JP4383345B2 - カノーラ油料種子粕からのタンパク質の抽出 - Google Patents

カノーラ油料種子粕からのタンパク質の抽出 Download PDF

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Description

本発明は、油料種子タンパク質、特にカノーラ油料種子タンパク質からのタンパク質の回収に関する。
本出願は、2002年6月21日に出願した米国特許仮出願第60/390,126号および2002年8月8日に出願した第60/401,782号から、35 USC 119(e)のもとでの優先権を主張するものである。
カノーラ油料種子は、そこからのカノーラ油の回収のために広範な処理が行われている。カノーラ油料種子を圧砕して殆どの油を除去し、残った粕(ミール)は、残りの油を回収するために、一般的にはヘキサンを使用して高温の溶媒抽出をする。その溶媒抽出からの残渣粕は、残留ヘキサンを含有しており、通常は「白色フレーク」ミールとして、または一般的ではないが「マーク」ミールとして知られている。その溶媒は、その油料種子粕が圧砕機によって処理される前に再使用のためにその粕から回収される。その溶媒回収処理の中でその油料種子粕は、多くの場合「トースティング」と呼ばれる処理の中で約120℃から140℃の高温に加熱される。その結果得られた粕を「トースト済み粕(toasted meal)」または「高温生成粕(high temperature produced meal)」と称する。
圧砕機によって処理されて残った油料種子粕は、かなりの量のタンパク質を含有しており、しばしば動物の飼料として採用される。その残った油料種子粕からカノーラタンパク質の単離物の形態のカノーラタンパク質を回収する先行の処方が存在している。
本特許の譲受人に譲渡され、参照によりその開示が本明細書に組み込まれている米国特許第5,844,086号および第6,005,076号(「Murray II」)には、かなりの脂肪分を有する油料種子粕であって、同様の脂肪分を有するカノーラ油料種子粕を含むものから、タンパク質単離物を単離する方法が記載されている。この方法で必要となるステップとしては、油料種子粕からのタンパク性物質を可溶化し、さらにその粕中の脂肪も可溶化するステップと、その結果得られたタンパク質の水溶液から脂肪を除去するステップとを含む。そのタンパク質の水溶液は、脂肪除去ステップの前または後に、残った油料種子粕から分離することができる。脱脂したタンパク質溶液は、次に、イオン強度を実質的に一定に維持しながら、濃縮してタンパク質濃度を増し、その後その濃縮されたタンパク質溶液は、さらなる脂肪除去のステップにかけることができる。その濃縮したタンパク質溶液は、続いてミセルの形をした分離したタンパク質の液滴としての高度に凝集したタンパク質分子の雲のような物体を形成させるために希釈する。そのタンパク質ミセルを、沈降するままにして、凝集させて、合体し、高密度で無定形の粘稠なグルテン様の、「タンパク質ミセル塊(protein micellar mass)」またはPMMと呼ばれるタンパク質単離物の塊を形成し、それを残った水相から分離して乾燥させる。
そのタンパク質単離物は、少なくとも約90重量%のタンパク質含量(Kjeldahl法または同等の方法でN×6.25により測定して)を有しており、実質的に無変性であり(示差走査熱量測定法により測定して)、そして低い脂肪分の残りを有する。本明細書で使用する「タンパク質含量」という用語は、乾燥重量を基準として示すタンパク質単離物中のたんぱく質の量を指す。この方法を使用して得たタンパク質単離物の収率は、乾燥タンパク質単離物として回収される油料種子粕から抽出されるタンパク質の割合に関しては、一般に40重量%未満であり、典型的にはおよそ20重量%である。
上記の特許に記載されている方法は、その開示が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第4,208,323号(Murray IB)に記載されている油料種子を含むさまざまなタンパク源材料からタンパク質単離物を形成するための方法に対して修正およびそれについて改良するものとして開発された。米国特許第4,208,323号が発行されたときの1980年に入手可能であった油料種子粕は、Murray IIの特許の時のカノーラ油料種子粕の脂肪汚染の水準は有しておらず、結果として、米国特許第4,208,323号の方法は、Murray IIの方法によって処理したかかる油料種子粕からは90重量%より多いタンパク質含量を有するタンパク質物質を製造することができない。米国特許第4,208,323号には、出発材料として菜種(カノーラ)の粕を使用して実施した具体的な記載は何もない。
米国特許第4,208,323号それ自身は、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第4,169,090号および第4,285,862号(Murray IA)に記載されている方法を、PMMを形成するための希釈の前に濃縮のステップを導入することによって改良するために企画された。その濃縮のステップは、Murray IA法に対しておよそ20%からのタンパク質単離物の収率の向上に寄与した。
すべて本特許の譲受人に譲渡され、参照によりその開示が本明細書に組み込まれている同時係属の、2001年5月4日に出願された米国特許出願第60/288,415号、2001年10月5日に出願された同第60/326,987号、2001年11月7日に出願された同第60/331,066号、2001年11月26日に出願された同第60/333,494号、2002年4月24日に出願された同第60/374,801号、および2002年5月3日に出願された米国特許出願第10/137,391号(国際公開第02/089597号)には、少なくとも約100重量%のタンパク質(N×6.25)を含有する高純度のタンパク質単離物を製造する方法が記載されている。上記の米国特許出願においては、タンパク質単離物は、油料種子粕を食品用の塩溶液で抽出し、得られたタンパク質溶液を、必要な場合は最初に色素吸着剤で処理した後、少なくとも約200g/Lのタンパク質含量まで濃縮し、そしてその濃縮したタンパク質溶液を冷水中に希釈してタンパク質ミセルを形成し、それを沈降するままにして、凝集、合体させ、高密度で無定形の、粘稠なグルテン様の「タンパク質ミセル塊(protein micellar mass)」またはPMMと呼ばれるタンパク質単離物の塊を形成し、それを残った水相から分離し、そのまままたは乾燥させて使用する。
