ES2904809T3 - Producción de producto de proteína de canola sin tratamiento térmico (C200CaC") - Google Patents
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Abstract
Un proceso de preparación de un concentrado de proteína de canola, que comprende: (a) adicionar una sal de calcio al sobrenadante de la precipitación de la masa micelar de proteína de canola para proporcionar una conductividad de 5 a 30 mS/cm para formar un precipitado de fitato de calcio (b) remover el fitato de calcio precipitado de la solución resultante para proporcionar una solución clara, (c) ajustar el pH de la disolución transparente a 2.0 a 4.0 para formar una disolución clara ajustada por pH, (d) concentrar, utilizando una técnica de membrana selectiva utilizando ultrafiltración utilizando membranas que tienen un corte de peso molecular de 3,000 a 100,000 u (Daltones), la solución clara ajustada por pH a una concentración de proteína de entre 50 g/L y 100 g/L para formar una solución de proteína de canola concentrada clara, (e) opcionalmente diafiltrar la solución de proteína de canola concentrada clara, (f) opcionalmente llevar a cabo un paso de remoción de color en la solución de proteína de canola concentrada clara opcionalmente diafiltrada, y (g) secar la solución de proteína concentrada clara opcionalmente descoloreada y opcionalmente diafiltrada, donde la concentración y el paso de diafiltración opcional se llevan a cabo tal que el concentrado de proteína de canola seca contiene de 60 a menos de 90% en peso (N x 6.25) de proteína en una base de peso seco.
Description
DESCRIPCIÓN
Producción de producto de proteína de canola sin tratamiento térmico (“C200CaC")
Referencia a solicitud relacionada
Esta solicitud reivindica la prioridad de conformidad con 35 USC 119(e) de la Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos de América No. 61/213,181 presentada el 14 de mayo de 2009.
Campo de invención
La invención se refiere a la producción de un producto de proteína de canola.
Antecedentes de la Invención
En la presente solicitud, cuando se indican valores de conductividad, esto se realiza al hacer referencia a mS. mS de esta manera representa mS/cm.
Daltones (Da) es equivalente a u (unidad de masa atómica unificada).
En la solicitud de patente de Estados Unidos No. 12/542,922 presentada el 18 de agosto de 2009 (7865-402), cedida al cesionario de la presente, se describe la producción de un aislado de proteína de canola que tiene solubilidad en un amplio intervalo de valores de pH de ácido y claridad en medio acuoso, lo que hace posible, por ejemplo, preparar bebidas fortificadas con proteína, particularmente a valores de pH de ácido, en los que la claridad no se deteriora por la adición del aislado de proteína de canola.
El procedimiento utilizado en la solicitud de Estados Unidos No. 12/542,922 anterior, implica adicionar cloruro de calcio al sobrenadante de la precipitación de una masa micelar de proteína de canola para proporcionar una conductividad de aproximadamente 5 mS a aproximadamente 30 mS, de manera preferente aproximadamente 8 a aproximadamente 10 mS, remover el material de fitato precipitado de la solución resultante para dejar una solución clara, opcionalmente ajustar el pH de la solución clara a aproximadamente 2.0 a aproximadamente 4.0, de manera preferente aproximadamente 2.9 a aproximadamente 3.2, tal como por la adición de ácido clorhídrico, concentrar la solución clara opcionalmente ajustada por pH a un contenido de proteína de aproximadamente 50 a aproximadamente 500 g/L, de manera preferente aproximadamente 100 a aproximadamente 250 g/L, para producir una solución de proteína de canola concentrada clara, opcionalmente diafiltrar la solución de proteína de canola concentrada clara, tal como con volúmenes de agua de pH 3, opcionalmente llevar a cabo un paso de remoción de color, tal como un tratamiento de carbón activado granular, y secar la solución concentrada.
Esta solicitud previa describe el producto como un aislado de proteína de canola, es decir, un producto de proteína de canola que contiene al menos 90% en peso (N x 6.25) en una base de peso seco.
WO03/088760 divulga un proceso para producir un producto de proteína de canola a partir de sobrenadantes de PMM. WO2007033481 también se refiere a productos de proteína de canola. Indica que a bajo pH se puede presentar la degradación de ciertas proteínas.
La canola también se conoce como colza o colza de semilla de aceite.
Breve descripción de la invención
Ahora se ha encontrado que, si el procedimiento descrito en el US 12/542,922 mencionado anteriormente, se lleva a cabo tal que el producto de proteína de canola resultante contenga menos de 90% en peso (N x 6.25) de proteína d.b., tal como al menos 60% en peso (N x 6.25), la concentración a la que se considera que el producto es un concentrado, se obtiene un producto de proteína de canola que se desempeña satisfactoriamente. Este resultado se logra en la presente al omitir el paso de diafiltración o al detener el paso de ultrafiltración antes, tal que se remuevan cantidades menores de impurezas durante estos pasos.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un proceso para preparar un concentrado de proteína de canola, que comprende:
adicionar una sal de calcio, preferentemente cloruro de calcio, al sobrenadante de la precipitación de una masa micelar de proteína de canola para proporcionar una conductividad de aproximadamente 5 mS a 30 mS, preferentemente de 8 a 10 mS, para formar un precipitado de fitato de calcio, remover el fitato de calcio precipitado de la solución resultante para proporcionar una solución clara,
ajustar el pH de la solución clara a 2.0 a 4.0, preferentemente 2.9 a 3.2, tal como por la adición de ácido clorhídrico,
para formar una solución clara ajustada por pH,
concentrar, utilizando una técnica de membrana selectiva que utiliza ultrafiltración que utiliza membranas que tienen un peso molecular cortado de 3,000 a 100,000 daltones, la solución clara ajustada por pH a un contenido de proteína de entre 50 y 100 g/L, para producir una solución de proteína de canola concentrada clara,
opcionalmente diafiltrar la solución de proteína de canola concentrada clara, tal como con volúmenes de pH 3 o agua de pH natural, opcionalmente llevar a cabo un paso de remoción de color, tal como un tratamiento de carbón activado granular, en la solución de proteína de canola concentrada clara opcionalmente diafiltrada, y
secar la solución de proteína concentrada clara opcionalmente descoloreada y opcionalmente diafiltrada para producir un producto de proteína de canola seca, donde la concentración y paso de diafiltración opcional se efectúan tal que el concentrado de proteína de canola seca contiene de 60 a menos de 90% en peso (N x 6.25) de proteína en una base de peso seco.
