido de la Fase II) fue reunido y colocado en una marmita de vapor de 100 L. Se inició el vapor hacia la marmita de tal menara que la temperatura del extracto alcanzó los 95ºC. Se mantuvo una temperatura de 95ºC durante 5 min y luego se pasó agua fría a través de la chaqueta de la marmita de vapor. El agua fría circuló durante un período de 20 minutos. Se formó un precipitado de proteína o grumo en la parte superior del extracto durante este procedimiento de calentamiento y posterior enfriamiento. Se vertieron luego los contenidos de la marmita de vapor a través de un tamiz con aberturas de 200 micrones de malla de nylon vendido bajo la marca comercial Nitex^{TM} (Great Western Manufacturing Company, Inc.). Se recolectó el grumo en el tamiz mientras que el líquido que pasaba a través del tamiz fue recolectado en un tubo.

Se envolvió posteriormente el grumo en el tamiz y se lo colocó en un molde de queso de 305 cm de ancho por 457 cm de largo por 152 cm de alto. Se colocó luego el molde en una prensa de queso y se compactó durante 10 minutos con una fuerza de compresión de 34 kPa, seguido por 10 minutos de con una fuerza de compresión de 69 kPa, seguido por una fuerza de compresión de 138 kPa, seguido por 10 minutos con una fuerza de compresión de 207 kPa y 20 minutos finales con una fuerza de compresión de 276 kPa. El líquido expelido durante la compresión del molde fue añadido al líquido obtenido a partir del drenaje inicial a través del tamiz. Todo el líquido fue combinado (líquido de la Fase IV). Después del procedimiento completo de compresión, se liberó la presión y se analizó el grumo de proteína (producto 1 de la Fase IV) por el contenido de proteína, de materia seca y de fitato.

Se pasó el líquido restante después de la separación del grumo (líquido de la Fase IV) a través de una membrana de ultrafiltración para separación de peso molecular de 10.000 hasta que el volumen del retentato disminuyó aproximadamente hasta 20 L. Se añadieron luego 20 L de agua al retentato y se repitió el proceso de filtración (ronda 1 de diafiltración). Se realizaron un total de 6 rondas de ultrafiltración (también conocida como diafiltración) para concentrar la proteína en el retentato. Se recolectó el líquido que había pasado a través de la membrana (permeato) y se lo reunió. El retentato final fue analizado por el contenido de proteína, de materia seca y de fitato (producto 2 de la Fase IV).

Si se desea, se podría haber recolectado el permeato a partir de la ultrafiltración como un producto (producto 3 de la Fase IV). Sin embargo, esto no fue hecho en este ejemplo. En vez de eso, el permeato combinado de la ultrafiltración fue pasado a través de una membrana de nanofiltración hasta que el volumen de retentato había disminuido hasta 18 L. Se analizó el retentato (producto 4 de la Fase IV) por el contenido de proteína, de materia seca y de fitato. Los resultados se muestran en la tabla 2 más abajo.

La Tabla 2 muestra también, bajo el encabezado "% de recuperación", el porcentaje de la proteína que estaba en la semilla oleaginosa desengrasada original que se recuperó en los diferentes productos.

TABLA 2 Contenidos de materia seca, proteína y fitato de las fracciones obtenidas a partir del procesamiento de la hojuela blanca de canola (contenido de fitato y proteína reportado como el % de materia seca)

3

El Índice de Dispersabilidad de la Proteína (como se definió anteriormente) para el producto de la Fase IV fue e 3,32 y para el producto 2 de la Fase IV fue de 52,46.

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Referencias citadas en la descripción

Este listado de referencias citado por el solicitante es únicamente para conveniencia del lector. No forma parte del documento europeo de la patente. Aunque se ha tenido gran cuidado en la recopilación, no se pueden excluir los errores o las omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad en este sentido.

Documentos de patente citados en la descripción

\bullet US 5658714 A, Westfall [0004]

\bullet US 3995071 A, Goodnight Jr. [0006]

\bullet US 4697004 A, Puski [0005]

Literatura citada en la descripción que no es de patente

\bulletTZENG. Production of Canola Protein Materials by Alkaline Extraction, Precipitation, and Membrane
Processing. Journal of Food Science, 1990 [0007].

Claims (25)

1. Un proceso para el tratamiento de semillas oleaginosas desengrasadas, que comprende:

(a)

suspender la semilla oleaginosa desengrasada en agua a un pH de 3-9 para crear una suspensión;

(b)

separar la suspensión en un primer producto sólido y una primera fracción predominantemente líquida,

(c)

añadir suficiente compuesto alcalino a la primera fracción predominantemente líquida para incrementar su pH hasta un exceso de pH 9, por medio de lo cual un segundo producto sólido precipita a partir de dicha primera fracción predominantemente líquida, dejando una segunda fracción líquida alcalina,

(d)

separar dicho segundo producto sólido de la segunda fracción líquida predominantemente alcalina, y

(e)

añadir agua y una cantidad suficiente de un compuesto ácido a dicho segundo producto sólido para acidular al segundo producto sólido hasta un pH de 1-5, por medio de lo cual una porción de dicho segundo producto sólido se disuelve en el agua para formar un tercer líquido y el resto del segundo producto sólido no se disuelve.