上で記載し、そして特に米国特許出願第60/326,987号、第60/331,066号、第60/333,494号、第60/374,801号および第10/137,391号に記載されている方法の1実施形態においては、PMM沈降ステップからの上澄みは、湿体のPPMおよび上澄みから乾燥したタンパク質を含むタンパク質単離物を回収するための処理をする。この方法は、最初に上澄みを限外濾過膜を用いて濃縮し、その濃縮した上澄みを湿体のPMMと混合し、その混合物を乾燥することにより実施することができる。得られるカノーラタンパク質単離物は、少なくとも約90重量%、好ましくは少なくとも約100重量%(N×6.25)の高純度のタンパク質を有する。
上で記載し、そしてことさら特に出願第60/331,066号、第60/333,494号、第60/374,801号および第10/137,391号に記載されている方法の他の実施形態においては、PMM沈降ステップからの上澄みは、その上澄みからタンパク質を回収するための処理をする。この方法は、最初に上澄みを、限外濾過膜を用いて濃縮し、その濃縮物を乾燥することにより実施することができる。得られるカノーラタンパク質単離物は、少なくとも約90重量%、好ましくは少なくとも約100重量%(N×6.25)の高純度のタンパク質を有する。
上記の米国特許出願に記載されている方法は、基本的にバッチ式方法である。本特許の譲受人に譲渡され、参照によりその開示が本明細書に組み込まれている同時係属の、2001年11月20日に出願された米国特許出願第60/331,646号、2002年5月30日に出願された同第60/383,809号、および2002年11月19日に出願された同第10/298,678号に、カノーラタンパク質単離物を製造する連続法が記載されている。それによれば、カノーラ油料種子粕は、塩溶液と連続的に混合され、その混合物は、パイプを通して搬送し、その間にカノーラ油料種子粕からタンパク質を抽出してタンパク質の水溶液を形成し、そのタンパク質の水溶液は残渣のカノーラ油料種子粕から連続的に分離され、そのタンパク質の水溶液は連続的に搬送されて選択性膜操作を経て、その間実質的に一定のイオン強度を維持しているタンパク質の水溶液のタンパク質含量を少なくとも約200g/Lまで増加し、得られたその濃縮タンパク質溶液を冷水と連続的に混合してタンパク質ミセルの形成を引き起こし、そのタンパク質ミセルを連続的に沈降させ、その間上澄みは、所定量のPMMが沈降槽に堆積するまでオーバーフローさせる。そのPMMは沈降槽から取り出して乾燥させることができる。そのPMMは、少なくとも約90重量%(N×6.25)、好ましくは約100重量%のタンパク質含量を有する。
上記の先行する米国特許出願に記載されている実験は、従来の溶媒除去装置のトースティング操作で溶媒除去した市販の油料種子粕について行う。油料種子タンパク質単離物生産用の油料種子粕としての上記の材料の使用は、おそらくは高温の溶媒除去操作によるタンパク質の変性のために、抽出の結果が油料種子中に存在するタンパク質の約30重量%未満となる。
驚いたことに、カノーラ油料種子タンパク質粕から抽出することができるタンパク質の量は、抽出を周囲温度で溶媒除去した粕について実施する場合には著しく増加することができることが今や見出された。粕からより多くのタンパク質を抽出する能力は、その方法の全体としての経済性を改良する。加えて、品質が改良された製品が得られる。
本発明の1態様によれば、タンパク質単離物を調製する方法が提供され、その方法は、(a)油料種子を圧砕してそこから油および油料種子粕を形成し、(b)油料種子粕を溶媒抽出してそこから残留油を回収し、(c)抽出した油料種子粕から約50℃未満の温度で溶媒を除去して溶媒除去油料種子粕を得、(d)溶媒除去油料種子粕を抽出して溶媒除去油料種子粕中のタンパク質の可溶化を引き起こし、約5から約6.8のpHを有するタンパク質水溶液を形成し、(e)タンパク質水溶液を残渣油料種子粕から分離し、(f)選択性膜技術を使用してイオン強度を実質的に一定に維持しながら、タンパク質水溶液のタンパク質濃度を増加させて濃縮タンパク質溶液を得、(g)濃縮タンパク質溶液を約15℃未満の温度を有する冷水中に希釈して、水相に少なくとも一部がミセルの形態をしたばらばらのタンパク質粒子を形成させ、(h)タンパク質ミセルを沈降させて、無定形、粘着性、ゼラチン状、グルテン様のタンパク質ミセル塊を形成し、および(i)タンパク質ミセル塊が、乾燥重量基準で少なくとも約90重量%(N×6.25)のタンパク質含量を有するタンパク質ミセル塊を上澄みから回収することを含む。
本発明は、約50℃より低い穏やかな温度、好ましくは約15℃から約30℃で溶媒除去した白色フレークミールまたはマークミールを使用する。溶媒除去は、ミールを空気乾燥するかまたは真空ストリッピングすることによって実施する。
タンパク質は、上記の米国特許出願に一般的に記載されている、バッチ処理、半バッチ処理または連続処理のいずれかにより周囲温度で溶媒除去したミールから抽出および回収することができる。
本明細書の方法によって製造されたタンパク質単離物は、加工食品のタンパク質強化、油の乳化、焼いた食品のボディー形成および気体を閉じ込める製品の起泡剤等、タンパク質単離物の通常の用途に使用することができる。加えて、タンパク質単離物は、肉の類似食品に有用なタンパク質繊維を形成することができ、卵白をつなぎとして使用する食品における卵白の代用または増量剤として使用することができる。カノーラタンパク質単離物は、栄養補助食品として使用することができる。カノーラタンパク質単離物には、他に、ペットフード、動物の飼料、工業用途および化粧品用途、パーソナルケア製品等の用途がある。
本発明の方法は、油料種子、特にカノーラ油料種子で始めるが、その方法は、大豆、従来の菜種、従来の亜麻、リノラ(linola)、ヒマワリおよびカラシナの油料種子粕等の他の油料種子にも適用できる。本発明を、本明細書ではカノーラ油料種子粕についてより詳しく説明している。
