JP4384600B2 - カノーラタンパク質単離物の減色 - Google Patents

カノーラタンパク質単離物の減色 Download PDF

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Description

(関連出願の参照)
本出願は、米国特許法第119条第(e)項に基づいて、同時係属の米国仮特許出願、2002年6月20日出願の第60/389,957号、および2002年11月6日出願の第60/432,985号からの優先権を主張する。
(発明の分野)
本発明は、カノーラ種子粗粉からのカノーラタンパク質単離物の回収に関する。
(発明の背景)
譲受者に譲受されその開示がここで参考のために取り込まれる米国特許第5,844,086号および第6,005,076号(「Murray II」)において、脂肪含量の多いカノーラ油糧種子粗粉を含む、脂肪含量の多い油糧種子粗粉からタンパク質単離物を単離するための方法が開示されている。このプロセスに含まれる工程は、油糧種子粗粉からのタンパク質材料を可溶化し、粗粉中の脂肪も可溶化し、得られるタンパク質水溶液から脂肪を除去することを含む。タンパク質水溶液は、脂肪除去工程の前または後に残留油糧種子粗粉から分離することができる。次に、イオン強度を実質的に一定に維持しつつ、脱脂タンパク質溶液を濃縮してタンパク質濃度を上昇させ、その後、濃縮されたタンパク質溶液をさらなる脂肪除去工程に付することができる。次に、濃縮されたタンパク質溶液を希釈して、ミセル状の分離したタンパク質滴として高度に会合したタンパク質分子の曇状塊の形成を引き起こす。タンパク質ミセルを沈降させて、「タンパク質ミセル塊」すなわちPMMと呼ばれる凝固し癒着した濃い無定形の粘着性のグルテン様タンパク質単離物塊を形成し、これを、残留水相から分離し乾燥する。
タンパク質単離物は、(ケルダール窒素または他の都合のよい方法のN×6.25で測定して)少なくとも約90重量%のタンパク質含量を有し、実質的に非変性(示差走査熱量測定により決められる)であり、低残留脂肪含量を有する。ここで用いられる「タンパク質含量」という用語は、乾燥重量基準で表される、タンパク質単離物中のタンパク質の量を意味する。乾燥タンパク質単離物として回収される油糧種子粗粉から抽出されるタンパク質の割合としての、この手順を用いて得られるタンパク質単離物の収率は、通常、40重量%より小さい、典型的には約20重量%であった。
前記Murray II特許に記載された手順は、米国特許第4,208,323号(Murray IB)に記載のように、油糧種子を含む種々のタンパク質源材料からタンパク質単離物を形成するための手順の変更としておよび改良のために開発された。米国特許第4,208,323号が発行された1980年に入手できた油糧種子粗粉は、Murray II特許の際に利用できたカノーラ油糧種子粗粉の油糧混入水準を有しておらず、その結果、Murray IB特許の手順はそのような油糧種子粗粉から、タンパク質含量が90重量%を越えるタンパク質材料を製造することができない。出発材料としてナタネ(カノーラ)粗粉を用いて行われるいかなる特定の実験もMurray IB特許において記載されていない。
Murray IB特許それ自体は、希釈前に濃縮工程を導入してPMMを形成することにより米国特許第4,169,090号および第4,285,862号(Murray IA)に記載のプロセスを改良するために設計された。Murray IAの特許は、ナタネ油を含むが、生成物の純度は指示していない一つの実験を記載している。Murray IBの特許に記載の濃縮工程は、Murray IAのプロセスについての約20%から、タンパク質単離物の収率を改良するのに役立った。
このような従来法によって製造されるカノーラタンパク質単離物の有する1つの難点が、比較的濃い黄色と不快な臭いである。粗粉を含むカノーラタンパク質製品のこれらの問題の原因はフェノール性化合物であることが報告されている。カノーラには、フェノール性化合物が大豆中に見出される量の約10倍含まれており、シナピンおよび縮合型タンニンが含まれているかもしれない。フェノール性化合物は、酸化により、濃い着色の発生させることができる。この問題は、等電沈殿によって製造されたカノーラタンパク質で特に深刻であり、等電沈殿では、その強アルカリ性条件によってフェノール性化合物のキノンへの酸化が容易に起こり、次いで、そのキノンはタンパク質と反応して、タンパク質およびその水溶液を暗緑色または暗褐色に変色させる。その他の化合物および反応も着色形成に寄与しているかもしれない。
(発明の概要)
本発明者らは、本明細書で、カノーラ種子を処理してカノーラタンパク質粗粉を形成し、カノーラタンパク質粗粉を抽出に付してタンパク質水溶液を形成し、タンパク質水溶液を濃縮し、その濃縮タンパク質水溶液からカノーラタンパク質単離物を取り出す、カノーラタンパク質単離物を形成する方法の改善を提供する。
フェノール性化合物は、抽出ステップでカノーラ粗粉から抽出され、存在する遊離フェノール性化合物の量は330nmでのUV吸光度(A330)から得ることができる。このようなフェノール性化合物はキノンに酸化される傾向があり、キノンはタンパク質と反応して、より長波長で吸収する傾向のある着色化合物を形成する。420nmでの吸光度(A420)を測定すると、単離物およびカノーラタンパク質溶液の実際に目に見える黄色の着色のより直接的な測定値が得られる。本発明では、カノーラタンパク質単離物を得るための処理の間に、フェノール性化合物を除去してフェノール性化合物が目に見える着色成分を形成できないようにするステップ、フェノール性化合物が目に見える着色成分に酸化されるのを阻止するステップ、およびその他の目に見える着色成分を除去するステップを提供する。
本発明の1つの態様によって提供される改善には、上記工程の間に、着色の減少したカノーラタンパク質単離物を生じさせる少なくとも1つのプロセスステップを実施することが含まれる。本発明者らは、この方法に対して多面的に取り組み、
−カノーラ種子を処理
−粗粉の処理
−特定形態のカノーラタンパク質粗粉の利用
−特定条件下でカノーラタンパク質の抽出を行うこと
−抽出物の処理
−回収カノーラタンパク質単離物の処理
を含む1つまたは複数のいくつかのステップを採用できる。
このような処理の2つ以上が採用されるかもしれないし、このような処理の組合せを使用することも多い。
種子の処理を実施する場合には、その処理に、今まで通り殻をむくと同時に、ミロシナーゼを不活性化することを少なくとも含める。ミロシナーゼを不活性化することによって、味および着色の一因であって抗栄養剤である硫黄成分へのグルコシノレートの分解に対するミロシナーゼの何らかの触媒効果をもたらす。処理については、その譲受人に譲渡され、その開示が参照により本細書に組み込まれる、 出願の同時係属の米国特許出願第 号に、より完全に記載されている。
粗粉の処理には、エタノールなどのアルコールを含む、水と混和する有機溶媒を用いて粗粉を抽出して、フェノール性化合物および/またはその他の着色成分を抽出することを含むことができる。
特定形態のカノーラタンパク質粗粉を使用する場合には、そのような粗粉としては、溶媒抽出によるカノーラ油糧種子粗粉から残存溶媒を約50℃未満の温度、一般には約15〜30℃の外界温度で除去することによって調製した通風脱溶媒粗粉でよい。
さらに、特定形態のカノーラタンパク質粗粉としては、溶媒抽出によるカノーラ油糧種子粗粉から残存溶媒を約100℃未満の高められた温度で除去することによって調製した低温焙煎カノーラ油糧種子粗粉でもよい。
