FR2484206A1 - Procede de preparation d'isolats de proteines en utilisant des solutions de sels de qualite alimentaire a des ph et force ionique particuliers - Google Patents

Abstract

ON ISOLE, AVEC UN RENDEMENT ELEVE, DES PROTEINES AYANT UNE FONCTIONNALITE ELEVEE ET N'ETANT PRATIQUEMENT PAS DENATUREES, PAR EXTRACTION DES PROTEINES D'UNE SOURCE DE PROTEINES EN UTILISANT UNE SOLUTION D'UN SEL DE QUALITE ALIMENTAIRE DANS DES CONDITIONS DETERMINEES, EN AUGMENTANT LA CONCENTRATION EN PROTEINE DE L'EXTRAIT RESULTANT TOUT EN MAINTENANT LA MEME CONCENTRATION EN SEL, ET EN DILUANT LA SOLUTION DE PROTEINE CONCENTREE. L'ISOLAT DE PROTEINE SOUS FORME DE MICELLES DE PROTEINE SE FORME DANS LA PHASE AQUEUSE ET SE DECANTE EN DONNANT UNE MASSE PROTEINEE DE TYPE GLUTEN, COLLANTE ET AMORPHE QUI PEUT ETRE SECHEE EN DONNANT UNE POUDRE.

Description

La présente invention concerne l'isolement de protéine à partir de sources de protéines.

Dans le brevet canadien nO 1.028.552 (ainsi que dans son équivalent des Etats Unis d'Amériue nO 4.169.090), appartenant tous deux à la demanderesse, il est décrit un procédé de formation d'isolats de protéine, qui consiste à soumettre une source de protéine à une solution aqueuse d'un sel de qualité alimentaire ayant une concentration en sel correspondant à une force ionique d'au moins environ 0,2 à une température d'environ 150 à environ 350C et à un pH d'environ 5,5 à environ 6,3, à diluer la solution de protéine résultante jusqu'à une force ionique de moins d'environ 0,1 pour provoquer la formation de micelles de protéines dans la phase aqueuse, et à recueillir les micelles de protéine sous forme d'une masse amorphe d'isolat de protéine.

Ce dernier procédé peut s'appliquer à l'isolement de protéine à partir d'une grande variété de sources de protéine en rendementsnettement supérieurs à ceux que l'on peut normalement obtenir en utilisant les procédés d'extraction saline. L'isolat de protéine obtenu par le procédé antérieur n'est pratiquement pas dénaturé et a une fonctionnalité que ne présente pas la source de protéine, ni ses précipités isoélectriques.

L'extraction de protéine à partir de la source nécessite l'utilisation d'une solution saline ayant une force ionique d'au moins 0,2 pour effectuer la solubilisation de la protéine et l'on utilise généralement des forces ioniques allant jusqu'd 0,8, en raison du degré de dilution élevé nécessaire pour l'isolement de la protéine aux forces ioniques supérieures. On utilise souvent le chlorure de sodium comme sel d'extraction mais on peut utiliser un quelconque autre sel de qualité alimentaire.

L'intervalle de pH de 5,5 à 6,3 est choisi dans le procédé antérieur, car la forme micellaire de l'isolat n'est pas obtenue en quantités sgni,icatives à Hes pH supérieurs à 6,3 et les rendements de protéine tombent de façon importante aux valeurs supérieures et, bien que la forme micellaire de l'isolat soit obtenue à des pH de 5,5 à environ 5,0, une contamination par le phosphore se produit à un degré inacceptable pour des pH inférieurs à 5,5.

Selon la présente invention, on augmente le rendement en isolat de protéine que l'on peut obtenir par le procédé antérieur, en augmentant la concentration de la solution de protéine obtenue dans l'étape d'extraction tandis que la concentration en sel reste la même avant l'étape de dilution.

Cette étape de concentration permet également d'effectuer le procédé d'isolement des protéines sur de plus larges intervalles pour certains des paramètres.

En conséquence, la présente invention fournit un procédé de préparation d'un isolat de protéine à partir d'une source de protéine, qui consiste : (a) à extraire la source de protéine par une solution aqueuse d'un sel de qualité alimentaire ayant une force ionique d'au moins environ 0,2 et à un pH d'environ 5 à environ 6,8, à une température d'environ 150 à environ 350C, pour provoquer la solubilisation de la protéine provenant de ladite source de protéine et former une solution de protéine ; (b) à augmenter la concentration en protéine de ladite solution de protéine tout en maintenant sa force ionique pratiquement constante, (c) à diluer la solution concentrée de protéine jusqu'à une force ionique inférieure à environ 0,2 pour provoquer la formation de micelles de protéine dans la phase aqueuse, (d) et à décanter les micelles de protéine sous forme d'une masse micellaire protéinée de type gluten gélatineuse collante amorphe. L'isolat de protéine ainsi formé, après séparation de la phase aqueuse résiduelle, peut être séché jusqu'à une forme pulvérulente.

L'étape initiale du procédé de cette invention comprend la solubilisation des protéines de la source. La source de protéine peut largement varier et comprend les protéines végétales, par exemple les céréales de type féculent, comme le blé, le mais, l'avoine, le seigle, l'orge et l'hybride blé-seigle ; les légumes féculents comme les pois pour fourrage, les pois chiches, les fèves, les haricots secs et les graines oléagineuses comme les graines de tournesol, les graines d'arachide, les graines de colza et les graines de soja ; les protéines animales, comme les protéines sériques ; et les protéines microbiennes. Les protéines végétales sont préférées car elles sont facilement disponibles.