油料種子は、そこから油を回収するために洗浄する。油の分離に続いて、残った粕は通常はヘキサンを使用して溶媒抽出して残留量の油をその粕から回収する。その残留粕は、本発明により、約50℃より低い温度、好ましくは約15℃から約30℃で溶媒除去をする。この方法で溶媒除去を実施することにより粕から抽出することができるタンパク質の量が著しく増加することが見出された。
このように処理される油料種子粕は、Murray IまたはIIの特許に記載されているように処理をして、油料種子粕からタンパク質単離物を回収することができ、その詳細はその中に記載されている。好ましくは、上記の同時継続の米国特許出願第60/288,415号、第60/326,987号、第60/331,066号、第60/333,494号、第60/372,165号、第60/374,801号および第10/137,391号(国際公開第02/089567号)に記載されている手法が採用されるが、それは、それにより、タンパク質単離物として回収される油料種子粕から抽出されるタンパク質の割合に関して、乾燥したタンパク質単離物の改良された収率が得られ、Kjeldahl法により、窒素(N)パーセントに6.25の係数を掛けることにより測定して、通常約100重量%が得られるためである。別法では、の米国出願第60/331,646号、第60/383,809号および第10/298,678号に記載されている連続法を採用することができる。カノーラタンパク質の単離に応用されるこれらの好ましい手順の詳細を以下で説明する。
油料種子を処理してそこから油を回収するのは、タンパク質単離物を油料種子粕から回収するのとは異なる施設で実施することができることは理解されよう。別法では、その操作は、単一の施設で組み合わせることができる。
カノーラタンパク質単離物を分離する方法の最初のステップとしては、カノーラ油料種子粕からタンパク質物質を可溶化するステップを含む。カノーラ種子粕から回収されるタンパク質材料は、カノーラ種子もしくはその他の油料種子中に天然に存在するタンパク質であるか、またはそのタンパク質材料は、遺伝子操作によって改質されているが、天然のタンパク質の特徴的な疎水性および極性の特性を所有するタンパク質であり得る。カノーラ油料種子は、菜種または油料種子菜種としても知られている。
タンパク質の可溶化は、塩の存在が、可溶性タンパク質の油料種子粕からの移動を促進するので、食品用塩溶液を使用することにより実施する。カノーラタンパク質単離物が、非食品用途を意図される場合は、非食品用の化学物質を採用してもよい。食品用の塩は、普通塩化ナトリウムであるが、他の塩、例えば塩化カリウムを使用することもできる。その食品用塩溶液は、有意量のタンパク質の可溶化の達成を可能にするために、少なくとも0.10、好ましくは少なくとも0.15のイオン強度を有する。塩水のイオン強度が増すと、油料種子粕中のタンパク質の可溶化の度合いは、最大値が得られるまで最初は増大する。その後はイオン強度を増加しても、全体の可溶化したタンパク質は増加しない。最大のタンパク質の可溶化を引き起こす食品用塩水のイオン強度は、関係した塩および選択した油料種子粕に依存する。
イオン強度が増すのに伴ってタンパク質の沈澱に対して大きな希釈の度合いが必要となるという観点で、通常は、約0.8未満、より好ましくは約0.15から約0.6の値のイオン強度値を利用するのが好ましい。
バッチ処理においては、タンパク質の塩可溶化は、少なくとも5℃、好ましくは約35℃までの温度で、好ましくは可溶化時間を短縮するために攪拌を伴わせ、通常は、約10分から約60分で実施する。その可溶化は、全般的な高い製品収量を提供するために、油料種子粕から実質的に最大量のタンパク質を抽出するように実施するのが好ましい。
約5℃の低温限界は、可溶化がこの温度より低いと非実際的に遅いためであり、一方高い方の好ましい温度限界の約35℃が選択されるのは、バッチモードにおいてそれより高い温度水準ではその方法が非経済的になるためである。
連続処理においては、カノーラ油料種子粕からのタンパク質の抽出は、カノーラ油料種子粕からのタンパク質の連続抽出の実施と調和するどんな方法ででも実施される。1実施形態において、カノーラ油料種子粕は、塩溶液と連続的に混合され、その混合物は、本明細書に記載されているパラメータに合致するのに必要な抽出を達成するのに十分な滞留時間のための長さを有するパイプまたは溝をその流速で通って搬送される。上記の連続的方法においては、塩可溶化ステップは、約10分までの時間内に好ましくはカノーラ油料種子粕から最大量のタンパク質を実質的に抽出する可溶化を達成するように、迅速に実施する。連続的方法における可溶化は、好ましくは約35℃より上、一般に約65℃およびそれ以上までの高温で好ましくは実施する。
食品用塩水およびカノーラ油料種子粕は、タンパク質単離物が、以下でより詳細に説明するようにミセルの経路により形成することを可能にするために、約5から約6.8の自然のpHを有する。
そのpH範囲の限界のところおよびその付近においては、タンパク質単離物のミセルの経路による形成は部分的に起こるのみで、そのpH範囲の他のところで得られるより収率が低い。その理由により、約5.3から約6.2のpH値が好ましい。
食品用塩水のpHは、任意の便利な食品用酸、普通は塩酸、または食品用アルカリ、普通は水酸化ナトリウムを、必要なだけ使用することにより、抽出ステップ用の、約5から約6.8の範囲内の任意の望ましい値に調節することができる。カノーラタンパク質単離物が、非食品用途を意図するものである場合は、非食品用化学品を使用してもよい。
可溶化ステップの間の食品用塩水中の油料種子粕の濃度は、幅広く変化し得る。典型的な濃度の値は、約5から約15%w/vである。
塩水溶液によるタンパク質の抽出ステップは、カノーラ粕中に存在する可能性のある脂肪を可溶化するさらなる効果を有しており、そのときは水相中に脂肪が存在する結果となる。
抽出ステップの結果得られるタンパク質溶液は、一般に約5から約40g/L、好ましくは、約10から約30g/Lのタンパク質濃度を有する。