プロセスステップに抽出ステップを含める場合には、その抽出ステップを、フェノール性化合物の酸化および目に見える着色の形成を阻止する抗酸化剤の存在下で実施してもよい。別法または組合せで、抽出ステップによって形成されたタンパク質水溶液を少なくとも1種の着色成分吸着剤で処理してもよい。追加または別法として、少なくとも1種の着色成分吸着剤との処理を、濃縮ステップで形成される濃縮カノーラタンパク質溶液について実施してもよい。
プロセスステップに濃縮ステップを含む場合には、濃縮カノーラタンパク質水溶液を透析濾過に付し、濃縮カノーラタンパク質溶液から着色物を洗い流す。透析濾過は、透析濾過中のフェノール化合物の酸化および目に見える着色の形成を阻止するための抗酸化剤を含む水溶液を用いて実施してもよい。
プロセスステップに回収カノーラタンパク質単離物を含む場合には、そのプロセスステップに、カノーラタンパク質単離物をエタノール水溶液などのアルコール水溶液を用いて抽出し、カノーラタンパク質単離物からフェノール性化合物および/またはその他の着色物を抽出することを含めることができる。
カノーラタンパク質単離物は、濃縮タンパク質水溶液から、その濃縮水溶液を冷水に添加してタンパク質ミセル集合体を形成し、そのタンパク質ミセル集合体を上澄液から分離することによって取り出すことができる。
上澄液を濃縮すること、その濃縮上澄液を透析濾過に掛けて濃縮上澄液からフェノール化合物および/または目に見える着色物を除去すること、および続いてその透析された上澄液を乾固するなどによって透析濾過上澄液からカノーラタンパク質単離物を回収することによって上澄液を処理して、上澄液からさらなるカノーラタンパク質単離物を回収できる。
着色の形成を防止することおよびカノーラタンパク質単離物の色調を改善することによって、広範囲の応用分野でその製品を使用できるであろう。本発明による着色物の除去および形成防止によってカノーラタンパク質単離物の風味もまた改善されると考えられる。
本発明方法によって作られるタンパク質単離物は、加工食品のタンパク質強化、オイルの乳化、ベークトフーズの本体形成材、およびガスを閉じ込める製品における発泡剤など、タンパク質単離物の従来の応用分野で使用できる。さらに、カノーラタンパク質分離物を、肉類似物として有用なタンパク質繊維に形成してもよいし、結合材として卵白を使用する食料製品における卵白代替物または増量剤として使用してもよい。カノーラタンパク質単離物は、栄養補助食品としても使用できる。カノーラタンパク質単離物は、他にも、ペット食品、動物飼料、工業および化粧用への応用分野、およびパーソナルケアーへの応用分野で使用される。
本発明の1つの具体的態様によれば、(a)カノーラ油糧種子粗粉を、抗酸化剤を含む食塩水溶液を使用する抽出に付し、カノーラ油糧種子粗粉中のタンパク質を可溶化し、pHが約5〜約6.8のタンパク質水溶液を形成する工程、(b)残留油糧種子粗粉からタンパク質水溶液を分離する工程、(c)選択的膜技術を用いて、イオン強度を実質的に一定に維持しつつ、前記タンパク質水溶液のタンパク質濃度を高め、濃厚タンパク質溶液を提供する工程、(d)前記濃厚タンパク質溶液を約15℃未満の冷却水中に希釈して、水相中に離散したタンパク質ミセルを形成させる工程、(e)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ミセル塊を形成する工程、および(f)乾燥重量基準少なくとも約90重量%(N×6.25)のタンパク質濃度を有する上澄みからタンパク質ミセルを回収する工程
を含むカノーラ油糧種子粗粉からのカノーラタンパク質単離物の調製方法が提供される。
本発明の他の具体的態様によれば、(a)カノーラ油糧種子粗粉をアルコールで洗浄する工程、(b)洗浄したカノーラ油糧種子粗粉を抽出に付し、洗浄したカノーラ油糧種子粗粉中のタンパク質を可溶化し、pHが約5〜約6.8のタンパク質水溶液を形成する工程、(c)残留油糧種子粗粉からタンパク質水溶液を分離する工程、(d)選択的膜技術を用いて、イオン強度を実質的に一定に維持しつつ、前記タンパク質水溶液のタンパク質濃度を高め、濃厚タンパク質溶液を提供する工程、(e)前記濃厚タンパク質溶液を約15℃未満の冷却水中に希釈して、水相中に離散したタンパク質ミセルを形成させる工程、(f)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ミセル塊を形成する工程、および(g)乾燥重量基準少なくとも約90重量%(N×6.25)のタンパク質濃度を有する上澄みからタンパク質ミセルを回収する工程、
を含むカノーラ油糧種子粗粉からのカノーラタンパク質単離物の調製方法が提供される。
本発明のさらなる具体的態様によれば、(a)カノーラ油糧種子粗粉を抽出に付し、カノーラ油糧種子粗粉中のタンパク質を可溶化し、pHが約5〜約6.8のタンパク質水溶液を形成する工程、(b)残留油糧種子粗粉からタンパク質水溶液を分離する工程、(c)該タンパク質水溶液の限外濾過を行うことによって、イオン強度を実質的に一定に維持しつつ、前記タンパク質水溶液のタンパク質濃度を高め、濃厚タンパク質溶液を提供する工程、(e)透析濾過したタンパク質溶液を約15℃未満の冷却水中に希釈して、水相中に離散したタンパク質ミセルを形成させる工程、(f)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ミセル塊を形成する工程、および(g)乾燥重量基準少なくとも約90重量%(N×6.25)のタンパク質濃度を有する上澄みからタンパク質ミセルを回収する工程、
を含むカノーラ油糧種子粗粉からのカノーラタンパク質単離物の調製方法が提供される。
本発明のさらなる態様によれば、(a)カノーラ油糧種子粗粉を抽出に付し、カノーラ油糧種子粗粉中のタンパク質を可溶化し、pHが約5〜約6.8のタンパク質水溶液を形成する工程、(b)残留油糧種子粗粉からタンパク質水溶液を分離する工程、(c)選択的膜技術を用いて、イオン強度を実質的に一定に維持しつつ、前記タンパク質水溶液のタンパク質濃度を高め、濃厚タンパク質溶液を形成する工程、(d)透析濾過したタンパク質溶液を約15℃未満の冷却水中に希釈して、水相中に離散したタンパク質ミセルを形成させる工程、(e)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ミセル塊を形成する工程、(f)上澄液からタンパク質ミセルを回収する工程、(g)タンパク質ミセルを乾燥し、乾燥重量基準少なくとも約90重量%(N×6.25)のタンパク質濃度を有するカノーラタンパク質単離物を準備する工程、および(h)該カノーラタンパク質単離物をアルコール水溶液による抽出に付す工程、
を含むカノーラ油糧種子粗粉からのカノーラタンパク質単離物の調製方法が提供される。
本発明のさらなる具体的態様によれば、(a)カノーラ油糧種子粗粉を抽出に付し、カノーラ油糧種子粗粉中のタンパク質を可溶化し、pHが約5〜約6.8のタンパク質水溶液を形成する工程、(b)残留油糧種子粗粉からタンパク質水溶液を分離する工程、(c)選択的膜技術を用いて、イオン強度を実質的に一定に維持しつつ、前記タンパク質水溶液のタンパク質濃度を高め、濃厚タンパク質溶液を提供する工程、(d)濃縮タンパク質溶液を殺菌して殺菌されたタンパク質溶液を形成する工程、(e)殺菌されたタンパク質溶液を約15℃未満の冷却水中に希釈して、水相中に離散したタンパク質ミセルを形成させる工程、(f)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ミセル塊を形成する工程、および(g)乾燥重量基準少なくとも約90重量%(N×6.25)のタンパク質濃度を有する上澄みからタンパク質ミセルを回収する工程、