La source de protéine est généralement broyée par une quelconque technique appropriée avant d'en effectuer l'extraction des protéines. La granulométrie moyenne du matériau broyé peut varier largement, et est généralement comprise entre environ 20 microns et environ 2 mm, et est de préférence inférieure à environ 74 microns. Le broyage peut être accompagné d'un enlèvement physique d'une certaine partie des matériaux non protéinés à l'aide de techniques classiques.

On utilise une solution d'un sel de qualité alimentaire dans la solubilisation des protéines, et le sel de qualité alimentaire est généralement le chlorure de sodium bien que l'on puisse utiliser d'autres sels comme le chlorure de potassium ou le chlorure de calcium. La solution de sel de qualité alimentaire a une force ionique d'aumoinsenviron 0,2 pour permettre la solubilisation de quantités significatives de protéine. Lorsque la force ionique de la solution saline augmente, le degré de solubilisation de la protéine provenant de la source augmente initialement jusqu'à ce qu'on obtienne une valeur maximum. Toute augmentation ultérieure de la force ionique n'augmente pas la solubilité de la protéine.La force ionique de la solution de sel de qualité alimentaire qui produit une solubilisation maximum des protéines varie selon le sel concerné et la source de protéine choisie.

En raison du plus grand degré de dilution nécessaire lorsque l'on augmente les forces ioniques, on préfère généralement utiliser une force ionique inférieure à environ 0,8 et, de préférence une force ionique d'environ 0,3 à environ 0,6. On a cependant utilisé une des forces ioniques allant ,usqutà 5,0.

On effectue la solubilisation de la protéine par le sel à une température d'environ 150 à environ 350C, de préférence avec agitation pour diminuer la durée de solubilisation qui est généralement comprise entre environ 10 et environ 60 minutes. On préfère effectuer la solubilisation pour extraire pratiquement la quantité maximale de protéine à partir de la source.

La limite inférieure de température d'environ 150C est choisie car la solubilisation est bien trop lente en pratique en-dessous de cette température tandis que la limite supérieure de température d'environ 359C est choisie car la croissance microbienne devient bien trop rapide au-dessus de cette température.

La solution aqueuse de sel de qualité alimentaire a un pH d'environ 5 à environ 6,8 pour permettre à l'isolat de protéine de se former par la route micellaire,decrite plus en détail ci-dessous. La valeur optimale du pH pour obtenir le rendement maximum en isolat de protéine varie selon la source de protéine choisie.

Aux limites de l'intervalle de pH et près de ces limites, la formation de l'isolat de protéine ne se produit que partiellement par la route micellaire et en rendements inférieurs à ceux que l'on peut obtenir dans le reste de l'intervalle de pH. Pour ces raisons, on préfère des pH d'environ 5,3 à 6,2.

On peut ajuster le pH de la solution de sel de qualité alimentaire à une quelconque valeur désirée dans l'intervalle d 'environ 5 à environ 6,8, pour l'utilisation dans l'étape d'extraction, en utilisant un quelconque acide de qualité alimentaire appropriée, généralement l'acide chlorhydrique, ou une base de qualité alimentaire, généralement l'hydroxyde de sodium, comme cela est nécessaire.

La concentration de la source de protéine dans la solution de sel de qualité alimentaire pendant l'étape de solubilisation peut varier de façon importante. Des concentrations type sont d'environ 5 à environ 15 % poids/volume.

Une fois que l'on a effectué l'opération d'extraction des protéines, on sépare la solution de protéine du matériau potiné extrait constituant la phase solide. La solution de protéine, ayant généralement une concentration de protéine d'environ 10 à environ 100 g/litre, de préférence environ 30 à environ 70 g/litre, est ensuite concentrée pour augmenter sa concentration en protéine tout en maintenant sa force ionique pratiquement constante.

L'étape de concentration peut être effectuée par une quelconque technique appropriée utilisant une membrane sélective, comme l'ultrafiltration ou la diafiltration.

L'étape de concentration a l'effet intéressant d'augmenter le rendement en isolat que l'on peut obtenir dans le procédé, en augmentant ainsi l'efficacité globale du procédé d'isolement des protéines.

Le degré de concentration de la solution de protéine peut être appelé "facteur de concentration" ou de façon plus appropriée "facteur de réduction du volume". Lorsque le facteur de réduction de volume, exprimé comme le rapport du volume de la solution avant concentration au volume de le solution concentrée, et donc la concentration en protéine augmente à partir de 1,0, le rendement que l'on peut obtenir augmente jusqu a ce que l'on obtienne un maximum.

Une fois que l'on a atteint le rendement maximal que l'on peut obtenir, des diminutions ultérieures du volume de la solution concentrée ne sont intéressantes qu'en ce qui concerne le volume de liquide nécessaire pour la dilution ultérieure pendant l'étape d'isolement des protéines.

Le facteur de réduction de volume auquel on atteint le rendement maximum que l'on peut obtenir dépend de la source de protéine utilisée et du pH de la solution de protéine. On préfère utiliser un facteur de réduction de volume de 3,0 à 4,0, car le rendement maximum que l'on peut obtenir est généralement obtenu en utilisant ces valeurs.