抽出ステップの結果得られる水相は、次に、真空濾過、続いて遠心分離および/または残渣粕を除去する濾過等、任意の適当なやり方を採用することにより残渣カノーラ粕から分離することができる。分離した残渣粕は、廃棄のために乾燥する。
最終的なタンパク質単離物の色は、薄くて強度の低い黄色い色を得るために、粉末の活性炭またはその他の色素吸着剤を分離したタンパク質水溶液と混合し、続いてその吸着体を都合よく濾過により除去してタンパク質溶液を得ることにより改良することができる。濃縮前または後の分離したタンパク質水溶液の膜分離精製も、以下で説明するように、色素除去のために使用することができる。
上記の色素除去のステップは、任意の都合のよい条件下、一般的には分離したタンパク質水溶液の周囲温度において、適当な色素吸着剤を採用して実施することができる。粉末活性炭に対しては、約0.025%から約5%w/v、好ましくは約0.05%から約2%w/vを採用する。
カノーラ種子粕がかなりの量の脂肪を含有している場合は、上記の米国特許第5,844,086号および第6,005,076号に記載されているように、そのときはそこに記載されている脱脂肪のステップを、分離したタンパク質水溶液および以下で述べる濃縮したタンパク質水溶液について実施することができる。色改良のステップを行うときは、そのステップは最初の脱脂肪のステップの後で実施する。
食品用塩水を用いて油料種子粕を抽出する別法として、水単独の使用は、食品用塩水より油料種子粕から抽出するタンパク質は少ない傾向があるけれども、上記抽出を、水単独を使用して行うことができる。上記の別法を採用する場合は、下記の濃縮のステップの間溶液のタンパク質を維持するために、上で述べた食品用の塩を、残留油料種子粕から分離した後のタンパク質溶液中に加えることができる。色除去のステップおよび/または最初の脂肪除去のステップを行う場合は、その食品用塩は、上記操作の完了後に加える。
他の別の方法は、油料種子粕を約6.8より高く、一般に約9.8までの比較的高いpH値において食品用塩水により抽出するものである。食品用塩水のそのpHは、水酸化ナトリウム水溶液等、任意の適当な食品用アルカリの使用によってアルカリ側のpH値に調節することができる。上記の別法を採用する場合、油料種子粕抽出のステップから得られる水相は、次いで残渣カノーラ粕から、真空濾過、続いて遠心分離および/または残渣粕を除去する濾過等、任意の適当なやり方を採用することにより残渣カノーラ粕から分離する。分離した残渣粕は、廃棄のために乾燥する。
高pH抽出のステップから得られるタンパク質水溶液は、次に、下記のさらなる処理に先立って、上記のように、約5から6.8、好ましくは約5.3から約6.2のpHの範囲にpH調整する。上記のpH調整は、塩酸等の任意の適当な食品用酸を使用して実施することができる。
そのタンパク質水溶液は、次に、そのタンパク質濃度を増すためにそのイオン強度をその間実質的に一定に維持しながら濃縮する。上記の濃縮は、一般に、少なくとも約200g/L、好ましくは少なくとも約250g/Lのタンパク質濃度を有する濃縮タンパク質溶液を提供するために実施する。
その濃縮のステップは、異なる膜材料および構造を考慮し、そして連続操作に対してはタンパク質水溶液が膜を通過するのに望ましい程度の濃度を可能にする大きさにした、約3000から約50,000ダルトンといった適当な分子量カットオフの中空繊維膜またはスパイラル膜を用いる限外濾過または膜分離精製等、任意の適当な選択性膜技術を採用することによる等のバッチ操作または連続操作と合致する任意の適当なやり方で実施することができる。
その濃縮のステップは、一般に約20℃から60℃の任意の適当な温度で、望ましい程度の濃度が達成されるまでの時間実施することができる。使用する温度および他の条件は、ある程度、濃縮および溶液の所望のタンパク質濃度を達成するために使用する膜装置に依存する。
このステップにおいて約200g/Lより上の濃度までタンパク質溶液を濃縮することによって、乾燥したタンパク質単離物として回収される抽出タンパク質の割合に関して、約40%を超え、好ましくは約80%を超える水準まで歩留まりが向上するばかりでなく、乾燥後の最終的なタンパク質単離物の塩濃度も減少する。単離物の塩濃度を制御できることは、塩濃度の変動が特定の食品用途において機能および味覚特性に影響する場合の単離物の用途では重要である。
よく知られているように、限外濾過および類似の選択性膜技術は、低分子量の種類がそこを通過することを可能とし、高分子量の種類がそうすることを防ぐ。その低分子量の種類としては、食品用塩のイオン種ばかりでなく、原料物質から抽出された炭水化物、色素および栄養阻害因子、ならびに低分子量の形のタンパク質が含まれる。膜の分子量カットオフは、通常は、異なる膜材料および構造を考慮して汚染物質が通過するのを可能にしながら、溶液中のかなりの割合のタンパク質の保持を確保するように選択する。
濃縮のステップにおいて採用する温度に依存して、その濃縮されたタンパク質溶液は、少なくとも約20℃、そして約60℃まで、好ましくは約25℃から約40℃に温めて、その後の希釈のステップおよびミセル形成の遂行を容易にするために濃縮したタンパク質溶液の粘度を低下させる。その濃縮したタンパク質溶液は、その濃縮したタンパク質溶液の温度が冷水による希釈に際してそれより上ではミセルを生じさせない温度を超えて加熱してはならない。その濃縮したタンパク質溶液は、必要な場合、上記の米国特許第5,844,086号および第6,005,076号に記載されているように、さらなる脱脂肪の操作にかけることができる。
濃縮のステップおよび場合による脱脂肪のステップから得られた濃縮したタンパク質溶液は、次に、その濃縮したタンパク質溶液を、必要な希釈の度合いを達成するために必要な容量を有する冷水と混合することにより希釈して、ミセルの形成を果たす。ミセルの経路により得ることが望ましいカノーラタンパク質の割合および上澄みからの割合によって、濃縮したタンパク質溶液の希釈の度合いは変化し得る。希釈のレベルが高いと、一般に、大きい割合のカノーラタンパク質が、水相に残存する。
ミセルの経路によってタンパク質の最高の割合を提供することが望ましいときは、濃縮したタンパク質溶液は、約15倍以下、好ましくは約10倍以下で希釈する。