El producto de proteína de canola producido de acuerdo con el proceso en la presente es adecuado, no sólo para la fortificación con proteínas de medios ácidos, sino que se puede utilizar en aislados de proteínas de aplicaciones convencionales, incluyendo, pero no limitado a, fortificación de proteínas de alimentos y bebidas procesados, emulsificación de aceites, como un formador de cuerpo en productos horneados y agente espumante en productos que atrapan gases. Además, el producto de proteína de canola se puede formar en fibras de proteína, útiles en análogos de carne, y se puede utilizar como un sustituto o extensor de clara de huevo en productos alimenticios donde la clara de huevo se utiliza como un agente de unión. El producto de proteína de canola se puede utilizar como suplementos nutricionales. Otros usos del producto de proteína de canola son en alimentos de mascotas, pienso animal y en aplicaciones industriales y cosméticas y en productos de cuidado personal. Ni el producto de proteína de canola ni los usos divulgados se cubren por la presente invención.
Sumario de la invención
Los siguientes pasos con relación a la extracción de proteína de soja, la concentración de la solución extraída y la formación de una masa de micela de proteína (PMM) mediante dilución no se cubren por la presente invención. Se incluyen con propósitos ilustrativos sobre cómo preparar un sobrenadante de PMM empleado en el paso (a) del proceso de acuerdo con la presente invención de acuerdo con la reivindicación 1.
El paso inicial del proceso de proporcionar el producto de proteína de canola implica solubilizar el material proteináceo de la harina de semilla de aceite de canola. El material proteináceo recuperado de la harina de semilla de canola puede ser la proteína que se presenta naturalmente en la semilla de canola o el material proteináceo puede ser una proteína modificada por manipulación genética pero que posee propiedades hidrófobas y polares características de la proteína natural. La harina de canola puede ser cualquier harina de canola que resulta de la remoción de aceite de canola de semilla de aceite de canola con niveles variables de proteína no desnaturalizada, que resulta, por ejemplo, de los métodos de extracción de hexano caliente o de extrusión de aceite frío. La remoción de aceite de canola de la semilla de aceite de canola usualmente se lleva a cabo como una operación separada del procedimiento de recuperación de aislado de proteína descrito en la presente.
La solubilización de proteína se lleva a cabo de la manera más eficiente por el uso de una solución de sal de grado alimentario puesto que la presencia de la sal potencia la remoción de la proteína soluble de la harina de semilla de aceite. Cuando el aislado de proteína de canola se propone para usos no alimentarios, se pueden utilizar productos químicos de grado no alimentario. La sal usualmente es cloruro de sodio, aunque se pueden utilizar otras sales, tal como cloruro de potasio. La solución de sal tiene una fuerza iónica de al menos aproximadamente 0.05, preferentemente al menos aproximadamente 0.10, para permitir la solubilización de cantidades significativas de proteína que se va a llevar a cabo. Conforme incrementa la fuerza iónica de la solución de sal, el grado de solubilización de la proteína en la harina de semilla de aceite incrementa inicialmente hasta que se alcanza un valor máximo. Cualquier incremento posterior en la fuerza iónica no incrementa la proteína total solubilizada. La fuerza iónica de la solución de sal de grado alimentario que provoca la solubilización máxima de proteína varía dependiendo de la sal en cuestión y la harina de semilla de aceite elegida.
En vista del mayor grado de dilución requerido para la precipitación de proteína con resistencias iónicas crecientes, usualmente se prefiere utilizar un valor de fuerza iónica menor que aproximadamente 0.8, y más preferentemente un valor de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 0.15.
En un proceso por lotes, la solubilización de sal de la proteína se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 5 °C a aproximadamente 75 °C, preferentemente acompañada de agitación para disminuir el tiempo de solubilización, que usualmente es de aproximadamente 10 a aproximadamente 60 minutos. Se prefiere llevar a cabo la solubilización para extraer sustancialmente tanta proteína de la harina de semilla de aceite como sea viable, a fin de proporcionar un alto rendimiento general de producto.
Se elige el límite de temperatura inferior de aproximadamente 5 °C, puesto que la solubilización es impracticablemente lenta por debajo de esta temperatura, en tanto que el límite de temperatura superior preferido de aproximadamente 75 °C se elige debido a la temperatura de desnaturalización de algunas de las presentes proteínas.
En un proceso continuo, la extracción de la proteína de la harina de semilla de aceite de canola se lleva a cabo de cualquier manera consistente con llevar a cabo una extracción continua de proteína de la harina de semilla de aceite de canola. En una realización, la harina de semilla de aceite de canola se mezcla continuamente con una solución de sal de grado alimentario y la mezcla se transporta a través de un tubo o conducto que tiene una longitud y una velocidad de flujo durante un tiempo de residencia suficiente para llevar a cabo la extracción deseada de acuerdo con los parámetros descritos en la presente. En el procedimiento continuo, el paso de solubilización de sal se lleva a cabo rápidamente, en un tiempo de hasta aproximadamente 10 minutos, preferentemente para llevar a cabo la solubilización para extraer sustancialmente tanta proteína de la harina de semilla de aceite de canola como sea viable. La solubilización en el procedimiento continuo se lleva a cabo a temperaturas entre aproximadamente 10 °C y aproximadamente 75 °C, preferentemente entre aproximadamente 15 °C y aproximadamente 35 °C.