On utilise souvent un facteur de réduction de volume d'au moins 1,1 et lorsque les facteurs de réduction de volume deviennent très élevés, généralement environ 5,0 à 6,0, la viscosité de la solution de protéine devient tres il.vCe, ce qui peut conduire à des difficultés dans le traitement ultérieur, en empêchant ainsi l'utilisation de valeurs supérieures.

Les concentrations peuvent être effectuées à une quelconque température appropriée, typiquement environ 200 à environ 500C, et pendant le temps nécessaire pour effectuer le degré désiré de concentration. La température et les autres conditions utilisées dépendent à un certain degré de l'appareil à membrane utilisé pour effectuer la concentration-.

La concentration de la solution de protéine dans cette étape non seulement augmente le rendement global du procédé mais diminue également la concentration en sel de l'isolat de protéine après séchage. La possibilité de régler la concentration en sel de l'isolat est importante dans les applications de l'isolat où des variations des concentrations de sel modifient les propriétés. La capacité de liaison de l'isolat diminue lorsque les concentrations en sel augmentent.

L'étape de concentration permet d'augmenter la limite supérieure du pH de l'étape de l'extraction à environ 6,8 à partir d'environ 6,3, bien que de telles valeurs supérieures soient moins indiquées, pour les raisons décrites précédemment.

Comme on le sait, les techniques d'ultrafiltration et les techniques similaires utilisant des membranes sélectives permettent aux espèces de faible poids moléculaire de traverser les membranes tout en empêchant les espèces de poids moléculaire supérieur de le faire. Les espèces à faible poids moléculaire comprennent non seulement les espèces ioniques du sel de qualité alimentaire mais également les matériaux de faible poids moléculaire extraits de la source, par exemple les glucides.Le point de séparation des poids moléculaires de la membrane est généralement choisi pour assurer la rétention de pratiquement toutes les protéines dans la solution
L'élimination des espèces de faible poids moléculaire à partir de la solution extraite pendant l'étape de concentration permet d'augmenter la concentration en protéine sans les faire précipiter, au-delà de la concentration maximale que l'on peut obtenir dans l'étape d'extraction.

Comme mentionné précédemment, une des difficultés du procédé antérieur, lors de l'utilisation des pH de 5,0 à 5,5, est la teneur en phosphore de l'isolat, principalement sous forme d'acide phytique. Lorsque la quantité de l'acide phytique dans l'isolat augmente, la digestibilité de l'isolat est modifiée de façon nuisible et croissante. On préfère donc diminuer la teneur en phosphore de l'isolat jusqu'au degré le plus grand possible.

On a trouvé que, bien que la concentration de la solution de protéine ne modifie pas la teneur en phosphore de l'isolat de protéine final à un quelconque degré significatif, quand on combine l'étape de concentration avec au moins une étape de "lavage", on diminue alors de façon importante la teneur en phosphore de l'isolat obtenu dans l'intervalle de pH d'environ 5 à 5,5, ce qui permet d'utiliser le procédé sur un intervalle de pH plus large que celui défini dans le brevet antérieur susmentionné.

L'étape de "lavage" effectuée selon ce mode de réalisation de l'invention peut être effectuée en concentrant d'abord la solution de protéine, en diluant la solution de protéine concentrée avec une solution de sel de qualité alimentaire tout en maintenant la protéine à l'état dispersé, puis en reconcentrant la solution diluée de protéine pour augmenter sa concentration en protéine tout en maintenant pratiquement constante la force ionique. Les opérations de dilution et de reconcentration peuvent être répétées si on le désire jusqu'à ce que l'on obtienne la diminution maximale de la concentration en phosphore, si cette dernière n'a pas été obtenue dans l'étape de "lavage" initiale.

La dilution de la solution de protéine concentrée, tout en maintenant la protéine à l'état dispersé, est généralement effectuée pour obtenir pratiquement la même concentration en protéine dans la solution diluée que celle existant avant l'étape de concentration, généralement en utilisant un volume de solution saline égal à celui enlevé dans l'étape de concentration et ayant la même force ionique que la solution concentrée, de sorte que la dilution est effectuée sans pratiquement aucun changement de la force ionique.

La reconcentration de la solution de protéiné diluée est généralement effectuée en utilisant le même facteur de réduction de volume que dans l'étape de concentration initiale, la force ionique restant pratiquement constante, bien que l'on puisse utiliser, si on le désire, un facteur de réduction de volume différent.

L'opération de "lavage" peut également être effectuée d'une autre manière en introduisant continuellement de la solution de sel de qualité alimentaire dans la solution de protéine résultant de l'étape d'extraction pendant que cette dernière est concentrée par une technique utilisant une membrane pour enlever la solution de sel à la meme vitesse.

Dans ce dernier mode opératoire, le volume de la solution de protéine et sa force ionique restent les mêmes pendant l'addition de la solution de sel jusqu'à ce que le "lavage" ait permis le degré désiré d'enlèvement du phosphore. L'addition de la solution fraiche de sel de qualité alimentaire est alors arrêtée et on concentre la solution de protéine lavée au degré désiré pour le traitement ultérieur.

La combinaison des étapes de lavage et de concentration diminue de façon importante la concentration en phosphore de l'isolat sur l'intervalle de pH de 5,0 à 5,5, en permettant en pratique l'utilisation de ces pH pour l'extraction des protéines.

Le procédé global d'isolement des protéines diminue la teneur en phosphore de la source de protéine initiale, ce qui n'est pas le cas dans le procédé de précipitation isoélectrique des protéines, où une augmentation peut se produire.