濃縮したタンパク質溶液と混合する冷水は、約15℃未満、一般に約3℃から約15℃、好ましくは10℃未満の温度を有するが、それは、使用する希釈係数においてこれらの低温によってタンパク質ミセル体塊の形のタンパク質単離物の改良された収率が得られるためである。
バッチ操作においては、濃縮したタンパク質溶液を、上で述べた必要量を有する冷水の静置した本体に加える。濃縮したタンパク質溶液の希釈およびその結果起こるイオン強度の低下が、ミセルの形をして分離しているタンパク質の液滴の形のタンパク質分子が高度に集合した雲のような塊を形成させる。バッチ式処方においては、タンパク質ミセルは、冷水中に沈降するままにし、凝集して、合体し、高密度で無定形の、粘稠なグルテン様のタンパク質ミセル塊PMMを生じるようにさせる。その沈降は、遠心分離等により補助することができる。上記の誘導された沈降は、タンパク質ミセル塊の液体含量を減少し、それにより、全体のミセル塊の一般に約70重量%乃至約95重量%から、一般に約50重量%ないし約80重量%の値に水分含量を減少する。このようなミセル塊の水分含量の減少により、ミセル塊の吸蔵されている塩含量も減少し、したがって、乾燥した単離物の塩含量も減少する。
別法では、希釈操作は、濃縮したタンパク質溶液をT型パイプの1つの入り口に連続的に通し、一方希釈水をT型パイプの他の入り口に供給してパイプ内で混合できるようにすることにより連続的に行うことができる。その希釈水は、希釈の望ましい度合いの達成を満たす比率でT型パイプに供給する。
濃縮したタンパク質溶液と希釈水のパイプ中の混合により、タンパク質ミセルの形成が起こり、その混合物は、T型パイプからの出口から沈降槽に供給され、一杯になったときそこから上澄みをオーバーフローさせる。混合物は、好ましくは液体本体内の乱れを最小限にするように沈降槽内の液体本体中に供給する。
連続処理においては、タンパク質ミセルを沈降槽内で沈降させておき、凝集し、合体した、高密度、無定形、粘着性、グルテン様のタンパク質ミセル塊(PMM)を生じさせ、その処理を、目的とする量のPMMが沈降槽の底に堆積するまで続け、その後に堆積したPMMを沈降槽から取り出す。
タンパク質溶液の、少なくとも約200g/Lのタンパク質含量への濃縮のプロセスパラメータと約15未満の希釈係数の使用の組合せにより、前述の米国特許出願に述べられている既知の従来技術によるタンパク質単離物を形成する手順のいずれを使用して達成されるよりも、最初の粕抽出物からのタンパク質ミセル塊の形のたんぱく質の回収に関して、高い収率、それもしばしば著しく高い収率と、タンパク質の内容に関して、はるかに純粋な単離物がもたらされる。
沈降した単離物は、残留水相の沈降した塊からのデカンテーションまたは遠心分離等の方法により、残留水相または上澄みから分離する。そのPMMは、湿った形で使用してもよいし、あるいは、噴霧乾燥、冷凍乾燥または真空ドラム乾燥等の従来のいずれかの技術によって乾燥形態まで乾燥することができる。乾燥PMMは、タンパク質が約90重量%を上回り、好ましくはタンパク質が少なくとも約100重量%(N×6.25として計算)の高いタンパク質含量を有しており、実質的に変性されていない(示差走査熱量測定法により測定して)。脂肪油種子粕から単離された乾燥PMMは、また、前述の米国特許第5,844,086号および第6,005,076号の手順を採用した場合に低い残留脂肪含量を有しており、それは、約1重量%未満であり得る。
PMMの形成および沈降のステップに由来する上澄みは、希釈のステップで沈澱しなかったかなりの量のたんぱく質を含有しており、そこからカノーラタンパク質単離物を回収するために処理をする。希釈のステップによる上澄みは、PMMの除去に続いて、そのタンパク質濃度を増すために濃縮する。上記の濃縮は、カノーラタンパク質は溶液中に保持しながら、食品用塩およびその他のタンパク質原料から抽出された非タンパク質の低分子量物質を含む低分子量の種類が膜を通過することを許容する適当な分子量カットオフの膜を使用する限外濾過等の選択性膜技術を使用して実施する。異なる膜材料および構造を考慮して、約3000から約10,000ダルトンの分子量カットオフを有する限外濾過膜を使用することができる。この方法による上澄みの濃縮は、また、タンパク質を回収するために乾燥する必要のある液体量を減少することもできる。その上澄みは、一般に、乾燥の前に、約100から約400g/L、好ましくは約200から約300g/Lのタンパク質濃度まで濃縮する。上記の濃縮操作は、タンパク質溶液の濃縮のステップに対して上で記載したように、バッチモードまたは連続操作で行うことができる。
その濃縮した上澄みは、噴霧乾燥、冷凍乾燥または真空ドラム乾燥等の従来のいずれかの技術によって乾燥形態まで乾燥し、さらなるカノーラタンパク質単離物を提供することができる。上記のさらなるカノーラタンパク質単離物は、タンパク質が約90重量%を上回り、好ましくはタンパク質が少なくとも約100重量%(N×6.25として計算)の高いタンパク質含量を有しており、実質的に変性されていない(示差走査熱量測定法により測定して)。
必要な場合は、湿体のPMMの少なくとも一部を濃縮した上澄みの少なくとも一部と混合し、その後その混合したタンパク質の流れを任意の適当な技術により乾燥させて、1発明による組み合わされたカノーラタンパク質組成物を提供することができる。互いに混合するタンパク質材料の相対的比率は、望ましいプロフィールの2S/7S/12Sのタンパク質を有するカノーラタンパク質単離物組成物を提供するように選択することができる。別法では、混合物に任意の望ましい特定の2S/7S/12Sのタンパク質プロフィールを提供するために乾燥したタンパク質単離物を任意の望ましい比率で組み合わせることができる。その組み合わせたカノーラタンパク質単離物組成物は、タンパク質が約90重量%を上回り、好ましくはタンパク質が少なくとも約100重量%(N×6.25として計算)の高いタンパク質含量を有しており、実質的に変性されていない(示差走査熱量測定法により測定して)。
他の別の手順において、濃縮した上澄みの一部のみをPMMの一部のみと混合して得られた混合物を乾燥する場合は、濃縮した上澄みの残りを、PMMの残りと同様に、乾燥することができる。さらに、乾燥したPMMと乾燥した上澄みは、また、上で述べたように任意の望ましい相対的比率で乾式混合することもできる。