を含むカノーラ油糧種子粗粉からのカノーラタンパク質単離物の調製方法が提供される。
本発明の他の具体的態様によれば、(a)カノーラ油糧種子を処理して油糧種子に含まれるミロシナーゼを不活性化し、処理済油糧種子を作る工程、(b)該処理済油糧種子を加工して種子からカノーラ油を取り出し、カノーラ油糧種子粗粉を作る工程、(c)そのカノーラ油糧種子粗粉を抽出に付し、カノーラ油糧種子粗粉中のタンパク質を可溶化し、pHが約5〜約6.8の水溶液を形成する工程、(d)残留油糧種子粗粉からタンパク質水溶液を分離する工程、(e)選択的膜技術を用いて、イオン強度を実質的に一定に維持しつつ、前記タンパク質水溶液のタンパク質濃度を高め、濃厚タンパク質溶液を提供する工程、(f)前記濃厚タンパク質溶液を約15℃未満の冷却水中に希釈して、水相中に離散したタンパク質ミセルを形成させる工程、(g)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ミセル塊を形成する工程、および(h)乾燥重量基準少なくとも約90重量%(N×6.25)のタンパク質濃度を有する上澄みからタンパク質ミセルを回収する工程、
を含むカノーラ油糧種子粗粉からのカノーラタンパク質単離物の調製方法が提供される。
カノーラは、菜種またはアブラナ種子としても知られている。
(発明の一般的説明)
着色の改善は種子を処理することによって達成できる。殻を除去した種子を蒸気を使用してミロシナーゼの加熱不活性化に付す。次いで、不活性化した種子を通常の方法で処理して種子から油糧を取り出し、カノーラ油糧種子粗粉を形成する。
本発明の一実施形態によれば、約100℃未満に高められた温度で焙煎することによって油糧種子の脱溶媒を行うことが好ましい。なぜなら、このような粗粉で生じる着色の度合いは、通常のより高い焙煎温度で脱溶媒した粗粉よりも小さいからである。このような粗粉からタンパク質含有量が少なくとも約90重量%(N×6.25)、好ましくは少なくとも約100重量%のカノーラタンパク質単離物を形成することは、その譲受人に譲渡され、その開示が参照により本明細書に組み込まれる、2002年12月9日出願の同時係属の米国特許出願第10/314,202号に記載されている。
より望ましくは、油糧種子粗粉を約50℃未満の温度の、好ましくは約15〜約30℃のほぼ外界温度の気流中で脱溶媒する。なぜなら、焙煎粗粉を使用した場合よりも抽出物溶液の着色がいっそう少ないからである。このような粗粉からタンパク質含有量が少なくとも約90重量%(N×6.25)、好ましくは少なくとも約100重量%のカノーラタンパク質単離物を形成することは、その譲受人に譲渡され、その開示が参照により本明細書に組み込まれる、同時係属の米国特許出願、2002年6月21日出願の第60/390,126号、2002年8月8日出願の第60/401,712号に記載されている。
カノーラタンパク質単離物はカノーラ油糧種子粗粉から形成することができる。そのすべてが、その譲受人に譲渡され、その開示が参照により本明細書に組み込まれる同時係属の米国特許出願、2001年5月4日出願の第60/288,415号、2001年10月5日出願の第60/326,987号、2001年11月7日出願の第60/331,066号、2001年11月26日出願の第60/333,494号、2002年4月24日出願の第60/374,801号および2002年5月3日出願の第10/137,391号(国際公開第02/089597号)には、カノーラ油糧種子粗粉からのカノーラタンパク質単離物の製造方法が記載されており、その単離物は少なくとも約100重量%のタンパク質含有量(N×6.25)を有している。その方法には、カノーラ油糧種子粗粉を食塩溶液を用いる抽出に付すこと、生じたタンパク質水溶液を油糧種子粗粉残渣から分離すること、選択的膜技術を用いて、イオン強度を実質的に一定に維持しつつ、前記タンパク質水溶液のタンパク質濃度を少なくとも約200g/Lまで高めること、生じた濃縮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すること、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ミセル塊(PMM)を形成すること、および上澄液から少なくとも約100重量%(N×6.25)のタンパク質含有量を有するタンパク質ミセルを回収すること、を含む多ステップの工程が含まれる。本明細書において、タンパク質含有量は乾燥重量基準で測定される。取り出したPMMを乾燥してもよい。
上記方法および具体的には米国特許出願第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ような1つの実施形態では、PMM沈降ステップからの上澄液を処理し、湿潤PMMと上澄液とから乾燥タンパク質単離物を含むタンパク質単離物を回収する。この方法は、先ず限外濾過膜を用いて上澄液を濃縮し、その濃縮上澄液を湿潤PMMと混合し、混合物を乾燥することによって実施できる。得られるカノーラタンパク質単離物は、タンパク質が少なくとも約90重量%(N×6.25)、好ましくは少なくとも約100重量%(N×6.25)である高い純度を有している。
上記方法および具体的には出願第60/333,494号、60/374,801号および第10/137,391号に記載されているような他の実施形態では、PMM沈降ステップからの上澄液を処理してその上澄液からタンパク質単離物を回収する。この方法は、先ず限外濾過膜を用いて上澄液を濃縮し、ついでその濃縮液を乾固することによって実施できる。得られるカノーラタンパク質単離物は、タンパク質が少なくとも約90重量%(N×6.25)、好ましくは少なくとも約100重量%(N×6.25)である高い純度を有している。
前記の米国特許出願に記載されている方法は本質的にバッチ法である。その譲受人に譲渡され、その開示が参照により本明細書に組み込まれる、同時係属の米国特許出願、2001年11月20日出願の第60/331,646号、2002年5月30日出願の第60/383,809号、2002年11月19日出願の第10/298,678号(国際公開第03/043439号)には、カノーラタンパク質単離物の連続的製造法が記載されている。それによれば、カノーラ油糧種子粗粉を塩溶液と連続的に混合し、その混合物をパイプを通して輸送する間にカノーラ油糧種子粗粉からタンパク質を抽出してタンパク質水溶液を形成し、タンパク質水溶液をカノーラ油糧種子粗粉残渣から連続的に分離し、そのタンパク質水溶液を選択的膜技術を介して輸送し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含有量を少なくとも200g/Lまで高め、得られる濃厚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を形成し、そのタンパク質ミセルを、上澄液を連続的にオーバーフローさせながら所望量のPMMが沈降槽に蓄積するまで連続的に沈降させる。PMMを沈降槽から取り出し乾燥すればよい。PMMは、少なくとも約90重量%(N×6.25)、好ましくは少なくとも約100重量%(N×6.25)のタンパク質含有量を有する。
前記の米国特許出願、第60/326,987号、第60/331,066号、第60/333,494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ように、オーバーフローした上澄液を処理して上澄液からカノーラタンパク質単離物を回収できる。