La solución de sal de grado alimentario acuosa en general tiene un pH de aproximadamente 5 a aproximadamente 6.8, preferentemente de aproximadamente 5.3 a aproximadamente 6.2, el pH de la solución de sal se puede ajustar a cualquier valor deseado dentro del intervalo de aproximadamente 5 a aproximadamente 6.8 para uso en el paso de extracción por el uso de cualquier ácido conveniente, en general ácido clorhídrico, o álcali, usualmente hidróxido de sodio, según se requiera.
La concentración de harina de semilla de aceite en la solución de sal de grado alimentario durante el paso de solubilización puede variar ampliamente. Los valores de concentración habituales son de aproximadamente 5% a aproximadamente 15% p/v.
El paso de extracción de proteína con la solución de sal acuosa tiene el efecto adicional de solubilizar las grasas que pueden estar presentes en la harina de canola, lo que entonces da por resultado las grasas que están presentes en la fase acuosa.
La solución de proteína que resulta del paso de extracción en general tiene una concentración de proteína de aproximadamente 5 a aproximadamente 40 g/L, preferentemente de aproximadamente 10 a aproximadamente 30 g/L. La solución de sal acuosa puede contener un antioxidante. El antioxidante puede ser cualquier antioxidante conveniente, tal como sulfito de sodio o ácido ascórbico. La cantidad de antioxidante empleado puede variar de aproximadamente 0.01 a aproximadamente 1% en peso de la solución, de manera preferente aproximadamente 0.05% en peso. El antioxidante sirve para inhibir la oxidación de compuestos fenólicos en la solución de proteína. La fase acuosa que resulta del paso de extracción entonces se puede separar de la harina de canola residual, de cualquier manera conveniente, tal como al emplear una centrífuga de decantador, seguido por centrifugación en disco y/o filtración para remover la harina residual. La harina residual separada se puede secar para el desecho.
El color del producto de proteína de canola final se puede mejorar en términos de color claro y amarillo menos intenso por la mezcla de carbón activado en polvo u otro agente de adsorción de pigmento con la solución de proteína acuosa separada y posteriormente remover el adsorbente, convenientemente por filtración, para proporcionar una solución de proteína. La diafiltración también se puede utilizar para la remoción de pigmento.
El paso de remoción de pigmento se puede llevar a cabo en cualquier condición conveniente, en general a la temperatura ambiente de la solución de proteína acuosa separada, empleando cualquier agente de adsorción de pigmento adecuado. Para el carbón activado en polvo, se emplea una cantidad de aproximadamente 0.025% a aproximadamente 5% p/v, de manera preferente aproximadamente 0.05% a aproximadamente 2% p/v. Cuando la harina de semilla de canola contiene cantidades significativas de grasa, como se describe en las patentes de Estados Unidos de América No. 5,844,086 y 6,005,076, cedidas al cesionario de la presente, entonces los pasos de desengrasamiento descritos en la presente se pueden llevar a cabo en la solución de proteína acuosa separada y en la solución de proteína acuosa concentrada analizada más adelante. Cuando se lleva a cabo el paso de mejora de color, el paso se puede llevar a cabo después del primer paso de desengrasamiento.
Como una alternativa a la extracción de la harina de semilla de aceite con una solución de sal acuosa, la extracción se puede realizar utilizando agua sola, aunque la utilización de agua sola tiende a extraer menos proteína de la harina de semilla de aceite que la solución de sal acuosa. Cuando se emplea esta alternativa, entonces la sal, en las concentraciones analizadas anteriormente, se puede adicionar a la solución de proteína después de la separación de la harina de semilla de aceite residual a fin de mantener la proteína en solución durante el paso de concentración descrito a continuación. Cuando se lleva a cabo un primer paso de remoción de grasa, la sal en general se adiciona después de completar estas operaciones.
Otro procedimiento alternativo es extraer la harina de semilla de aceite con la solución de sal de grado alimentario a un valor de pH relativamente alto por encima de aproximadamente 6.8, en general hasta aproximadamente 9.9. El pH de la solución de sal de grado alimentario se puede ajustar al valor alcalino deseado por el uso de cualquier álcali de grado
alimentario conveniente, tal como solución acuosa de hidróxido de sodio. De manera alternativa, la harina de semilla de aceite se puede extraer con la solución de sal a un pH relativamente bajo por debajo de aproximadamente pH 5, en general hasta aproximadamente pH 3. Cuando se emplea esta alternativa, la fase acuosa que resulta del paso de extracción de harina de semilla de aceite entonces se separa de la harina de canola residual, de cualquier manera conveniente, tal como por el empleo de centrifugación de decantador, seguido por centrifugación de disco y/o filtración para remover la harina residual. La harina residual separada se puede secar para el desecho.
La solución de proteína acuosa que resulta del paso de extracción de pH alto o bajo entonces se ajusta por pH en el intervalo de aproximadamente 5 a aproximadamente 6.8, de manera preferente aproximadamente 5.3 a aproximadamente 6.2, como se analiza anteriormente, antes del procesamiento adicional como se analiza más adelante. Este ajuste de pH se puede realizar utilizando cualquier ácido conveniente, tal como ácido clorhídrico, o álcali, tal como hidróxido de sodio, según sea apropiado.
La solución de proteína acuosa se concentra para incrementar la concentración de proteína de ésta en tanto que se mantiene la fuerza iónica de ésta sustancialmente constante. La concentración en general se lleva a cabo para proporcionar una solución de proteína concentrada que tiene una concentración de proteína de al menos aproximadamente 50 g/L, preferentemente al menos aproximadamente 200 g/L, más preferentemente al menos aproximadamente 250 g/L.