La concentration en phosphore diminue d 'environ 20 à 30 % en poids par rapport à celle existant dans la source, dans l'intervalle de pH de 5,0 à 5,5, sans l'étape de "lavage", bien que des diminutions d'environ 40 à 50 % soient obtenues à des pH supérieurs à 5,5. L'utilisation d'au moins une étape de lavage permet d'obtenir des diminutions similaires du niveau de phosphore, généralement jusqu'à une valeur inférieure à environ 0,8 % en poids et, de préférence inférieure à 0,5 % en poids.

La solution de protéine concentrée résultant de l'étape de concentration ou des étapes combinées de concentration et de lavage, quel que soit le mode opératoire que l'on adopte, ayant généralement une concentration en protéine d'environ 40 à environ 200 g/litre, selon la concentration initiale de la protéine et le facteur de réduction du volume utilisé, est diluée jusqu'à une force ionique inférieure à environ 0,2, généralement en faisant passer la solution de protéine concentrée dans une masse d'eau ayant le volume nécessaire pour obtenir la diminution de la force ionique.

La masse d'eau dans laquelle la solution de protéine concentrée est introduite a généralement une température inférieure à environ 250C et a, de préférence, une température d'environ 50 à environ 150C, car on obtient des rendements améliorés en isolat de protéine avec ces températures plus froides.

La diminution de la force ionique provoque la formation d'une masse nuageuse de gouttelettes distinctes de protéine sous forme micellaire. On laisse les micelles de protéine décanter pour former une masse d'isolat de protéine de type gluten , collante, amorphe, dense et coalescée.

La décantation peut être provoquée, par exemple, par centrifugation. Une telle décantation provoquée diminue la teneur en liquide de la masse d'isolat de protéine, ce qui diminue la teneur en eau d'environ 70 % en poids à environ 95 % en poids, jusqu'à une valeur qui est généralement environ 50 % en poids à environ 80 e en poids. La diminution de la teneur en eau de la masse d'isolat de cette façon permet également de diminuer la teneur en sel occlus de l'isolat et donc, la teneur en sel de l'isolat séché.

Comme mentionné précédemment, la concentration en sel de l'isolat a de l'importance pour son utilité dans certaines applications, en particulier son utilisation comme liant de composants alimentaires. Une centrifugation combinée à une concentration de la solution de protéine diminue à la valeur minimale la concentration en sel de l'isolat et rend donc maximale la capacité de liaison de l'isolat.

La force ionique.à laquelle on dilue la solution de protéine concentrée et qui est inférieure à environ 0,2 affecte l'efficacité de la formation de micelles et donc, le rendement en isolat que l'on obtient. Pour cette raison, la force ionique est généralement diminuée jusqu'à une valeur inférieure à environ 0,15 et, de préférence inférieure à environ 0,1. La possibilité d'obtenir de bons rendements en isolat de protéine dans l'intervalle de forces ioniques d'environ 0,1 à environ 0,2, selon cette invention, contraste de façon nette avec le mode opératoire de la technique antérieure, mentionnée précédemment, où il faut diminuer la force ionique en-dessous de 0,1 pour obtenir des rendements raisonnables.

La dilution est de préférence effectuée jusqu' à une force ionique d'environ 0,06 à environ 0,12, car on obtient dans cet intervalle les rendements optima, et des volumes excessifs d'eau n'apportant aucun bénéfice supplémentaire sont nécessaires pour une force ionique inférieure à environ 0,06. La limite inférieure de la force ionique pour la solution diluée de protéine est davantage dictée par des considérations économiques pratiques de volume de liqueur plutôt que par des considérations de possibilité de fonctionnement du procédé.

L'isolat décanté sous forme de masse protéinée de type gluten , gélatineuse, collante et amorphe, appelee "masse micellaire protéinée" ou tbIP, est séparé de la phase aqueuse.

La MMP peut être utilisée sous forme humide ou bien peut être séchée, par une quelconque technique appropriée, comme le séchage par pulvérisation, la lyophilisation ou le séchage sur tambour sous vide, jusqu'à une forme sèche. La MlrlP sèche a une teneur en protéine élevée, généralement supérieure à environ 95 % de protéine (calculée comme étant N de Kjeldahl x 6,25), et est pratiquement non dénaturée (comme le montre une calorimétrie à balayage différentiel).

Le procédé de cette invention présente les avantages d'un traitement modéré selon le procédé de la technique antérieure pour obtenir un isolat de protéine non dénaturé de fonctionnalité élevée, mais est amélioré par rapport à ce procédé en ce qu'il augmente le rendement en isolat de protéine et permet de maîtriser les teneurs en phosphore de façon suffisante pour agrandir l'intervalle de pH utilisable.

On peut rendre optimal le rendement à partir d'une quelconque source donnée en choisissant les conditions appropriées selon la discussion détaillée précédemment de chacune des étapes du procédé.

La MMP peut être utilisée dans les applications classiques des isolats de protéine comme le renforcement en protéine des aliments traités, l'émulsification des huiles, les agents formateurs de corps dans les produits cuits au four et comme agent moussant dans les produits qui emprisonnent les gaz.

Cependant, la MMP a egalement une fonctionnalité que ne présentent pas la source de protéine et ses précipités isoélectriques. La MMP peut être transformée en fibres protéinées, utiles comme homologues de la viande, et peut être utilisée comme produit de remplacement ou comme extenseure du blanc d'oeuf dans les produits alimentaires où l'on utilise du blanc d'oeuf comme liant, ou comme produit de remplacement ou extenseur du gluten de blé dans les produits à base de blé.