本発明の一実施形態によれば、油糧種子粗粉をまず溶媒抽出に付して粗粉からフェノール化合物および着色物を除去してもよい。このような溶媒抽出は、フェノール化合物および/または目に見える着色物のための水溶性有機溶媒、例えば水溶性アルコール、好ましくはエタノールを用いて実施できる。
抽出は、カノーラ油糧種子粗粉を溶媒中に約1:3〜約1:10、好ましくは約1:5のw/v比で分散させて実施すればよい。このスラリーを約15℃〜約45℃、好ましくは約30℃〜約35℃の温度で約5〜約60分間、好ましくは約15〜約30分間攪拌すればよい。好ましい条件の組合せの1つは35℃で30分間の抽出である。このような抽出は、フェノール化合物および/または目に見える着色が抽出されなくなるまで複数回実施してもよい。
本発明の方法では、カノーラ油糧種子粗粉からタンパク質系成分を可溶化する。タンパク質系成分はカノーラ種子中に天然に存在するタンパク質でもよいし、あるいはタンパク質系成分が遺伝子操作によって改質されてはいるが、天然タンパク質に特有の疎水性および極性を所持していればよい。カノーラ粗粉は、カノーラ油糧種子からカノーラ油を取り出すことによって得られる、例えば、熱へキサン抽出または冷油押出法によって得られる、様々なレベルの非変性タンパク質を有する任意のカノーラ粗粉でよい。カノーラ油糧種子からカノーラ油を取り出すために種子の処理を実施する場合には、その種子の処理は、通常、本明細書に記載する本発明のタンパク質単離物の回収手順とは別個の操作として実施される。
塩が存在すると油糧種子粗粉からの可溶性タンパク質の取り出しが増すので、タンパク質の可溶化は、最も効率的には食品級塩溶液を用いて実施される。カノーラタンパク質単離物が非食品用途を意図したのものである場合には、非食品級の化学薬品も使用できる。塩は通常塩化ナトリウムであるが、塩化カリウムなどのその他の塩も使用できる。塩溶液は、可溶化されるはずのタンパク質を十分に可溶化できるように、少なくとも約0.10、好ましくは少なくとも約0.15のイオン強度を有する。塩溶液のイオン強度が増加するにつれて、油糧種子粗粉中のタンパク質の可溶化度は始め最大値に達するまで増加する。続いてイオン強度がいくらか増加しても可溶化されるタンパク質の総量は増加しない。タンパク質を最大に可溶化する食品級塩溶液のイオン強度は、関係する塩および選択した油糧種子粗粉に応じて変動する。食品級塩溶液は、最大約0.25までの範囲のイオン強度を有してよい。
イオン強度の増加に伴って、タンパク質を沈殿させるためにより大きな希釈度が必要になることを考慮すると、約0.8未満のイオン強度値、より好ましくは約0.15〜約0.6のイオン強度の値を利用するのが好ましい。
バッチ法では、塩によるタンパク質の可溶化は、低くとも約5℃、好ましくは最大約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通常約10〜約60分間攪拌をしながら実施する。全体としての高い製品収率を得るために、油糧種子粗粉から実質的に実行可能な限りのタンパク質を抽出できるように可溶化を実施することが好ましい。
温度下限は、その温度未満では可溶化が非実用的なほど遅いので約5℃が選択され、一方好ましい上限温度は、バッチ法でより高い温度レベルでは工程が非経済的になるので約35℃が選択される。
連続法においては、カノーラ油糧種子粗粉からのタンパク質の抽出は、カノーラ油糧種子粗粉からタンパク質を連続抽出することと矛盾しない任意の方式で実施される。1つの実施形態では、カノーラ油糧種子粗粉を食品級塩溶液と連続的に混合し、混合物を、本明細書に記載のパラメーターによる所望の抽出を実施するに十分な滞留時間を得るための長さおよび流速を有するパイプまたは導管を通して輸送する。このような連続処理では、塩による可溶化ステップは急速に、最大で約10分間で、好ましくはカノーラ油糧種子粗粉から実質上実行可能な限りのタンパク質を抽出できるように実施される。連続処理における可溶化は、好ましくは高められた温度、好ましくは約35℃を超え、一般には最大で約65℃までまたはそれ以上で実施される。
食品級塩水溶液およびカノーラ油糧種子粗粉は、本来的に約5〜約6.8のpHを有しており、以下で詳細に説明するように、タンパク質単離物をミセル経路で形成できる。
pH範囲の限界点およびその近傍では、タンパク質単離物の形成は、部分的にのみミセル経路を通してかつ、pH範囲の他の点で得られるよりも低い収率で起こる。これらの理由により、約5.3〜約6.2のわずかに酸性であるpH値が好ましい。
必要なら、抽出ステップで使用するために塩溶液のpHを、任意の都合のよい酸、通常は塩酸、またはアルカリ、通常は水酸化ナトリウムを使用して約5〜約6.8の任意の所望する値に調整すればよい。
可溶化ステップにおける食品級塩溶液中の油糧種子粗粉の濃度は広範に変動できる。典型的な濃度値は約5〜約15%w/vである。
本発明の一実施形態によれば、カノーラ油糧種子粗粉中のフェノール類が、タンパク質と反応し着色を濃くする成分に酸化されるのを阻止するために、食品級塩溶液中に抗酸化剤を存在させてもよい。亜硫酸ナトリウムおよびアスコルビン酸など、任意の所望する食品級抗酸化剤を使用すればよい。食品級塩水溶液中で使用する抗酸化剤の量は使用する材料によって決まり、約0.01〜約1重量%、好ましくは約0.05〜約0.1重量%で変化できる。抗酸化剤を使用してフェノール化合物の酸化を抑制すると、抽出物の着色が減少するが(420nmでの吸光度)、フェノール化合物の濃度(330nmでの吸光度)はほとんど変化しない。
添加した亜硫酸ナトリウムが存在する場合には、0.05Mの低い塩濃度でさえ、pH6.3における抽出物中のタンパク質濃度は亜硫酸ナトリウムの存在しない0.15Mの場合の濃度と同等である。
抽出ステップから得られるタンパク質溶液は、一般に約5〜約40g/L、好ましくは約10〜約30g/Lのタンパク質濃度を有する。
抽出ステップのパラメーターの選択に際しては、カノーラ油糧種子粗粉から可能な限りのタンパク質を抽出するという要求を、得られる抽出液の着色を最小にするという要求と比較検討する。本明細書に提示されたデータを考慮すると、抽出時間が30分であれば、通常、一般的なpHおよび塩の重量モル濃度のもとで抽出されるであろうタンパク質のすべてを抽出するに十分である。pHが高くなると抽出されるタンパク質の量が増加し、かつ、明らかに着色の濃い(A420での吸光度で測定して)タンパク質溶液が生じる。
pH8.0の0.1M塩水を用いる10分間の抽出で、pH6.3の0.15M塩水を用い30分間で抽出されると同じ量のタンパク質を抽出することが可能である。pHが高くなるにつれ着色は明らかに濃くなるが、低pHでの抽出と比較した場合、pH9.8での抽出ではA330が著しく減少する。この現象は、フェノール性化合物が反応して、A330での吸収はないがより長波長のA360〜A400に吸収のある黄色着色物を形成していると解釈できるかもしれない。これらの理由により、カノーラタンパク質粗粉の抽出は8未満のpHで実施される。
次に、抽出ステップから得られる水相を、真空濾過、続いて遠心および/または濾過を採用することなどによる任意の都合のよい方式で、カノーラ粗粉残渣から分離し、粗粉残渣を除去する。分離した粗粉残渣は乾燥して廃棄する。
カノーラ種子粗粉がかなりの量の脂肪を含む場合には、次に、Murray II特許に記載されているように、該特許に記載の脱脂ステップを、分離したタンパク質水溶液についておよび以下で考察する濃縮タンパク質水溶液について実施すればよい。