El paso de concentración se puede llevar a cabo de cualquier manera conveniente consistente con el funcionamiento continuo o por lotes, tal como al emplear cualquier técnica de membrana selectiva conveniente, tal como ultrafiltración o diafiltración, al utilizar membranas, tal como membranas de fibra hueca o membranas enrolladas en espiral, con un corte de peso molecular adecuado, tal como aproximadamente 3,000 a aproximadamente 100,000 daltones, de manera preferente aproximadamente 5,000 a aproximadamente 10,000 daltones, teniendo en cuenta diferentes materiales y configuraciones de membrana, y, para la operación continua, dimensionado para permitir el grado deseado de concentración conforme la solución de proteína acuosa pasa a través de las membranas.
Como se conoce bien, la ultrafiltración y técnicas de membrana selectiva similares permiten que las especies de bajo peso molecular pasen a través de la membrana en tanto que se impide que las especies de más alto peso molecular lo hagan. Las especies de bajo peso molecular incluyen no sólo las especies iónicas de la sal de grado alimentario, sino también materiales de bajo peso molecular extraídos del material de origen, tal como, carbohidratos, pigmentos y factores antinutricionales, así como cualquier forma de bajo peso molecular de la proteína. El corte de peso molecular de la membrana se elige usualmente para garantizar la retención de una proporción significativa de la proteína en la solución, en tanto que permite que los contaminantes pasen a través teniendo en cuenta los diferentes materiales y configuraciones de membrana.
La solución de proteína concentrada entonces se puede someter a un paso de diafiltración utilizando una solución de sal acuosa de la misma molaridad y pH que la solución de extracción. Esta diafiltración se puede llevar a cabo utilizando de aproximadamente 2 a aproximadamente 20 volúmenes de solución de diafiltración, preferentemente de aproximadamente 5 a aproximadamente 10 volúmenes de solución de diafiltración. En la operación de diafiltración, se remueven cantidades adicionales de contaminantes de la solución de proteína acuosa por el pasaje a través de la membrana con el permeado. La operación de diafiltración se puede llevar a cabo hasta que no haya cantidades adicionales significativas de contaminantes y color visible presentes en el permeado. Esta diafiltración se puede realizar utilizando la misma membrana que para el paso de concentración. Sin embargo, si se desea, el paso de diafiltración se puede llevar a cabo utilizando una membrana separada con un corte de peso molecular diferente, tal como una membrana que tiene un corte de peso molecular en un intervalo de aproximadamente 3,000 a aproximadamente 100,000 daltones, de manera preferente aproximadamente 5,000 a aproximadamente 10,000 daltones, teniendo en cuenta diferentes materiales y configuración de membrana.
Un antioxidante puede estar presente en el medio de diafiltración durante al menos parte del paso de diaflitración. El antioxidante puede ser cualquier antioxidante conveniente, tal como sulfito de sodio o ácido ascórbico. La cantidad de antioxidante empleado en el medio de diafiltración depende de los materiales empleados y puede variar de aproximadamente 0.01 a aproximadamente 1% en peso, de manera preferente aproximadamente 0.05% en peso. El antioxidante sirve para inhibir la oxidación de los compuestos fenólicos presentes en la solución de aislado de proteína de canola concentrada.
El paso de concentración y el paso de diafiltración se pueden llevar a cabo a cualquier temperatura conveniente, en general de aproximadamente 20° a aproximadamente 60 °C, preferentemente de aproximadamente 20° a aproximadamente 30 °C, y durante el período de tiempo para llevar a cabo el grado de concentración deseado. La temperatura y otras condiciones utilizadas hasta algún grado dependen del equipo de membrana utilizado para llevar a cabo la concentración y la concentración de proteína deseada de la solución.
La solución de proteína concentrada y opcionalmente diafiltrada se puede someter a una operación de desengrasamiento adicional, si se requiere, como se describe en las Patentes de Estados Unidos de América No.
5,844,086 y 6,005,076.
La solución de proteína concentrada y opcionalmente diafiltrada se puede someter a una operación de remoción de color como una alternativa a la operación de remoción de color descrita anteriormente. El carbón activado en polvo se puede utilizar en la presente, así como carbón activado granulado (GAC). Otro material que se puede utilizar como un agente de adsorción de color es polivinilpirrolidona.
El paso de tratamiento de agente de adsorción de color se puede llevar a cabo en cualquier condición conveniente, en general a la temperatura ambiente de la solución de proteína de canola. Para el carbón activado en polvo, se puede utilizar una cantidad de aproximadamente 0.025% a aproximadamente 5% p/v, de manera preferente aproximadamente 0.05% a aproximadamente 2% p/v. Cuando se utiliza polivinilpirrolidona como el agente de adsorción de color, se puede utilizar una cantidad de aproximadamente 0.5% a aproximadamente 5% p/v, de manera preferente aproximadamente 2% a aproximadamente 3% p/v. El agente de adsorción de color se puede remover de la solución de proteína de canola por cualquier medio conveniente, tal como por filtración. La solución de proteína concentrada y opcionalmente diafiltrada que resulta del paso de remoción de color opcional se puede someter a pasteurización para reducir la carga microbiana. La pasteurización se puede llevar a cabo bajo cualquier condición de pasteurización deseada. En general, la solución de proteína concentrada y opcionalmente diafiltrada se calienta a una temperatura de aproximadamente 55° a aproximadamente 70 °C, de manera preferente aproximadamente 60° a aproximadamente 65 °C, durante aproximadamente 10 a aproximadamente 15 minutos, de manera preferente aproximadamente 10 minutos. La solución de proteína concentrada pasteurizada entonces se puede enfriar para el procesamiento adicional como se describe a continuación, preferentemente a una temperatura de aproximadamente 25° a aproximadamente 40 °C.