このやり方で操作することにより、乾燥したPMM、乾燥した上澄みおよび一般に重量で約5:95から約95:5までのさまざまな重量比の乾燥したPMMおよび上澄みの混合物の形で多数のカノーラタンパク質単離物を回収することができ、それは、異なる機能および栄養の特性を得るために望ましい。
上記のように、濃縮したタンパク質溶液を冷水中に希釈し、得られた沈澱および上澄みを処理する別法として、濃縮したタンパク質溶液を透析してそれの塩含量を減少することによって、タンパク質を濃縮したタンパク質溶液から回収することができる。濃縮したタンパク質溶液の塩含量の減少によって、透析管内にたんぱく質ミセルの形成が生じる。透析に続いて、そのタンパク質ミセルは、上で述べたように、沈降、収集および乾燥することができる。タンパク質ミセルの沈降のステップによる上澄みは、上述のように処理することが可能で、そこからさらなるタンパク質を回収することができる。別法では、透析管の内容物を、直接乾燥することができる。後者の別法の手順は、実験室規模の少量のタンパク質が必要な場合に役立つ。
実施例1
この実施例は、本発明の方法を説明する。
周囲温度(20℃)で空気溶媒除去したカノーラ油料種子粕の75gのサンプルを、0.15MのNaCl溶液の500mlのサンプル中に周囲温度すなわち室温(RT)、55℃、60℃および65℃で加え、溶液の温度を実質的に一定に維持しながら30分間攪拌し、タンパク質水溶液を用意した。分析用として5、10、15、20および30分毎にタンパク質水溶液のサンプルを採取した。使用済み粕は、10,000×gで遠心分離に5分間かけて分離し、冷凍乾燥した。
この実験で得られたさまざまなタンパク質水溶液のタンパク質濃度を測定し、その結果は、次の表Iに現わす。
Figure 0004383345
このデータから分かるように、高温における抽出は室温におけるよりも早く進行する。最大タンパク質濃度に関する抽出は高温においては5分以内に平衡に到達したが、室温における抽出は普通で10分かかった。抽出温度が室温から60℃上がると、抽出物のタンパク質濃度は、10%を超えて増加するが、さらに温度を上げるとわずかに減少した抽出率となった。
表1に示したタンパク質濃度のデータに基づいてタンパク質抽出率を計算し、その結果は、次の表2に現わす。
Figure 0004383345
このデータから分かるように、カノーラ油料種子粕中のタンパク質の抽出率は試験したすべての温度で50重量%を超え、市販のトースト済みカノーラ油料種子粕による最大の30重量%を超えるかなりの改良が達成された。
実施例2
この実施例は、タンパク質抽出率に対するある一定のパラメータの効果を示す。
実験の最初の設定においては、(a)周囲温度(20℃)で空気溶媒除去したカノーラ油料種子粕、または(b)従来のトースティングにより溶媒除去した市販のカノーラ油料種子粕(トースト済み市販粕)の50gのサンプルを、0.05Mまたは0.10MのNaCl溶液の500mlのサンプルに室温(20℃)で加え、15分間攪拌した。そのスラリーを5000×gで10分間遠心分離にかけて残渣粕を除去した。
実験の2番目の設定においては、塩を加えていない500mlの水を最初にホットプレートスターラ上で60℃に加熱し、次いで、(a)周囲温度(20℃)で空気溶媒除去したカノーラ油料種子粕(マーク粕)の50g、または(b)従来のトースティングにより溶媒除去した市販のカノーラ油料種子粕(トースト済み市販粕)を加え、15分間その温度を維持して攪拌した。抽出物を、5000×gで10分間の遠心分離により、残った粕から分離した。
この実験で得られたさまざまなタンパク質水溶液のタンパク質濃度が測定されて次の表5に現わす。
Figure 0004383345
粕からのタンパク質抽出率を、表5のタンパク質濃度のデータから計算し、そのデータを表6に示す。
Figure 0004383345
表6は、マーク粕の両方の塩濃度におけるタンパク質抽出率が、15重量%の粕および0.15Mの塩濃度の室温におけるものと同程度であることを示している(上の表2参照)。0.05MのNaClにおけるマーク粕のタンパク質抽出率は、0.10Mにおけるものと同程度であった。塩を加えていない場合は、そのタンパク質抽出率は、0.05Mおよび0.10Mの塩を室温で使用するものより高温においても大幅に低かった。しかしながら、すべての場合で、タンパク質抽出率およびタンパク質濃度は、トースト済み市販粕で得られるより著しく高かった。
3番目の設定の実験は、塩濃度が、0.01M、0.02M、0.03M、0.04Mおよび0.05Mである以外は上記の室温の実験と同様にして室温で実施した。各抽出物に対してタンパク質抽出率を測定し、その結果は次の表7に示す。
Figure 0004383345
表7に示したデータから分かるように、0.04Mと0.05Mの塩濃度の間でタンパク質抽出率のかなりの低下が見られ、抽出物溶液中のタンパク質の良好な収率を得る最低の塩濃度が、0.05Mであることを示している。
直径5ミクロン、穴の大きさが290オングストロームの親水性結合シリカの硬い支持媒体を含有し、5,000から700,000ダルトンまでの大きさの球状タンパク質を分離することができる30cmのBioSep S3000サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)カラムを用いるVarianの高速液体クロマトグラフィーカラム(HPLC)をタンパク質源の一連の標準を用いて作動させ、A280nmのところで、1.0ml/分の溶出の流速で測定した各成分の滞留時間(RT)を測定した。BioRadの標準タンパク質は、1,350ダルトンの低分子量マーカーとしてビタミンB12が添加されており、17,000ダルトン(ミオグロブリン)から670,000ダルトン(サイログロブリン)までの範囲をカバーする。各成分は、280nmのところで、1.0ml/分の溶出の流速で測定する。pHを調節し、抗菌剤としてアジ化ナトリウムを含有する食塩水をカラム溶媒として、および乾燥サンプルを溶解するために使用した。溶離液は、ラン当り25から50マイクロリットルのサンプルしか必要としないためUV検知した後は廃棄した。HPLC Prostarシステムは、保持時間およびピーク面積を自動的に計算し、要点の報告をプリントアウトした。