カノーラ油糧種子粗粉から塩水溶液を用いてタンパク質を抽出することの代替法として、このような抽出を水のみを用いて行うこともできるが、水のみを用いると、カノーラ油糧種子粗粉からのタンパク質の抽出が塩水溶液の場合よりも減少する傾向がある。このような代替法を採用する場合には、次いで、以下で説明する濃縮ステップ中にタンパク質を溶液状に維持するために、油糧種子粗粉残渣から分離した後のタンパク質溶液に上で考察した濃度で塩を添加すればよい。最初の脂肪除去ステップを実施する場合には、塩は、一般にこのような操作の完了後に添加する。
他の代替法では、カノーラ油糧種子粗粉を約6.8を超え一般には約11までの比較的高いpH値で食品級塩溶液を用いる抽出に付す。しかし、先に触れたように、約8より高いpH値での抽出は、このようなpHではかなりの目に見える着色が形成されるので、一般には回避される。食品級塩溶液のpHは、水酸化ナトリウム水溶液など、任意の都合のよい食品級アルカリを使用することによって、所望のアルカリ値にpHを調整できる。あるいは、約pH5より低く一般には約pH3までの比較的低いpHの塩溶液を用いてカノーラ油糧種子粗粉からタンパク質を抽出することもできる。このような代替法を採用する場合には、次いで、カノーラ油糧種子粗粉の抽出ステップから得られる水相を、真空濾過、続いて遠心および/または濾過を採用することなどによる任意の都合のよい方式でカノーラ粗粉残渣から分離し、粗粉残渣を除去する。分離したカノーラ粗粉残渣は乾燥して廃棄すればよい。
次いで、高pHまたは低pHでの抽出ステップから得られるタンパク質水溶液を、以下で考察するような主としてミセル経路によりカノーラタンパク質単離物を取り出すためのさらなる処理に先立って、pHを上で考察したように約5〜約6.8、好ましくは約5.3〜約6.2の範囲に調整してもよい。適当であるなら、このようなpH調整は、任意の都合のよい、塩酸などの酸、または水酸化ナトリウムなどのアルカリを用いて実施できる。
タンパク質の抽出に続いて、タンパク質溶液を、限外濾過/透析濾過および着色吸着剤との接触を含む、本発明の他の実施形態による1つまたは複数の着色除去ステップに付すことができる。限外濾過ステップでは、塩濃度を変えないでタンパク質水溶液のタンパク質含有量を増加させる。限外濾過は、タンパク質を保持しながらフェノール性化合物および着色原因物質を透過液と共に膜を通過させることと矛盾しない分画分子量を有する膜、典型的には、約3,000〜約50,000ダルトン、好ましくは約5000〜約10,000ダルトンの分画分子量を有し、様々な膜材料および膜配置を考慮した限外濾過膜を用いて実施できる。膜は、中空糸膜またはスパイラル膜でもよい。連続操作の場合、膜は、タンパク質水溶液が膜を通して通過する際に所望の濃縮度が得られるような大きさであればよい。
タンパク質溶液は、限外濾過ステップによって約4〜約20倍に濃縮され、好ましくは少なくとも約200g/L、より好ましくは少なくとも約250g/Lタンパク質濃度を有する濃縮タンパク質溶液が得られるように実施される。
次いで、濃縮タンパク質溶液を、抽出溶液と同じ重量モル濃度およびpHの塩水溶液を用いて透析濾過する。このような透析濾過は、約2〜約20倍容の透析濾過液、好ましくは約5〜約10倍容の透析濾過液を用いて実施すればよい。透析濾過操作では、透過液と共に膜を通過させることによってタンパク質水溶液からさらなる量のフェノール性化合物および目に見える着色が除去される。透析濾過操作は、透過液中にフェノール性化合物および目に見える着色のさらなる量がほとんどなくなるまで実施すればよい。このような透析濾過は、約3000〜約50,000ダルトン、好ましくは約5,000〜約10,000ダルトンの範囲の分画分子量を有し、様々な膜材料および膜配置を考慮した膜を用いて実施できる。
本発明のこの実施形態の1つの態様によれば、透析濾過ステップの少なくとも一部で使用する透析濾過媒質中に抗酸化剤が存在していてもよい。抗酸化剤は、亜硫酸ナトリウムまたはアスコルビン酸など、任意の都合のよい食品級抗酸化剤でよい。透析濾過媒質中で使用する抗酸化剤の量は、使用する材料によって決まり、約0.01から約1重量%、好ましくは約0.05重量%まで変化してもよい。抗酸化剤は、濃縮カノーラタンパク質単離物溶液中に存在するフェノール性化合物の酸化を抑制するのに役立つ。
濃縮ステップおよび透析濾過ステップは、任意の都合のよい温度、一般には約20℃〜約60℃で、所望の濃縮度をもたらすような時間実施すればよい。使用する温度およびその他の条件は、ある程度まで濃縮を実施するのに使用する膜装置および所望する溶液のタンパク質濃度によって決まる。
限外濾過/透析濾過の操作を実施するには、タンパク質濃度が最高でかつ着色が最も少ないタンパク質溶液を提供するという要求を考慮して諸条件を選択する。以下で報告する実験に基づき、限外濾過/透析濾過(UF/DF)の処理は、pHおよび塩含有量に応じて、約28%〜約74%だけ効果的にA330値(フェノール性化合物濃度)を低下させることが可能である。限外濾過/透析濾過の操作には、抗栄養因子を除去する効果もあり、それによってカノーラタンパク質単離物の栄養学的品質が改善される。
UF/DF透過液はpH8.0および6.3で最大のA330値を有していた。透過液のこれらの高いA330値は、おそらく、膜を通って透過液中に移行できる非結合フェノール性化合物によるものと考えられ、一方、pH9.8およびpH11.0で、フェノール性化合物は反応して着色物を形成してしまってA330で同じくらい強くは吸収しない。
より高いpHおよび塩濃度で抽出を実施すると、A330の初期示度はもっとも大きく、ほとんどの場合、最終保持液のA330示度はもっとも小さかった。より高いpHおよび塩分値では、透過液中にタンパク質の損失を示すより高い濃度の窒素が含まれていた。
最終保持液に対するA330/タンパク質比は、最良比がpH6.3からおよび8.0のpH値で達成されることを示しており、このことは、より高いpHでの試験よりもタンパク質当たりのA330成分がより少ないこと、およびUF/DF処理による除去がより効果的であることを示している。0Mおよび0.25Mの塩濃度を除くすべてにおいて、pH6.3が最良のA330/タンパク質比を有していた。これを考慮に入れると、pH6.3が、最も高いタンパク質濃度を得るのに最良の塩濃度である0.25Mを用いる、タンパク質溶液から着色を透析濾過するために実験された最良のpHレベルであると思われる。
限外濾過/透析濾過に続いて色素吸着剤による処理を行ってもよい。前記の同時係属の米国特許出願、第60/288,415号、第60/326,987号、第60/331,066号、第60/333,494号、第60/374,801号および第10/137,391号(国際公開第02/089597号)には、減色を実施するのに粉末活性炭を使用することが記載されている。
このような出願中に記載されているように、このような減色ステップは、濃縮前のカノーラタンパク質溶液に対して実施され、この減色ステップにより、このようなステップを欠く場合に較べると、製品であるカノーラタンパク質単離物の着色が薄くなり、それほど濃くない黄色になる。本発明の他の実施形態によれば、着色成分吸着材料は、好ましくは濃縮され透析濾過されたカノーラタンパク質溶液に対して使用する。本発明では粒状活性炭(GAC)ばかりでなく粉末活性炭も使用できる。着色吸着剤として使用できるその他の材料はポリビニルピロリドンである。別法として、本発明の他の実施形態によれば、着色成分吸着材料を、限外濾過および任意選択の透析濾過の前のカノーラタンパク質溶液に対して、および/または抽出ステップで直接的に使用できる。着色吸着材料を限外濾過ステップの前に採用する場合には、このような透析濾過によってさらなるフェノール化合物および/または目に見える着色が少しも除去されないなら、透析濾過を省いてもよい。