EXEMPLES
EXEMPLE I
Cet exemple illustre le procédé de l'invention et l'effet de variations du facteur de réduction de volume sur la concentration en sel.

On mélange un concentré de protéine (environ 50 % en poids de protéine) de pois pour fourrage avec une solution 0,4 M de chlorure de sodium, à raison de 10 % poids/volume à une température d'environ 250C. On agite le mélange pendant environ 25 minutes à un pH d'environ 6,0. On sépare l'extrait aqueux de protéine de la matière solide résiduelle et il a une concentration en protéine d'environ 40 mg/ml.

On concentre ensuite l'extrait dans une unité d'ultrafiltration en utilisant deux cartouches "ROMICON"
Type XM50 sur une période de traitement d'environ 40 minutes, à une température d'environ 400C. La cartouche d'ultrafiltration "ROMICON" est fabriquée par Rohm and Haas Company, la désignation "50" correspondant à un poids moléculaire de séparation de 50 000. On prépare des concentrés à divers facteurs de réduction de volume (ctest-à-dire le rapport du volume initial à celui de là solution concentrée) compris entre 3,0 et 5,0, et ces concentrés ont un pH d'environ 6,0 à 6,3.

Les concentrés sont ensuite chacun dilués dans de l'eau froide ayant une température d'environ 80C à un rapport volumique de 1 à 5 (c'est-à-dire, 1 partie de concentré pour 5 parties d'eau), c'est-à-dire jusqu'à une force ionique d'environ 0,07. Immédiatement après la dilution, il se forme dans le système de dilution un nuage blanc d'isolat de protéine dont on observe qu'il est sous forme de micelles de protéine. On laisse les micelles de protéine décanter sous forme d'un précipité gélatineux amorphe très visqueux, à la partie inférieure du récipient.

La M9dP humide récupérée de la liqueur surnageante et séchée par pulvérisation pour former un produit en poudre sec dont on analyse la teneur en sel, en eau et en protéine.

On obtient des rendements globaux en protéine d'environ 35 à 40 %, par rapport à la protéine initiale sur tout l'intervalle de facteurs de réduction de volume testé, que l'on comparera au rendement d'environ 20 % pour le procédé équivalent sans étape de concentration.

Le Tableau I suivant donne les résultats des analyses des protéines et du sel pour la MMP sèche, par rapport à une
MMP sèche formée par un procédé équivalent sans étape de concentration
TABLEAU I
Facteur de réduction Protéine Teneur en sel de la MMP
de volume en poids sèche, % en poids
1,09 83,2 5,36
3,19 88,2 5,68
3,49 94,2 1Z87
3,76 95,2 2,36
4,06 90,0 3161
4,08 91,0 3,11
4,42 91,5 2,21
4,76 95r5 1152.

4,80 93,9 2t57
5,04 97,1 1,71
Les résultats du Tableau I ci-dessus montrent que la pureté de la 1MP (en ce qui concerne la teneur en protéine) augmente et que la teneur en chlorure de sodium diminue quand on utilise des facteurs de réduction de volume supérieurs à environ 3,5 et allant jusqu'à 5.

EXEMPLE II
Cet exemple illustre l'essai de la centrifugation sur la concentration en sel de l'isolat de protéine.

Après la formation du nuage blanc de micelles de protéine dans le système de dilution, à partir d'une solution de protéine formée par le mode opératoire de l'Exemple I et concentrée selon un facteur de réduction de volume de 5, on centrifuge le système de dilution à 5000 x g pendant 10 minutes pour former un précipité gélatineux amorphe très visqueux au fond du récipient. On sépare la liqueur surnage an te et la MMP humide et on sèche la 5P humide par pulvérisation et on détermine sa teneur en sel et en protéine.

Le Tableau II suivant donne les résultats analytiques pour les échantillons de MMP sèche par rapport à des échantillons de MMP sèche formée par le mode opératoire équivalent mais sans étape de centrifugation.

TABLEAU II
Protéine, % en poids Teneur en sel, % en poids
Centrifugation de la MMP sèche
Avec Sans Avec Sans 99 % 96,7 0,12 1,73
Les résultats du Tableau II ci-dessus indiquent que l'on obtient une diminution importante de la concentration en sel lorsqu'on utilise l'étape de centrifugation.

EXEMPLE III
Cet exemple illustre l'effet du pH de l'extraction sur le rendement global du procédé.

On effectue une série d'expériences utilisant, de façon générale, le mode opératoire de l'Exemple I, et l'on détermine dans chaque cas le rendement en isolat de protéine.

Dans un groupe d'expériences, le concentré de fèves est extrait avec une solution 0,35 M de chlorure de sodium ayant des pH allant de 4,6 à 7,0, pendant 45 minutes à 350C.

Après avoir soumis la solution de protéine à une ultrafiltration pour obtenir un facteur de réduction de volume de 3,5, on dilue la solution de protéine concentrée de 1 à 2,5 (jusqu'à une force ionique de 0,1) pour former un nuage de particules de protéine. On observe au microscope la forme de l'isolat de protéine dans le nuage. On décante par centrifugation l'isolat de protéine, on le sépare de la liqueur surnageante et on le sèche par pulvérisation jusqu'à une poudre.