本実施例に記載した用意した抽出物のサンプルを各カラムに流した。ピーク面積のカウントを各ピークの百分率に転化した。異なるランのすべてのピークを計算に取り込み次いで3つの主なタンパク質の画分、12S、7S、および2Sを別々に再計算した。得られた結果を、図1から3のグラフデータに示す。
各クロマトグラムは、7Sカノーラタンパク質画分を表す明確なピークおよび12Sカノーラタンパク質画分の小さな隆起を示した。2Sカノーラタンパク質画分のピークは、抽出物の他の成分のピークの中に存在した。クロマトグラムの低分子量側の末端のピークは適切に識別されなかったが、短鎖ペプチドおよび遊離のアミノ酸等の非タンパク質窒素化合物、ならびにフェノール化合物、グルコシノラートおよびフィタート等の他の粕成分に相当するようである。
実施例3
本実施例は、空気溶媒除去したカノーラ油料種子粕を用いるカノーラタンパク質単離物の調製についてさらに説明する。
20℃で空気溶媒除去したマークカノーラミールの160kgを、1602Lの0.15MのNaClに17.6℃で加え、30分間攪拌して、21.4g/Lのタンパク質含量を有するタンパク質水溶液を用意した。その抽出時間の15分後、0.05重量%のアスコルビン酸を加えた。抽出した粕中のタンパク質の百分率は、51.6%であった。
残ったカノーラ粕を取り出し、真空フィルターベルト上で洗浄した。得られたタンパク質溶液を遠心分離および濾過によって浄化し、16.2g/Lのタンパク質含量を有する浄化したタンパク質溶液の1270Lを生成した。
タンパク質抽出溶液の1270Lを、5000ダルトンの分子量カットオフの膜を使用する限外濾過システムにかけて濃縮することにより71Lまで量を減らした。そのタンパク質抽出溶液を、次に、5000ダルトンの分子量カットオフ膜を使用し、0.05重量%のアスコルビン酸を含有する0.15Mの食塩水の5000L(5保持液体積)による膜分離精製システムにかけて膜分離精製をし、タンパク質含量が226g/Lの31Lの最終容量にした。その保持液は、60℃で10分間の低温殺菌をした。
その濃縮し、膜分離精製した溶液を、それぞれ30L,30Lおよび8Lの3つのバッチに分割した。30℃の最初のバッチを1:15で4℃の450Lの濾過した水に希釈した。タンパク質ミセルの白雲がすぐに形成され、沈降するままにした。上側の希釈水は取り除いた。この手順を2番目および3番目のバッチについても繰り返した。沈澱した高粘度で粘着性の塊(PMM)を容器の底から取り出した。乾燥したタンパク質は乾燥重量基準で102.4重量%のタンパク質含量(N×6.25)を有することが分かった(窒素の百分率の値は、Leco FP 328窒素分析装置(Nitrogen Determinator)を使用して測定した)。その製品には、BW−AA020−C17−03A−C300の記号表示を与えた。
タンパク質ミセル形成による上澄みの988Lを、5000ダルトンの分子量カットオフの膜を使用する限外濾過システムにかけて38Lまで濃縮した。その濃縮した上澄みを、次に、5000ダルトンの分子量カットオフ膜を使用し、130Lの水(4保持液体積)による膜分離精製システムにかけて膜分離精製をし、タンパク質含量が194g/Lの38Lの最終容量にした。
その濃縮し、膜分離精製した溶液を、ポンプ輸送できるコンシステンシーまで希釈し次いで噴霧乾燥した。その乾燥タンパク質は、乾燥重量基準で97.6重量%のタンパク質含量(N×6.25)を有することが分かった。その製品には、BW−AA020−C17−03A−C200の記号表示を与えた。
本開示を要約すれば、本発明は、周囲温度で溶媒除去した粕を使用することにより、その粕からの高度なタンパク質の抽出が提供されて、経済的な利点につながる油料種子粕から油料種子タンパク質単離物を製造する改良された方法を提供する。本発明の範囲内で修正は可能である。
空気溶媒除去したカノーラ油料種子粕の室温で、0.05MのNaClを用いて得た抽出物のHPLCクロマトグラムである。 空気溶媒除去したカノーラ油料種子粕の、室温で0.10MのNaClを用いて得た抽出物のHPLCクロマトグラムである。 空気溶媒除去したカノーラ油料種子粕の、60℃で塩なしで得た抽出物のHPLCクロマトグラムである。

Claims (22)

  1. 以下の(a)〜(i)を特徴とするタンパク質単離物の製造方法;
    (a)油料種子を粉砕して油と油料種子粕を生成させ、
    (b)その油料種子粕から溶媒抽出して残留油を回収し、
    (c)抽出した油料種子粕から脱溶媒された油料種子粕を与えるために、真空下で15℃〜50℃の温度で溶媒を除去し、
    (d)前記脱溶媒された油料種子粕中のタンパク質の可溶化を生じさせてpHが5ないし6.8の水性タンパク質溶液を形成するために抽出し、
    (e)残留油料種子から水性タンパク質溶液を分離し、
    (f)選択性膜技術を使用することによって、イオン強度を実質的に一定に保ちながら、前記水性タンパク質溶液の濃度を増加させて、濃縮されたタンパク質溶液を得、
    (g)前記濃縮されたタンパク質溶液を、温度が15℃未満の冷水中に稀釈して、少なくとも部分的にミセルの形で分離したタンパク質粒子を形成させ、
    (h)タンパク質ミセルを沈降させて、無定形で、粘着性のある、ゼラチン状の、グルテン様タンパク質ミセル集塊物を形成させ、そして
    (i)乾燥重量ベースで少なくとも90重量%(N×6.25)のタンパク質含量を有する、タンパク質ミセル集塊物を上澄液から回収する。
  2. 前記方法がバッチモードで達成され、前記油料種子粕の抽出が、イオン強度が少なくとも0.10で、pHが5〜6.8であり、そして前記水性タンパク質溶液が5〜40g/Lのタンパク質含量を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記油料種子粕の抽出が、イオン強度が0.15〜0.6、pHが5.3〜6.2であり、前記水性タンパク質溶液が10〜30g/Lのタンパク質含量であることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