後記の実験で、ポリビニルピロリドンおよびGACは、pH9.8および11でよりもpH6.3および8.0においてA330値をより低下させたが、多分、高い方の2つのpHレベルではキノン類がタンパク質に結合するためであろう。ポリビニルピロリドンによって、タンパク質の損失なしに、A330の良好な低下が生じた。他に可能性のある材料を試験したが、タンパク質の容認し難い損失または溶液のA330を低下させる能力の欠如のため、満足できるものではなかった。
着色吸着剤で処理するステップは、任意の都合のよい条件、一般にはカノーラタンパク質溶液の外界温度で実施できる。粉末活性炭の場合には、約0.025%〜約5%w/v、好ましくは約0.05%〜約2%w/vの量を使用すればよい。着色吸着剤としてポリビニルピロリドンを使用する場合には、約0.5%〜約5w/v、好ましくは約2〜約3%w/vの量を使用すればよい。着色吸着剤は、カノーラタンパク質溶液から、濾過によるなど、任意の都合のよい手段によって除去できる。
透析済みカノーラタンパク質溶液に対する着色吸着剤による処理の完了に続いて、得られたタンパク質溶液を処理して、その溶液からカノーラタンパク質単離物を取り出す。カノーラタンパク質単離物の取り出しは、タンパク質溶液の諸特質に応じて、任意の都合のよい方式で実施できる。
例えば、カノーラタンパク質単離物は、アルカリ性溶液からの等電点沈殿によって、あるいはより中性の溶液からのタンパク質ミセル集合体法によって取り出すことができる。あるいは、塩濃度を高めることによってタンパク質を沈殿させてもよい。
カノーラタンパク質単離物を取り出すためのカノーラタンパク質溶液の処理は、好ましくは、前記米国特許出願およびより詳細には以下に記載した通りのタンパク質ミセル集合体法を用いて実施される。なぜなら、その抽出pH条件であると、等電沈殿技法で採用されるpHよりも着色の形成が少ないことになるからである。
カノーラタンパク質水溶液に対して行われる着色除去ステップで採用する温度に応じて、濃縮タンパク質溶液を低くても約20℃から最高で約60℃、好ましくは約25〜約40℃の温度に加温し、濃縮、場合によっては透析濾過したタンパク質溶液の粘度を低下させ、後に続く希釈ステップおよびミセル形成の実行を容易にしてもよい。濃縮、場合によっては透析濾過したタンパク質溶液は、濃縮、場合によっては透析濾過したタンパク質溶液の温度がその温度以上であると冷水で希釈してもミセルを形成できなくなる温度を超えて加熱されてはならない。必要なら、Murray II特許に記載のように、濃縮、場合によっては透析濾過したタンパク質溶液をさらなる脱脂操作に付してもよい。
着色除去ステップから得られる濃縮タンパク質溶液を低温殺菌して、貯蔵の結果として最初の粗粉中に存在していたかもしれない、あるいは抽出ステップで粗粉からカノーラタンパク質単離物溶液中に抽出されたかもしれないなんらかの細菌を死滅させてもよい。このような低温殺菌は、任意の所望する低温殺菌条件下で実施すればよい。一般には、濃縮、場合によっては透析濾過したタンパク質溶液を約55〜約70℃、好ましくは約60〜65℃の温度に約10〜約15分間、好ましくは約10分間加熱する。次いで、低温殺菌した濃縮タンパク質溶液を、後記載するようなさらなる処理に備えて、好ましくは約25℃〜約40℃の温度に冷却してもよい。
次いで、着色除去ステップならびに任意選択の脱脂および低温殺菌ステップから得られた濃縮タンパク質溶液を、所望の希釈度とするのに必要な容積の冷水と混合することによって希釈し、ミセルを形成する。ミセル経路によって得ることを希望するカノーラタンパク質の割合、および上澄液から得ることを希望するカノーラタンパク質の割合に応じて、濃縮タンパク質溶液の希釈度を変えることができる。希釈度合が高いと、水相中により多くの割合のカノーラタンパク質が残存する。
ミセル経路によるタンパク質をより多くの割合で得ることを希望する場合には、濃縮タンパク質溶液を、約15倍またはそれ以下、好ましくは約10倍またはそれ以下で希釈する。
濃縮タンパク質溶液と混合される冷水の温度は、約15℃未満、一般には約3℃〜約15℃、好ましくは約10℃未満である。なぜなら、タンパク質ミセル集合体の形態でのタンパク質単離物の収率は、使用した希釈率においてこれらの低い温度で改善されるからである。
バッチ操作では、濃縮タンパク質溶液の1槽分を、前に考察したように、所望の容積を有する冷水の静止本体に添加する。濃縮タンパク質溶液の希釈およびその結果として起こるイオン強度の低下によって、離散したタンパク質小滴の形態で高度に会合したタンパク質分子のミセル状での雲状様集合体の形成が起こる。バッチ法では、タンパク質ミセルを冷水の本体中で沈降させ、無定形粘着性ゼラチン状グルテン様ミセル集合体(PMM)を形成する。沈降は、遠心などによって促進できる。このような誘導沈降によってたんぱく質ミセル集合体の液体含有量が低下し、それによって、一般にはミセル集合体総量の約70%〜約95重量%の水分含有量が約50%〜約80重量%の値に低下する。この方法でミセル集合体の水分含有量を低下させると、ミセル集合体に吸蔵された塩の含有量、したがって乾燥単離物の塩含有量が低下する。
別法として、T型パイプの一方の入口に濃縮タンパク質溶液を連続的に通し、同時にT型パイプの他方の入口に希釈水を供給しながら、パイプ中での混合を可能にすることによって、希釈操作を連続的に実施してもよい。希釈水は、所望の希釈度を達成するのに十分な比率でT型パイプに供給される。
パイプ中での濃縮タンパク質溶液と希釈水の混合によって、タンパク質ミセルの形成が始まり、混合物は、T型パイプからの出口から沈降槽中に供給される。沈降層が満杯になったら、そこから上澄液をオーバーフローさせる。混合物は、好ましくは、沈降槽内の液体の本体に、液体本体内の乱れを最小にする方式で供給される。
連続法では、沈降槽中でタンパク質ミセルを沈降させ、凝集、合体し、密で、粘着性の、グルテン様タンパク質ミセル集合体(PMM)を形成し、この手順を所望量のPMMが沈降槽の底部に蓄積するまで継続し、そこで蓄積したPMMを沈降槽から取り出す。
タンパク質溶液を少なくとも約200g/Lのタンパク質含有量まで濃縮するプロセスパラメーターと約15未満の希釈率の使用を組み合わせると、前記米国特許中で考察されている周知の従来似術によるタンパク質単離物形成方法のいずれを利用して達成されるよりも、最初の粗粉抽出物からのタンパク質ミセル集合体の形態でのタンパク質の回収率で表現して収率がより高く、しばしば相当より高くなり、タンパク質の含有量で表現して単離物がより純粋になる。
沈降した集合体から残留水槽をデカンテーションすること、または遠心などによって、沈降した単離物を残留水相または上澄液から分離する。PMMは、湿潤体でも使用できるし、噴霧乾燥、凍結乾燥または真空ドラム乾燥などの任意の都合のよい技術によって乾燥して乾燥体を形成できる。乾燥PMMは、タンパク質が約90重量%、好ましくは少なくとも約100重量%を超える高いタンパク質含有量を有し(N×6.25として計算して)、実質的に未変性である(示差走差熱量法で判定して)。Murray II特許の方法を採用した場合には、油脂種子粗粉から単離される乾燥PMMも残留脂肪含有量が低く、約1重量%未満であることもある。