Dependiendo de la temperatura empleada en el paso de concentración y el paso de diafiltración opcional y si se realiza o no un paso de pasteurización, la solución de proteína concentrada se puede calentar a una temperatura de al menos aproximadamente 20°, y hasta aproximadamente 60 ° C, de manera preferente aproximadamente 25° a aproximadamente 40 ° C, para disminuir la viscosidad de la solución de proteína concentrada para facilitar el rendimiento del paso de dilución posterior y la formación de micelas. La solución de proteína concentrada no se debe calentar más allá de una temperatura por encima de la cual la formación de micelas no se presenta en la dilución por agua enfriada.
La solución de proteína concentrada que resulta del paso de concentración, y el paso de diafiltración opcional, el paso de remoción de color opcional, el paso de pasteurización opcional y el paso de desengrasamiento opcional, entonces se diluye para llevar a cabo la formación de micelas al mezclar la solución de proteína concentrada con agua enfriada que tiene el volumen requerido para lograr el grado de dilución deseado. Dependiendo de la proporción de proteína de canola que se desea obtener por la ruta de micela y la proporción del sobrenadante, el grado de dilución de la solución de proteína concentrada se puede variar. Con niveles de dilución más bajos, en general, una mayor proporción de la proteína de canola permanece en la fase acuosa.
Cuando se desea proporcionar la mayor proporción de la proteína por la ruta de micela, la solución de proteína concentrada se diluye por aproximadamente 5 veces a aproximadamente 25 veces, preferentemente de aproximadamente 10 veces a aproximadamente 20 veces.
El agua enfriada con la que se mezcla la solución de proteína concentrada tiene una temperatura de menos de aproximadamente 15 °C, en general de aproximadamente 1 ° a aproximadamente 15 °C, preferentemente menos de aproximadamente 10 °C, puesto que los rendimientos mejorados del aislado de proteína en la forma de masa micelar de proteína se logran con estas temperaturas más frías en los factores de dilución utilizados.
En una operación por lotes, el lote de solución de proteína concentrada se adiciona a un cuerpo estático de agua enfriada que tiene el volumen deseado, como se analiza anteriormente. La dilución de la solución de proteína concentrada y la disminución consiguiente en la fuerza iónica provoca la formación de una masa tipo nube de moléculas de proteína altamente asociadas en la forma de gotas de proteína discretas en forma micelar. En el procedimiento por lotes, se permite que las micelas de proteína se asienten en el cuerpo de agua enfriada para formar una masa micelar de proteína tipo gluten (PMM) pegajosa, densa, coalescida, y amorfa. El asentamiento se puede ayudar, tal como por centrifugación. El asentamiento inducido disminuye el contenido líquido de la masa micelar de proteína, disminuyendo de esta manera el contenido de humedad en general de aproximadamente 70% en peso a aproximadamente 95% en peso a un valor de en general aproximadamente 50% en peso a aproximadamente 80% en peso de la masa micelar total. La disminución del contenido de humedad de la masa micelar de esta manera también disminuye el contenido de sal ocluida de la masa micelar, y por consiguiente, el contenido de sal del aislado seco.
Alternativamente, la operación de dilución se puede llevar a cabo continuamente al pasar continuamente la solución de proteína concentrada a una entrada de un tubo en forma de T, en tanto que el agua de dilución se alimenta a la otra entrada del tubo en forma de T, permitiendo la mezcla en el tubo. El agua de dilución se alimenta en el tubo en forma de T a una tasa suficiente para lograr el grado deseado de dilución de la solución de proteína concentrada.
La mezcla de la solución de proteína concentrada y el agua de dilución en el tubo inicia la formación de micelas de proteína y la mezcla se alimenta continuamente desde la salida del tubo en forma de T en un recipiente de asentamiento, desde el cual, cuando está lleno, se permite que el sobrenadante se desborde. La mezcla se alimenta preferentemente en el cuerpo de líquido en el recipiente de asentamiento de una manera que minimiza la turbulencia
dentro del cuerpo de líquido.
En el procedimiento continuo, se permite que las micelas de proteína se asienten en el recipiente de asentamiento para formar una masa micelar de proteína (PMM) tipo gluten, agregada, coalescida, densa, amorfa, pegajosa, y el procedimiento se continúa hasta que se haya acumulado una cantidad deseada de la PMM en el fondo del recipiente de asentamiento, después de lo cual la PMM acumulada se remueve del recipiente de asentamiento. En lugar de asentarse por sedimentación, la PMM se puede separar continuamente por centrifugación.
La combinación de los parámetros de proceso de concentración de la solución de proteína a un contenido de proteína preferido de al menos aproximadamente 200 g/L y el uso de un factor de dilución de aproximadamente 10 a aproximadamente 20, dan por resultado más altos rendimientos, a menudo significativamente más altos rendimientos, en términos de recuperación de proteína en la forma de masa micelar de proteína del extracto de harina original, y aislados mucho más puros en términos de contenido de proteína que esos logrados utilizando cualquiera de los procedimientos de formación de aislado de proteína de técnica anterior conocidos analizados en las patentes de Estados Unidos de América mencionadas anteriormente.
Por la utilización de un proceso continuo para la recuperación del producto de proteína de canola en comparación al proceso por lotes, el paso de extracción de proteína inicial se puede reducir significativamente en el tiempo para el mismo nivel de extracción de proteína y se pueden emplear temperaturas significativamente más altas en el paso de extracción. Además, en una operación continua, hay menos posibilidades de contaminación que en un procedimiento por lotes, lo que conduce a una más alta calidad del producto y el proceso se puede llevar a cabo en equipo más compacto.