Dans un autre groupe d'expériences, on répète le mode opératoire utilisé pour le premier groupe mais on n'effectue pas l'étape d'ultrafiltration.

Les résultats obtenus sont donnés dans le Tableau III suivant
TABLEAU III pH Rendement global (t) Forme de l'isolat
Avec ultra- Sans ultra- (Groupe avec ultrafiltration filtration filtration seulement) 4,6 22,0 19,7 Moins de 10 % de micelles,
En majeure part-ie, particulaire 4,8 29,5 23,6 Environ 10 à 20 % de micelles,
En majeure partie, particulaire 5,0 39,4 31,5 Environ 40 à 50 % de petites
micelles 5,2 620 47,2 Plus de 80 % de petites
micelles 5,4 57,8 49,7 5,6 67t0 53,2 Plus de 80 % de grosses et
petites micelles 5,8 63,0 51r4 6,0 59,4 49,7 Plus de 80 % de petites
micelles 6,2 54,3 47,7 6,4 54t2 42,1 6; ;6 48,9 38,2 Environ 40 à 50 t de petites
et grosses micelles 6,8 42t7 30w7 7,0 27,9 17,3 Moins de 10 % de micelles
Les résultats du Tableau III ci-dessus montrent que l'on obtient des rendements améliorés en utilisant l'ultrafiltration sur un intervalle de pH important mais que l'on n'obtient une masse micellaire de protéine que sur un intervalle de pH limite.

EXEMPLE IV
On répète le mode opératoire de l'Exemple III, mais on utilise des pois pour fourrage à la place des fèves.

On effectue la détermination du rendement de façon ponctuelle seulement sur l'intervalle de pH de 4,5 à 7,0.

Les résultats sont donnés dans le Tableau IV suivant.

TABLEAU IV pH Rendement global (%) Forme de l'isolant
Avec ultra- Sans ultra
filtration filtration ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 5,0 34,2 24,9 Environ 40 à 50 % de petites
micelles 5,7 66,5 46,3 Plus de 80 % de petites
micelles 6,0 69,7 43,2 6,6 45,5 " 32,6 Plus de 80 % de petites et
moyennes micelles 6,8 38w6 22,3 70 29,3 11,4 -Pas de micelles
Les résultats du Tableau IV précédent corroborent ceux du Tableau III en ce qui concerne l'amélioration du rendement et la forme de l'isolat de protéine.

EXEMPLE V
Cet exemple illustre l'effet de la concentration et l'effet combiné de la concentration et du lavage sur la concentration en phosphore de l'isolat.

On répète le mode opératoire de l'Exemple III, sauf que l'on utilise des valeurs de pH variables dans l'étape d'extraction et que, dans un groupe d'expériences, la solution de protéine concentrée est diluée avec une solution 0,35 M de chlorure de sodium et soumise à nouveau à une ultrafiltration pour concentrer la solution diluée selon un facteur de réduction de volume de 3,5, tandis que ces étapes sont omises dans un second groupe d'expériences.

Dans chaque cas, on détermine la concentration en phosphore en l'isolat sec et on la compare à celle du concentré de protéine de départ qui contient 0,82 % de phosphore.

Les résultats sont donnés dans le Tableau V suivant
TABLEAU V
Teneur en P (valeur absolue) et % de changement
par rapport à la substance de départ pH Pas d'UF Avec UF AvecUF+ lavage
% P Changement % P Changement % P Changement
(UF = ultrafiltration) 4,8 0,72 - 12,2 0,70 - 1416 0,46 - 43,9 5,0 0,55 - 32,9 0,57 - 30,4 0,42 - 47t6 5,2 0,55 - 32,9 0,45 - 45,1 0t39 - 52,4 5,4 0,41 - 50,0 0,45 - 45,1 0,39 - 51,2
Les résultats du Tableau V montrent que l'ultrafiltration seule a un faible effet sur la concentration en phosphore mais que le lavage avec l'ultrafiltration produit une diminution nettement améliorée de la teneur en phosphore, jusqu'à un pH 5,4.

EXEMPLE VI
Cet exemple illustre l'effet du facteur de réduction de volume sur le rendement.

On répète le mode opératoire de l'Exemple III sur des nois pour fourrage à divers facteurs de réduction de volume à des pH de 5,0 et 5,7. On détermine dans chaque cas le rendement de l'étape de dilution. Le Tableau VI suivant donne les résultats obtenus.

TABLEAU VI
pH 5.0 5.7
FRV (1) Rendement de la dilution % Rendement de la dilution %
1,0 45,6 46,1
2,0 51,5 63,1 215 48f7 61 9
3,0 46,6 73,4
3,5 62,6 66
4,0 64,0 76,6
5,0 640 55,4(2)
6,0 66,0 7117
Note : (1) FRV est le facteur de réduction de volume
(2) Ce résultat est une anomalie.

Les résultats du Tableau VI précédent indiquent qu'une augmentation du facteur de réduction de volume conduit à une augmentation du rendement de l'étape de dilution, jusqu'à un niveau de rendement maximal après quoi les augmentations du facteur de réduction de volume n'entraînent aucune amélioration significative du rendement.

EXEMPLE VII
Cet exemple illus-tre l'effet de la variation des degrés de dilution sur le rendement de l'étape de dilution.

On répète le mode opératoire de l'Exemple II en utilisant les deux mêmes groupes d'expériences qui y sont décrits, mais au lieu de faire varier le pH, on utilise un pH de 6,0 et on dilue la solution de protéine à des valeurs variables finales de la force ionique. On détermine dans chaque cas le rendement de la dilution de l'isolat de protéine.