PMMの形成と沈降のステップからの上澄液には、希釈ステップで沈殿しなかったかなりの量のカノーラタンパク質が含まれており、上澄液を処理してこれからカノーラタンパク質単離物を回収する。PMMを取り出した後に、希釈ステップからの上澄液を濃縮してそのタンパク質濃度を高める。このような濃縮は、カノーラタンパク質を溶液中に保持しながら、塩、およびタンパク質原料から抽出される非タンパク質系低分子量物質を含む低分子量種が膜を通過するのを可能にする、適切な分画分子量を有する膜を使用する限外濾過など、任意の都合のよい選択膜技術を利用して実施される。約3,000〜10,000ダルトンの分画分子量を有し、様々な膜材料および配置を考慮した限外濾過膜を使用できる。この方法で上澄液を濃縮すると、タンパク質を回収するために乾固する必要のある液体の容積が減少する。上澄液は、乾固に先立って、一般に、約100〜約400g/L、好ましくは約200〜約300g/Lのタンパク質濃度に濃縮する。このような濃縮操作は、タンパク質溶液の濃縮ステップについて前記したように、バッチ方式または連続操作で実施できる。
本発明の他の実施形態によれば、乾固に先立って、濃縮上澄液を水を使用する透析濾過ステップにかける。このような透析濾過は、約2〜約20倍容の、好ましくは約5〜約10倍容の透析濾過溶液を用いて実施すればよい。透析濾過操作中に、透過液と共に膜を通過することによってさらなる量のフェノール性化合物および目に見える着色が除去される。透析濾過操作は、さらなるフェノール性化合物および目に見える着色が透過液中にかなりの量で除去されることがなくなるまで実施すればよい。このような透析濾過は、約3000〜約50,000ダルトン、好ましくは約5,000〜約10,000ダルトンの範囲の分画分子量を有し、様々な膜材料および配置を考慮した膜を用いて実施できる。
本発明のこの実施形態の1つの態様によれば、透析濾過媒質中に抗酸化剤が存在していてもよい。抗酸化剤は、亜硫酸ナトリウムまたはアスコルビン酸など、任意の都合のよい食品級抗酸化剤でよい。透析濾過媒質中で使用する抗酸化剤の量は、使用する物質によって決まり、約0.01から約1重量%、好ましくは約0.05重量%まで変化してもよい。抗酸化剤は、濃縮カノーラタンパク質単離物溶液中に存在するフェノール性化合物の酸化を抑制するのに役立つ。
濃縮上澄液は、湿潤体でも使用できるし、あるいは、噴霧乾燥、凍結乾燥または真空ドラム乾燥などの任意の都合のよい技術によって乾燥して乾燥体とし、さらなるカノーラタンパク質単離物を提供できる。このような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%、好ましくは少なくとも約100重量%を超えるタンパク質含有量を有し(N×6.25として計算して)、実質的に未変性である(示差走差熱量法で判定して)。
所望であれば、湿潤PMMの少なくとも一部を濃縮上澄液の少なくとも一部と配合し、その後、配合したタンパク質流系を任意の都合のよい技術によって乾燥し、本発明の1つの実施形態によるカノーラタンパク質単離物の配合組成物を提供できる。一緒に混合されるタンパク質系材料の相対比は、得られるカノーラタンパク質単離物が所望の2S/7S/12Sタンパク質プロフィール有するように選択すればよい。別法としては、乾燥タンパク質単離物を任意の望む比率で配合し、その混合物に任意の所望する特定の2S/7S/12Sタンパク質プロフィールを付与してもよい。カノーラタンパク質単離物の配合組成物は、タンパク質が約90重量%、好ましくは少なくとも約100重量%を超える高いタンパク質含有量を有し(N×6.25として計算して)、実質的に未変性である(示差走差熱量法で判定して)。
他の代替法で、濃縮上澄液の一部のみをPMMの一部のみと混合し、その得られた混合物を乾燥する場合には、PMMの残りの任意量を乾燥できると同様、濃縮上澄液の残りを乾燥できる。さらに、乾燥PMMおよび乾燥上澄を、前に考察したように、任意の所望相対比率でドライ混合してもよい。
この方式で操作することによって、乾燥PMM、乾燥上澄、およびPMM由来カノーラタンパク質および上澄液由来カノーラタンパク質の様々な重量比、一般には重量で約5:95〜約95:5の乾燥混合物の形態で、多くのカノーラタンパク質単離物を取り出すことができる。このことは、組成物の2S/7S/12Sタンパク質の異なる比率に基づく様々な機能的および栄養学的特性を得る上で望ましいことであろう。
本発明の他の実施形態によれば、PMM由来カノーラタンパク質単離物および上澄液由来カノーラタンパク質単離物を処理してこれらの単離物から着色付与成分を除去することができる。このような処理は、好都合には、混合物中のフェノール性化合物および/または目に見える着色物に対する水に混和可能な有機溶媒を水と一緒に使用して実施される。
水に混和可能な有機溶媒はアルコールでよいので、好ましいのは一般に約2:1〜約1:2、好ましくは1:1の体積比の、エタノールと水の混合物である。混合溶媒中に、一般には外界温度で、カノーラタンパク質単離物を約5〜約25%w/v、好ましくは約8〜約23%w/vの量で分散させる。カノーラタンパク質単離物のスラリーを約30〜約60分間、好ましくは約30分間混合する。抽出過程に続いて、遠心などによってスラリーを沈降させ、カノーラタンパク質を回収する。望むなら、さらなるフェノール性化合物および/または目に見える着色物が除去されなくなるまで抽出を繰り返してもよい。カノーラタンパク質単離物をエタノールなどのアルコールに再分散させ、単離物から水を除去し、次いで、分離して乾燥すればよい。
実施例
実施例1:
この実施例ではタンパク質の抽出およびタンパク質溶液の着色に対する各種パラメーターの影響を示す。
37.5gの市販カノーラ粗粉(AL-016)を所望のpHで、所望濃度のNaClを含む水と、7.5%w/vの粗粉濃度で20℃で混合する一連の実験を実施した。採用した塩化ナトリウム濃度は、0、0.05、0.10、0.15および0.25Mであり、採用したpH値は、pH6.3、8.0、9.8および11.0であった。60分間の抽出時間中、10分毎に、抽出液のサンプル約30mLを採取し、10,000×gで15分間遠心した。抽出時間の終末時点で、各サンプルの上澄液のタンパク質濃度を分析した。バッチ全体を10,000×gで15分間遠心し、その上澄液を0.45μmのミクロフィルターを用いて真空濾過した。濾過した上澄液のタンパク質含有量および遊離フェノール性化合物の濃度(330nmでの吸光度)を分析した。
分画分子量が10,000の膜を備えたAmicon8400装置を使用する濃縮率4での限外濾過(UF)のために、清浄化した上澄液から100mlのアリコートを抜き取った。25mlの保持液および貯まった透過液のタンパク質濃度およびA330吸光度を測定した。限外濾過した溶液を、抽出に使用したと同一塩濃度および同一pHの溶液150mlを用いる透析容積6による透析濾過(DF)にかけた。透析濾過の終末時点で、透析濾過から得られた保持液および貯まった透過液の双方についてそのタンパク質濃度およびA330を分析した。
次いで、最終保持液のアリコートを5つの異なった吸着剤の1種を含むカラムに通し、得られたタンパク質溶液について再度タンパク質濃度およびA330を調べた。吸着剤は、アンバーライトXAD-16HP(高分子吸着剤)、アンバーライトSF120NA(陽イオン交換樹脂)、Polyclar Super R(ポリビニルピロリドン)、シリカゲル(28〜200メッシュ)、および粒状活性炭(食品級)であった。
抽出実験から得られたデータは、粗粉から抽出可能なすべてのタンパク質を取り出すためには、30分の抽出時間で十分であることを示している。30分を超えても、試験したpHおよび塩濃度のいずれにおいても抽出されるタンパク質の増加はほとんど認められない。次表Iに各pHおよび各塩濃度で得られた抽出タンパク質の量を示す。
Figure 0004384600
次表II〜VIに、様々なpHにおいて、時間との相関として抽出タンパク質(量g/L)に対する塩濃度の影響を示す。