El producto de proteína de canola sedimentada se separa de la fase acuosa residual o sobrenadante, tal como por decantación de la fase acuosa residual de la masa sedimentada o por centrifugación. La PMM se puede utilizar en la forma húmeda o se puede secar, por cualquier técnica conveniente, tal como secado por pulverización o liofilización, a una forma seca. La PMM seca tiene un alto contenido de proteína, en exceso de aproximadamente 90% en peso de proteína, preferentemente al menos aproximadamente 100% en peso de proteína (calculado como Kjeldahl N x 6.25), y es sustancialmente no desnaturalizada (como se determina por calorimetría diferencial de barrido). La PMM seca aislada de la harina de semilla de aceite graso también tiene un bajo contenido de grasa residual, cuando se emplean los procedimientos de USP 5,844,086 y 6,005,076 según sea necesario, que puede estar por debajo de aproximadamente 1% en peso.
Como se conoce de la patente de Estados Unidos de América No. 7,662,922 (WO 03/086760), asignada al cesionario de la presente, la PMM consta predominantemente de una proteína de canola 7S que tiene un contenido de componente de proteína de aproximadamente 60 a 98% en peso de proteína 7S, aproximadamente 1 a aproximadamente 15% en peso de proteína 12S y de 0 a aproximadamente 25% en peso de proteína 2S.
El sobrenadante del paso de formación y asentamiento de PMM contiene cantidades significativas de proteína de canola, no precipitada en el paso de dilución, y se procesa para recuperar el aislado de proteína de canola de esta. Como se describe en la patente de Estados Unidos de América No. 7,662,922 mencionada anteriormente, el aislado de proteína de canola derivado del sobrenadante consta predominantemente de proteína de canola 2S que tiene un contenido de componente de proteína de aproximadamente 60 a aproximadamente 95% en peso de proteína 2S, aproximadamente 5 a aproximadamente 40% en peso de una proteína 7S y de 0 a aproximadamente 5% en peso de proteína 12S.
En la presente invención, se adiciona una sal de calcio, preferentemente cloruro de calcio, al sobrenadante de la manera descrita a continuación, para proporcionar una conductividad de 5 mS a 30 mS, preferentemente de 8 mS a aproximadamente 10 mS. El cloruro de calcio adicionado al sobrenadante puede estar en cualquier forma deseada, tal como una solución acuosa concentrada de este.
La adición del cloruro de calcio tiene el efecto de depositar ácido fítico, en la forma de fitato, del sobrenadante y retener las fracciones tanto de globulina como de albúmina del sobrenadante. El fitato depositado se recupera del sobrenadante, tal como por centrifugación y/o filtración, para dejar una solución clara.
El pH de la solución clara entonces se ajusta a un valor de 2.0 a 4.0, preferentemente de 2.9 a 3.2. El ajuste de pH se puede llevar a cabo de cualquier manera conveniente, tal como por la adición de ácido clorhídrico.
La solución clara ajustada por pH se concentra para incrementar la concentración de proteína de la misma. La concentración se lleva a cabo utilizando cualquier técnica de membrana selectiva conveniente, tal como ultrafiltración, utilizando membranas con un corte de peso molecular adecuado que permite que las especies de bajo peso molecular, incluyendo la sal, carbohidratos, pigmentos y otros materiales de bajo peso molecular extraídos del material de fuente de proteína, pasen a través de la membrana, en tanto que retienen una proporción significativa de la proteína de canola en la solución. Se utilizan membranas de ultrafiltración que tienen un corte de peso molecular de 3,000 a 100,000 daltones, preferentemente de 5,000 a 10,000 daltones, teniendo en cuenta diferentes materiales y configuración de membrana. La concentración del sobrenadante de esta manera también reduce el volumen de líquido que se requiere
secar para recuperar la proteína. El sobrenadante se concentra a una concentración de proteína de entre 50 g/L y 100 g/L, antes del secado. Esta operación de concentración se puede llevar a cabo en un modo por lotes o en una operación continua, como se describe anteriormente para el paso de concentración de solución de proteína.
El sobrenadante concentrado entonces se puede someter a un paso de diafiltración utilizando agua, solución salina o agua acidificada. El agua puede estar a su pH natural igual a la solución de proteína que se diafiltra o cualquier pH entre estos. Esta diafiltración se puede llevar a cabo utilizando de aproximadamente 2 a aproximadamente 20 volúmenes de solución de diafiltración, tal como pH3 o agua de pH natural, preferentemente de aproximadamente 5 a aproximadamente 10 volúmenes de solución de diafiltración. En la operación de diafiltración, se remueven cantidades adicionales de contaminantes del sobrenadante acuoso por pasaje a través de la membrana con el permeado. La operación de diafiltración se puede llevar a cabo hasta que no haya cantidades adicionales significativas de contaminantes y color visible presentes en el permeado. Esta diafiltración se puede realizar utilizando la misma membrana que para el paso de concentración. Sin embargo, si se desea, la diafiltración se puede llevar a cabo utilizando una membrana separada, tal como una membrana que tiene un corte de peso molecular en un intervalo de aproximadamente 3,000 a aproximadamente 100,000 daltones, de manera preferente aproximadamente 5,000 a aproximadamente 10,000 daltones, teniendo en cuenta diferentes materiales y configuración de membrana.
El paso de concentración y el paso de diafiltración se llevan a cabo en la presente tal que el producto de proteína de canola recuperado posteriormente contenga de 60 a menos de 90% en peso (N x 6.25) de proteína en una base de peso seco. Como se analiza anteriormente, es bien conocido que los procesos de concentración y diafiltración permiten la remoción de agua y pequeños contaminantes de peso molecular de una solución. Al concentrar parcialmente y/o diafiltrar una solución, es posible remover sólo parcialmente los contaminantes, lo que da por resultado un producto de proteína con niveles más bajos de pureza una vez que se ha llevado a cabo el paso de secado.