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2. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 1, en el cual la etapa de suspensión se lleva a cabo a un pH de 7-9.

3. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, en el cual dicho primer producto sólido incluye sólidos incapaces de pasar a través de un tamiz que tiene aberturas de 2500 micrones.

4. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, en el cual dicho primer producto sólido incluye sólidos incapaces de pasar a través de un tamiz que tiene aberturas de 25 micrones, pero capaz de pasar a través de un tamiz que tiene aberturas de 2500 micrones.

5. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, en el cual dicho primer producto sólido incluye sólidos incapaces de pasar a través de un tamiz que tiene aberturas de 50 micrones, pero capaz de pasar a través de un tamiz que tiene aberturas de 500 micrones.

6. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, en el cual dicho primer producto sólido incluye sólidos incapaces de pasar a través de un tamiz que tiene aberturas de 100 micrones, pero capaz de pasar a través de un tamiz que tiene aberturas de 250 micrones.

7. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el cual se añade suficiente compuesto alcalino a la fracción predominantemente líquida para incrementar el pH de dicha fracción líquida hasta un pH en el rango de 11-12.

8. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el cual el compuesto alcalino es CaO.

9. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el cual el compuesto alcalino es Ca(OH)_{2}.

10. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el cual el compuesto alcalino es NaOH.

11. Un proceso como el expuesto en cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el cual se calienta la suspensión hasta 50ºC-95ºC y se la agita desde 5 minutos hasta 2 horas antes de separarla en dicho primer producto sólido y dicha fracción predominantemente líquida.

12. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el cual se añade suficiente cantidad de dicho compuesto ácido para acidular a dicho segundo producto sólido hasta un pH de 2-4.

13. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en el cual el resto del segundo producto sólido que no se disuelve se separa del tercer líquido para formar un tercer producto sólido.

14. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 13, en el cual se recupera el tercer producto sólido para usarlo como un pienso para animales o un producto alimenticio.

15. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en el cual el tercer líquido reacciona con fitasa, y se recupera inositol de la mezcla de reacción.

16. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-15, incluida la etapa adicional de:

(f)

precipitar la proteína a partir de dicha segunda fracción líquida alcalina, por medio del cual se obtiene un cuarto precipitado sólido que es rico en proteína y un cuarto líquido que permanece después de la precipitación.

17. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 16, en el cual la proteína es precipitada calentando a la segunda fracción líquida alcalina hasta una temperatura desde 70ºC hasta 120ºC, durante un período de tiempo insuficiente para destruir proteínas a la temperatura utilizada.

18. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 16, en el cual la proteína es precipitada calentando a la segunda fracción líquida alcalina hasta una temperatura desde 90ºC hasta 110ºC, durante un período de tiempo insuficiente para destruir proteínas a la temperatura utilizada.

19. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 16, en el cual la proteína es precipitada por medio de la adición gradual de ácido hasta que cese la precipitación.

20. Un proceso como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 16-19, en el cual el cuarto líquido es ultrafiltrado para producir un primer retentato rico en proteína y un primer permeato rico en azúcar.

21. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 20, en el cual el tamaño de los filtros de tamiz molecular utilizados durante la ultrafiltración y el número de pasadas hechas a través de tales filtros son tales que el retentato tiene una concentración de proteína en el rango de 50-100% de proteína en peso con base en la materia seca, menos de 1% de fitato en peso con base en la materia seca y un Índice de Dispersabilidad de Proteína superior al 40%.

22. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 20, en el cual el primer permeato rico en azúcar es nanofiltrado para producir un segundo retentato rico en azúcar y un segundo permeato.

23. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 21, donde el primer retentato rico en proteína es secado hasta un sólido.

24. Una nueva composición de materia, siendo un producto elaborado a partir de hojuela de canola desengrasada y que contiene al menos 80% de proteína en peso de materia seca y menos del 1% de fitato en peso de materia seca, y que tiene un Índice de Dispersabilidad de Proteína de menos del 5%.

25. Una nueva composición de materia, siendo un producto elaborado a partir de hojuela de canola desengrasada y que contiene al menos 50% de proteína en peso de materia seca y menos del 1% de fitato en peso de materia seca, y que tiene un Índice de Dispersabilidad de Proteína de menos del 5%.