Les résultats obtenus sont donnés dans le Tableau VII.

TABLEAU VII
Force ionique de la Rendement de la dilution, %
solution diluée Avec UF Sans UF
0,2 39,8 10,4
0,18 38,4 17,8
0t15 43,4 28,4
0,12 52,9 34,3
0,10 57,9 35,9 59,4 59,4 39t6
0,06 60,9 44,6
Comme le montrent les résultats du Tableau VII précédent, quand on utilise l'ultrafiltration, le rendement de l'étape de dilution est très élevé (de l'ordre de 40 %) à une force ionique de 0,2 et augmente lorsque le degré de dilution augmente. En l'absence d'ultrafiltration, on obtient de faibles rendements de la dilution à des forces ioniques de 0,1 et plus.

EXEMPLE VIII
Cet exemple illustre l'effet de la force ionique de la solution de sel sur le rendement du procédé.

On répète le procédé de l'Exemple III en utilisant un pH de 6,0 et diverses forces ioniques pour la solution de sel que l'on utilise dans l'étape d'extraction des protéines.

Pour simplifier les opérations, on n'effectue pas d'ultrafiltration. On détermine les rendements et on les indique dans le Tableau VIII suivant
TABLEAU VIII
Force ionique de Rendement
la solution de NaC1 %
0,2 30,0
0,3 39,8
0,4 42,3
0,5 40,8
0f6 40,2
0,7 44,9
0,8 45,3
0t9 4414
1t0 35,5
1,3 39,9
1,5 40,4
2,0 38,9
2,5 30,3
3,0 24,8
4,0 39B7
5,0 37,7
Les résultats du Tableau VIII précédent montrent que, lorsque la force ionique de la solution d'extraction augmente, la quantité de protéine solubilisée augmente initialement mais, dans l'intervalle de 0,3 à 0,4, elle atteint un maximum qui se maintient pratiquement sur tout l'intervalle d'essai.

Pour résumer cette description, la présente invention fournit un procédé d'isolement de protéines qui permet de séparer avec un rendement accru un isolat de protéine non dénaturé ayant une fonctionnalité élevée. I1 est évident que des modifications sont possibles dans le domaine de cette invention.

Claims (26)

REVENDICATIONS

1. Procédé de préparation d'un isolat de protéine, caractérisé en ce qu'il consiste

(a) A extraire une source de protéine avec une solution aqueuse d'un sel de qualité alimentaire ayant une force ionique d'au moins environ 0,2 et un pH d'environ 5 à environ 6,8, à une température d'environ 150 à environ 350C, pour provoquer la solubilisation de la protéine de ladite source et former une solution de protéine

(b) A augmenter la concentration en protéine de ladite solution de protéine tout en maintenant sa force ionique essentiellement constante

(c) A diluer la solution de protéine concentrée jusqu'à une force ionique inférieure à environ 0,2 pour provoquer la formation de particules de protéine distinctes dans la phase aqueuse au moins partiellement sous forme de micelles de protéine, et

(d) A décanter les particules de protéine pour former une masse d'isolat de protéine, au moins partiellement sous forme d'une masse micellaire protéinée, de type gluten gélatineuse, collante et amorphe.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en outre par les étapes ultérieures consistant

(e) A séparer l'isolat de protéine de la phase aqueuse surnageante ; et

(f) A sécher l'isolat séparé pour obtenir une forme pulvérulente.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite solution aqueuse de sel de qualité alimentaire a une force ionique d'environ 0,2 à environ 0,8.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite force ionique est comprise entre 0,3 et 0,6 environ.

5. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'intervalle de pH est d'environ 5,3 à environ 6,2, lesdites particules de protéine distinctes sont pratiquement totalement sous forme de micelles de protéine, et ladite masse d'isolat de protéine comprend essentiellement ladite masse micellaire protéinée.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'on effectue ladite extraction avec agitation, sur une source protéinée en particules, pendant environ 10 à environ 60 minutes, à une concentration d'environ 5 à environ 15 % poids/volume en source de protéine pour solubiliser pratiquement la quantité maximale de protéine provenant de ladite source et pour former une solution de protéine contenant environ 10 à 100 g/litre de protéine.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite concentration en protéine est augmentée d'un facteur de réduction de volume d'au moins environ 1,1, ce facteur étant le rapport du volume de ladite solution de protéine au volume de la solution de protéine concentrée.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit facteur de réduction de volume est d'environ 2,0 à environ 6,0.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 7, caractérisé en ce qu'on dilue la solution de protéine concentrée jusqu'à une force ionique d'environ 0,06 à environ 0,12.

10. Procédé selon la revendication 1,- caractérisé en ce qu'on effectue ladite étape de dilution en faisant passer ladite solution de protéine concentrée dans une masse d'eau ayant un volume suffisant pour donner ladite force ionique inférieure à environ 0,2.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite masse d'eau a une température inférieure à environ 250C.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite masse d'eau a une température d'environ 5 à environ 159C.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 7 et 10, caractérisé en ce qu'il comprend la centrifugation desdites particules de protéine pendant ladite decantation pour aider cette etape de décantation.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 7 ou 10, caractérisé en ce que ladite solution aqueuse de sel de qualité alimentaire a un pH d'environ 5 à environ 5,5 et que l'on diminue la teneur en phosphore de ladite solution de protéine avant ladite étape de dilution.