Un antioxidante puede estar presente en el medio de diafiltración durante al menos parte del paso de diafiltración. El antioxidante puede ser cualquier antioxidante conveniente, tal como sulfito de sodio o ácido ascórbico. La cantidad de antioxidante empleado en el medio de diafiltración depende de los materiales empleados y puede variar de aproximadamente 0.01 a aproximadamente 1% en peso, de manera preferente aproximadamente 0.05% en peso. El antioxidante sirve para inhibir la oxidación de los compuestos fenólicos presentes en la solución de aislado de proteína de canola concentrada.
La solución de proteína concentrada y opcionalmente diafiltrada se puede someter a una operación de remoción de color como una alternativa a la operación de remoción de color descrita anteriormente. El carbón activado en polvo se puede utilizar en la presente, así como carbón activado granulado (GAC). Otro material que se puede utilizar como un agente de adsorción de color es polivinilpirrolidona.
El paso de tratamiento de agente de adsorción de color se puede llevar a cabo en cualquier condición conveniente, en general a la temperatura ambiente de la solución de proteína de canola. Para el carbón activado en polvo, se puede utilizar una cantidad de aproximadamente 0.025% a aproximadamente 5% p/v, de manera preferente aproximadamente 0.05% a aproximadamente 2% p/v. Cuando se utiliza polivinilpirrolidona como el agente de adsorción de color, se puede utilizar una cantidad de aproximadamente 0.5% a aproximadamente 5% p/v, de manera preferente aproximadamente 2% a aproximadamente 3% p/v. El agente de adsorción de color se puede remover de la solución de proteína de canola por cualquier medio conveniente, tal como por filtración. La solución de proteína concentrada y opcionalmente diafiltrada y opcionalmente tratada con remoción de color se seca por cualquier técnica conveniente, tal como secado por pulverización o liofilización, a una forma seca. El producto de proteína de canola es bajo en contenido de ácido fítico, en general menos de aproximadamente 1.5% en peso.
El producto de proteína de canola producido en la presente contiene fracciones tanto de albúmina como de globulina y es soluble en un entorno acuoso ácido, lo que hace al producto ideal para la incorporación en bebidas, tanto carbonatadas como no carbonatadas, para proporcionar fortificación con proteínas a éstas. Estas bebidas tienen un amplio intervalo de valores de pH ácido, que varían de aproximadamente 2.5 a aproximadamente 5. El producto de proteína de canola proporcionado en la presente se puede adicionar a estas bebidas en cualquier cantidad conveniente para proporcionar fortificación con proteína a estas bebidas, por ejemplo, al menos aproximadamente 5 g del producto de proteína de canola por cantidad de 12 onzas (354.882 ml) fluidas. El producto de proteína de canola adicionado se disuelve en la bebida y no deteriora la claridad de la bebida. El producto de proteína de canola se puede mezclar con bebida seca antes de la reconstitución de la bebida por disolución en agua. Ni el producto de proteína de canola ni los usos divulgados se cubren por la presente invención.
EJEMPLOS
Ejemplo 1 (no de acuerdo con la presente invención)
Este ejemplo describe la producción de un producto de proteína de canola de menos de 90% de proteína en peso (no de acuerdo con la presente invención).
Se adicionaron "a" kg de harina de canola a "b" L de solución de NaCl "c" M a temperatura ambiente y se agitó durante
30 minutos para proporcionar una solución de proteína acuosa. La harina de canola residual se removió y la solución de proteína resultante se aclaró parcialmente por centrifugación para producir "d" L de solución de proteína parcialmente clarificada que tiene un contenido de proteína de "e" % en peso. La solución de proteína parcialmente clarificada se filtró para clarificar adicionalmente la solución, lo que dio por resultado una solución de volumen "f" que tiene un contenido de proteína de "g" en peso.
La "h" L de solución de extracto de proteína se redujo en volumen a "i" L por concentración en una membrana de polietersulfona (PES) que tiene un corte de peso molecular de "j" daltones. La solución de proteína concentrada resultante tenía un contenido de proteína de "k" % en peso.
La solución concentrada a "1" °C se diluyó "m" en agua RO fría que tiene una temperatura "n" °C. Se formó inmediatamente una nube blanca y se recuperó la masa pegajosa, viscosa y precipitada (PMM) por centrifugación en un rendimiento de "o" % en peso de la solución de proteína filtrada. Se encontró que la proteína derivada de PMM seca tenía un contenido de proteína de "p" % (N x 6.25) d.b. Se proporcionó al producto una designación "q" C307C.
Los parámetros "a" a "q" para uno se exponen en la siguiente tabla 1:
Tabla 1
La adición de cloruro de calcio descrita en la presente invención entonces se llevó a cabo en el sobrenadante de la deposición de PMM.
"r" L de sobrenadante se ajustó a una conductividad de "s" ms por la adición de cloruro de calcio de una solución concentrada de este. Esta solución entonces se centrifuga y/o filtra para remover el material de fitato precipitado, dando por resultado "t" L de un contenido de fitato reducido, solución de proteína clarificada a una concentración de "u" % en peso. El contenido de fitato reducido, sobrenadante clarificado entonces se ajustó a pH "v" por la adición de HCl y se redujo en volumen a "w" L por ultrafiltración utilizando una membrana de polietersulfona (PBS) que tiene un corte de peso molecular de 'x' daltones. El concentrado entonces se diafiltró en la misma membrana con "y" L de agua. El concentrado diafiltrado contenía "z" % de proteína en peso. Con la proteína adicional recuperada del sobrenadante, la recuperación de proteína general de la solución de proteína filtrada fue "aa" % en peso. El "ab" L de concentrado se sometió a un paso de reducción de color al pasarlo a través de una columna de volumen de lecho de "ac" L de carborato activado granular de "ad" BV/h a un pH 3. El "ae" L de la solución tratada (GAC) que tiene color reducido y un contenido de proteína de "af' % en peso entonces se secó por pulverización y se le proporcionó la designación "q” C200CaC y tenía un contenido de proteína de "ah".