  4. 前記油料種子粕の抽出が、前記塩水溶液の攪拌を伴って10〜30分間、前記抽出ステップの間の前記塩水溶液中の油糧種子粕の濃度が5〜15%w/vで行われることを特徴とする、請求項2または3に記載の方法。
  5. 前記プロセスが連続式で実施され、前記抽出ステップが
    (i)油料種子粕を、イオン強度が少なくとも0.10pHが5〜6.8の塩水溶液と、温度が5〜65℃で連続的に混合し、
    (ii)その油料種子粕からタンパク質を抽出してタンパク質の含量が5〜40g/Lのタンパク質の水溶液を形成するため10分までの時間、前記混合物をパイプを通して連続的に搬送すること、
    によって実施されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 前記塩水溶液が、イオン強度が0.15〜0.8、pHが5.3〜6.2であり、温度が少なくとも35℃であり、および前記タンパク質水溶液がタンパク質の含量が5〜40g/Lであり、塩水溶液中の油糧種子粕の濃度が5〜15w/vであることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
  7. 前記油料種子粕の前記抽出が、イオン強度が少なくとも0.10、pHが3〜5または6.8〜9.9を有する塩の水溶液を用いて実施され、次いで前記残渣油料種子粕からの水性タンパク質溶液の分離の後に、タンパク質水溶液のpHが5〜6.8に調節されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  8. 前記油料種子粕がカノーラ油料種子粕であり、残渣カノーラ種子粕からの水性タンパク質溶液の前記分離の後に、水性タンパク質溶液が色素除去ステップを行うことを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
  9. 前記色素除去ステップが、
    (a)水性タンパク質溶液の限外濾過によって実施されるか、または
    (b)色素吸着剤と水性タンパク質溶液と混合し、次いで水性タンパク質溶液から色素吸収剤を分離する
    ことによって実施されることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  10. 前記油料種子粕が水で抽出され、次いでその水性タンパク質溶液に塩を加えてイオン強度が少なくとも0.10を有する水性タンパク質溶液を得ることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  11. 前記濃縮ステップが、タンパク質含量が少なくとも200g/Lを有する濃縮タンパク質溶液を得るために限外濾過によって実施されることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
  12. 前記濃縮タンパク質溶液が、濃縮タンパク質溶液の粘度を下げるため、少なくとも20℃の温度まで、しかしそれより高いと濃縮タンパク質溶液の温度がミセルの形成を不可能にする温度をこえることのないように加温されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. 前記方法がバッチベースで行われ、前記濃縮されたタンパク質溶液が、溶液を所望の希釈度に達するために必要な体積を有し、温度が好ましくは10℃未満の水の中に加えることにより、15倍以下まで希釈されることを特徴とする請求項1〜4および6〜12のいずれかに記載の方法。
  14. 前記方法が連続ベースで行われ、前記濃縮されたタンパク質溶液が、10℃未満の温度の冷水と連続的に混合されて15倍以下の濃縮タンパク質溶液を与えることを特徴とする請求項1および5〜12のいずれかに記載の方法。
  15. 回収されたタンパク質ミセル塊がタンパク質粉末に乾燥される請求項1〜14のいずれかに記載の方法。
  16. 前記油料種子粕がカノーラ種子粕であり、そして、上澄液からタンパク質ミセル塊が回収された後、上澄がバッチ、セミ連続または連続ベースで操作されて、さらなるタンパク質単離物を回収することを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の方法。
  17. 前記上澄液が
    (a)上澄を100〜400g/Lのタンパク質濃度まで濃縮し、そして濃縮された上澄を乾燥する、
    (b)上澄を100〜400g/Lのタンパク質濃度まで濃縮し、濃縮された上澄を回収したタンパク質ミセル塊と混合し、その混合物を乾燥する、または
    (c)上澄を100〜400g/Lまで濃縮し、その濃縮された上澄と回収されたタンパク質ミセル塊の少なくとも一部とを混合し、そして得られた混合物を乾燥する、
    ことにより操作されることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
  18. 前記タンパク質濃度が、200〜300g/Lである、請求項17に記載の方法。
  19. 前記稀釈、沈降および回収ステップの代替法として、濃縮タンパク質溶液を透析してその塩含量を低下させ、タンパク質ミセルを形成させ、そして透析された濃縮タンパク質溶液から乾燥重量基準で少なくとも100重量%(N×6.25)のタンパク質含量を有するタンパク質単離物を、透析された濃縮タンパク質を乾燥することによって回収することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  20. 前記油料種子粕が、カノーラ油料種子粕、菜種粕、またはマスタード種子粕であることを特徴とする、請求項1〜19のいずれかに記載の方法。
  21. 前記溶媒除去ステップが、温度15〜20℃における真空下での空気−脱溶媒法によって実施されることを特徴とする、請求項1〜20のいずれかに記載の方法。
  22. 前記タンパク質ミセル塊が、乾燥重量基準で少なくとも100重量%(N×6.25)のタンパク質含量を有することを特徴とする、請求項1〜21のいずれかに記載の方法。
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