15. Procédé de préparation d'un isolat de protéine, caractérisé en ce qu'il consiste

(a) A extraire une source de protéine en particules choisie dans le groupe comprenant les céréales, les légumes et les graines oléagineuses, par agitation avec une solution aqueuse de chlorure de sodium ayant une force ionique d'environ 0,2 à environ 0,8 et un pH d'environ 5,3 à environ 6,2, à une température d'environ 15 à environ 350C pendant environ 10 à environ 60 minutes, pour provoquer la solubilisation des protéines contenues dans ladite source et former une solution de protéine contenant environ 10 à environ 100 g/litre de protéine ;;

(b) A séparer la solution de protéine de la phasesolide résiduelle,

(c) A concentrer la solution de protéine séparée par une technique utilisant une membrane pour augmenter sa concentration en.protéine tout en maintenant pratiquement constante sa force ionique, ladite concentration étant effectuée à un facteur de réduction de volume d'environ 1,1 à environ 6,0, facteur déterminé par le rapport du volume de la solution de protéine et du volume de la solution de protéine concentrée,

(d) A faire passer la solution de protéine concentrée dans une masse d'eau ayant une température inférieure à environ 250C et un volume suffisant pour diminuer la force ionique de la solution de protéine concentrée jusqu'à une valeur d'environ 0,6 à environ 0,12, pour provoquer la formation d'un nuage de micelles de protéine distinctes dans la phase aqueuse,

(e) A décanter les micelles de protéine en une masse micellaire protéinée de type gluten , gélatineuse, collante et amorphe, et

(f) A séparer la masse micellaire protéine de la phase aqueuse.

16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'on effectue ladite étape d'extraction pour solubiliser la plus grande quantité possible de protéine à partir de ladite source de protéine.

17 Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite solution aqueuse de chlorure de sodium a une force ionique d'environ 0,3 à environ 0,4 et que ladite extraction est effectuée à une concentration en matières solides d'environ 5 à environ 15 % poids/volume.

18. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le facteur de réduction de volume est d'environ 2,0 à environ 5,0.

19. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite masse d'eau a une température d'environ 50 à environ 150C.

20. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite solution aqueuse de chlorure de sodium a une force ionique d'environ 0,3 à environ 0,4, ladite extraction est effectuée à une concentration en matières solides d'environ 5 à environ 15 % en poids/volume, le facteur de réduction de volume est d'environ 2,0 à environ 5,0, et ladite masse d'eau a une température d'environ 5 à environ 150C.

21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 20, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de centrifugation de ladite masse d'eau pendant ladite étape de décantation pour augmenter la vitesse de décantation et diminuer la concentration en eau occluse dans ladite masse micellaire protéinée.

22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire qui consiste

(g) A sécher ladite masse micellaire protéinée séparée pour former un isolat de protéine en poudre.

23. Procédé de préparation d'un isolat de protéine, caractérisé en ce qu'il consiste

(a) A extraire une source de protéine avec une solution aqueuse d'un sel de qualité alimentaire ayant une force ionique d'au moins environ 0,2 et un pH d'environ 5 à environ 5,5, à une température d'environ 150 à environ 350C pour provoquer la solubilisation de la protéine contenue dans ladite source de protéine et former une solution de protéine

(b) A diminuer la concentration en phosphore de la protéine solubilisée ;

(c) A augmenter la concentration en protéine de ladite solution de protéine tout en maintenant sa force ionique pratiquement constante

(d) A diluer la solution de protéine concentrée jusqu'à une force ionique inférieure à environ 0,2 pour provoquer la formation de particules de protéine distinctes dans la phase aqueuse, au moins partiellement sous forme de micelles de protéine ;et

(e) A décanter les micelles-de protéine pour former une masse d'isolat de protéine, au moins partiellement sous forme d'une masse micellaire protéinée de type gluten gélatineuse, collante et amorphe.

24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que lesdites étapes de diminution de la concentration en phosphore et d'augmentation de la concentration de protéine de ladite solution de protéine sont effectuées

(f) En augmentant la concentration en protéine de ladite solution de protéine tout en maintenant sa force ionique pratiquement constante

(g) En diluant ladite solution de protéine concentrée à la concentration en protéine de ladite solution de protéine tout en maintenant sa force ionique pratiquement constante ; et

(h) En augmentant la concentration en protéine de ladite solution diluée tout en maintenant sa force ionique pratiquement constante.

25. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'on effectue lesdites étapes de diminution de la concentration en phosphore et d'augmentation de la concentration en protéine de la solution de protéine

(i > En ajoutant continuellement de la solution aqueuse de sel de qualité alimentaire à ladite solution de protéine tout en enlevant continuellement un volume équivalent de liqueur et en maintenant la concentration en protéine et la force ionique de la solution de protéine pratiquement constantes pendant un temps au moins suffisant gour diminuer la teneur en phosphore de ladite protéine solubilisée ; puis

(j) En concentrant la solution de protéine ainsi traitée pour augmenter sa concentration en protéine tout en maintenant sa force ionique pratiquement constante.

26. Procédé selon l'une quelconque des revendications 23, 24 et 25, comprenant les étapes supplémentaires consistant

(k) A séparer ladite masse micellaire protéinée décantée de la liqueur surnageante ; et

(1) A sécher ladite masse micellaire protéinée séparée pour obtenir une forme pulvérulente.