Los parámetros 'r' a 'ah' para una corrida se exponen en la siguiente tabla.
Tabla 2
El producto de proteína de canola seca se adicionó al agua para hacer una solución con un contenido de proteína de 3.2% p/v. La solución se mezcló hasta que se solubilizó y entonces se analizó en un instrumento HunterLab ColorQuest XE para el color y la claridad. Los valores de color y claridad para las muestras resolubilizadas a pH 3 están en la tabla 3.
Tabla 3
Las lecturas de color y claridad proporcionadas en la tabla 3 para el concentrado son comparables a aquellas de un producto similar con más alto contenido de proteínas.
Ejemplo 2 (no de acuerdo con la presente invención)
Este ejemplo describe la producción de un producto de proteína de canola de menos de 90% de proteína en peso útil para comprender la invención.
Se adicionaron "a" kg de harina de canola a "b" L de solución de NaCl "c" M a temperatura ambiente y se agitó durante 30 minutos para proporcionar una solución de proteína acuosa. La harina de canola residual se removió y la solución de proteína resultante se aclaró parcialmente por centrifugación para producir "d" L de solución de proteína parcialmente clarificada que tiene un contenido de proteína de "e" % en peso. La solución de proteína parcialmente clarificada se filtró para clarificar adicionalmente, lo que dio por resultado una solución de volumen "f” L que tiene un contenido de proteína de "g" % en peso.
La "h" L de solución de extracto de proteína clarificada se redujo en volumen a "i" L por concentración en una membrana de polietersulfona (PES) que tiene un corte de peso molecular de "j" daltones. La solución de proteína concentrada resultante tenía un contenido de proteína de "k" % en peso.
La solución concentrada a "1" °C se diluyó "m" en agua RO fría que tiene una temperatura "n" °C. Se formó inmediatamente una nube blanca y se recuperó la masa pegajosa, viscosa y precipitada (PMM) por centrifugación en un
rendimiento de "o" % en peso de la solución de proteína filtrada. La PMM se removió del sobrenadante y se secó. Se encontró que la proteína derivada de PMM seca tenía un contenido de proteína de "p" % (N x 6.25) d.b. Se proporcionó al producto una designación "q" C307C.
"r" L sobrenadante se ajustó a una conductividad "s" ms por la adición de cloruro de calcio de una solución concentrada. Esta solución entonces se centrifugó y/o filtró para remover el material de fitato precipitado, dando por resultado "t" L de un contenido de fitato reducido, solución de proteína clarificada a una concentración de "u" % en peso. El contenido de fitato reducido, sobrenadante clarificado entonces se ajustó a pH "v" por la adición de HCl y se redujo en volumen a "w" L por ultrafiltración utilizando una membrana de polietersulfona (PES) que tiene un corte de peso molecular de 'x' daltones. En los puntos de reducción de volumen 3, 5 y 7, se tomaron muestras de 200 ml del producto retenido y se secaron. El producto de proteína de canola seca se adicionó al agua de RO suficiente para hacer una solución con un contenido de proteína de 3.2% p/v. La solución se mezcló hasta que se solubilizó completamente y entonces se analizó en un instrumento HunterLab ColorQuest XE para el color y la claridad. Las muestras secas se analizaron para el contenido de proteína y claridad después de la resolubilización en condiciones ácidas. Los resultados se exponen en la siguiente tabla 4:
Tabla 4
Los parámetros 'a' a 'x' para una corrida se exponen en la siguiente tabla 5:
Tabla 5
Las lecturas de color y claridad proporcionadas en la tabla 4 son comparables a aquellas de un producto similar con alto contenido de proteínas, como se puede ver por comparación con los aislados en la tabla 3.
Sumario de la divulgación
En resumen de esta divulgación, se produce un producto de proteína de canola predominada por 2S de propiedades equivalentes al aislado de proteína de canola predominado por 2S producido en la Solicitud de Patente de Estados Unidos de América No. 12/542,922 mencionada anteriormente.
Claims (4)
1. Un proceso de preparación de un concentrado de proteína de canola, que comprende:
(a) adicionar una sal de calcio al sobrenadante de la precipitación de la masa micelar de proteína de canola para proporcionar una conductividad de 5 a 30 mS/cm para formar un precipitado de fitato de calcio
(b) remover el fitato de calcio precipitado de la solución resultante para proporcionar una solución clara,
(c) ajustar el pH de la disolución transparente a 2.0 a 4.0 para formar una disolución clara ajustada por pH,
(d) concentrar, utilizando una técnica de membrana selectiva utilizando ultrafiltración utilizando membranas que tienen un corte de peso molecular de 3,000 a 100,000 u (Daltones), la solución clara ajustada por pH a una concentración de proteína de entre 50 g/L y 100 g/L para formar una solución de proteína de canola concentrada clara,
(e) opcionalmente diafiltrar la solución de proteína de canola concentrada clara,
(f) opcionalmente llevar a cabo un paso de remoción de color en la solución de proteína de canola concentrada clara opcionalmente diafiltrada, y
(g) secar la solución de proteína concentrada clara opcionalmente descoloreada y opcionalmente diafiltrada,
donde la concentración y el paso de diafiltración opcional se llevan a cabo tal que el concentrado de proteína de canola seca contiene de 60 a menos de 90% en peso (N x 6.25) de proteína en una base de peso seco.
2. El proceso reivindicado en la reivindicación 1, donde, en el paso (a) la sal de calcio es cloruro de calcio y se adiciona al sobrenadante para proporcionar una conductividad de 8 a 10 mS/cm.
3. El proceso reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, donde, en el paso (c), el ajuste de pH es a un pH de 2.9 a 3.2.
4. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, donde el paso de concentración (d) se lleva a cabo utilizando ultrafiltración que utiliza membranas que tienen un corte de peso molecular de 5,000 a 10,000 u (daltones).
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