Figure 0004384600
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これらの表から判るように、実施した実験では、各塩濃度において抽出pHが高いほどタンパク質含有量が高くなったが、0.05Mを超えて塩含有量を高めてもタンパク質の溶解性は増加しなかった。
次表VIIに、各pHおよび各塩濃度での抽出タンパク質の330nmにおける吸光度を示す。
Figure 0004384600
表VIIから判るように、0.1M、0.15M、および0.25Mでの抽出において、pH9.8で、抽出されるA330色の低下が起こり、色は他のpH値のものよりも明らかに濃く、タンパク質含有量に対応する低下はない。前に触れたように、これらの抽出のタンパク質含有量はpH9.8〜pH11.0を通じて上昇し続ける。
次表VIIIに、限外濾過を終え透析濾過する前のタンパク質溶液の330nmでの吸光度を示す。また、表IXには透析濾過後のタンパク質溶液のA330を示す。これらの表から判るように、各実験で保持液のA330は透析濾過後のほうがより低かった。
Figure 0004384600
Figure 0004384600
次表Xに、透析濾過を用いて達成されるA330の低下割合を示す。
Figure 0004384600
表Xから判るように、UF/DF後のA330値は、pH6.3、0.1Mで抽出したものが最も低下した。試験した5つの異なる塩濃度の中で、1つの濃度を除くすべてにおいて最も低いA330はpH6.3で抽出したもので達成された。
次表XIに、最終保持液の様々なタンパク質濃度を考慮に入れたA330/g/L比を示す。この比に関しては、得られた低いメンバーで示される、A330が低く、かつタンパク質含有量の高いことが最も望ましい。
Figure 0004384600
表XIから判るように、A330/タンパク質比に注目すると、試験した各pH水準において0.25Mの塩水系列で最良の結果となり、実施した実験の中で全体として最も小さなA330/タンパク質比はpH8.0、0.25Mで抽出したものであった。
限外濾過および透析濾過の双方からの透過液のA330データ(示していない)を調べてみると、pH9.8および11.0の場合よりも2つのより低いpH水準においてより多くのA330が透過液の中に流れ込んでいることが判った。
6.3および8.0のpHでの吸着剤の試験で、Polyclarは、保持液の遊離フェノール性化合物(A330)を減少させたが、吸着ステップの後にタンパク質の損失は見出されなかった。しかし、pH9.8および11.0で、Polyclarは、遊離フェノール性化合物をほとんど捕捉しなかった。アンバーライトXADは高pHで行ったほとんどの場合にA330が減少したが、ほとんどいずれの場合もタンパク質の損失があった。
試験したその他の吸着剤の中で、シリカゲルはほとんどの場合でA330を減少させず、サンプルを不透明にすることがかなり多く、A330の示度をより大きくすることになった。アンバーライトSF120は、低い方のpH水準でA330のある程度の減少が認められたが、高いほうのpH水準ではやはり効果的とは思われず、多くの場合、タンパク質のかなりの損失を示した。また、これらのサンプルには、吸着剤を通した後に若干の沈殿物が存在していた。
粒状活性炭(GAC)は、低い方のpH水準で保持液のA330を減少させるのにかなりよく機能したが、pH9.8および11.0ではA330を減少させるのに有効ではなかった。また、GACは試験したほとんどの場合に若干のタンパク質損失を示した。GACを通したサンプルは、残留炭素が存在するので、処理後に0.45μMのフィルターで濾過をしなければならなかった。
実施例2:
この実施例では、抽出ステップに対する抗酸化剤添加の影響を例示する。
アスコルビン酸を添加し、ヘリウムで抽出媒質をパージして溶解酸素の99%を除去した0.1M塩水中、pH8.0およびpH6.3で抽出を実施し、実施例1の方法を繰り返した。目に見える着色の尺度としてA420の吸収も測定した。
次表XIIに、抽出データを示す。
Figure 0004384600
表XIIから判るように、抽出中にアスコルビン酸を使用すると、A420で示されるような目に見える着色が減少する。低濃度のアスコルビン酸(0.05%)により抽出A420、または目に見える着色が2分の1以下に低下させることができる。
次表XIIIに、透析濾過した保持液のA330およびA420示度を示す。
Figure 0004384600
表XIIIから判るように、抽出中のアスコルビン酸によるA420の減少はやはり透析濾過の後にも反映されている。アスコルビン酸を伴なった抽出からの保持液のA420は、抽出にアスコルビン酸を含まなかった保持液よりも低い。
表XIVに、保持液のA330およびA420に対するPolyclarの影響を示す。
Figure 0004384600
表XIVから判るように、抽出で使用したアスコルビン酸によるA420の減少は、やはり吸着剤による処理の後でも存在する。Polyclarによって各サンプルのA420が減少したが、アスコルビン酸を含む2つのサンプルは、アスコルビン酸を含まない対照品よりも低かった。
実施例3:
この実施例では、抗酸化剤を用いる抽出に対する塩濃度およびpHの影響を例示する。
この実施例は、抽出ステップの開始前にカノーラ油糧種子粗粉抽出液体に0.5g(0.1%)の亜硫酸ナトリウム(Na2SO3)を添加したこと以外は、実施例1の繰り返しである。使用したその他すべてのパラメーターは、透析容積が5であること以外は、実施例1と同一とした。
次表XV.1〜XV.5に、各pHおよび各塩濃度で得られたタンパク質の量を示す。
Figure 0004384600
Figure 0004384600
Figure 0004384600
Figure 0004384600
Figure 0004384600
これらの表から判るように、ほとんどの実験で、抽出は約30分間で平衡に達した。塩を添加しない場合には、pHが上昇するにつれてより多くのタンパク質が抽出された。pHの影響は、9.8以上の高いpHでよりも、8.0以下のpHで影響の度合いが少ないように思われる(表XV.1)。低濃度で塩を添加すると(0.10M未満)、pH6.3および8.0では概ねタンパク質抽出能力を増加させることができたが、低い塩濃縮物は、より高い9.8または11.0のpH水準でのタンパク質の抽出を促進しなかった(表XV.2およびXV.3)。
次表XVIに、タンパク質抽出物の遊離フェノール性化合物含有量(A330吸光度)に対するpHおよび塩化ナトリウム溶液濃度の影響を示す。
Figure 0004384600
この表XVIIで判るように、A330の値は、pHがpH9.8まで上昇するのに伴って次第に減少したが、タンパク質濃度はこのpH領域でpHが上昇するのに伴なって高くなった。抽出物の着色はpHが上昇するにつれて明らかに濃くなった。塩濃度の着色に対する影響はあまり明白でない。
次表XVII.1〜XVII.4に、限外濾過からの保持液(表XVII.1)および透過液(表XVII.2)のA330に対する、および透析濾過からの保持液(表XVII.3)および透過液(表XVII.4)のA330に対するpHおよびNaCl濃度の影響を示す。
Figure 0004384600
Figure 0004384600
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Figure 0004384600
限外濾過によって抽出物中のタンパク質は4倍に濃縮されるので、pH8.0、0.0NaClの場合を除いて、保持液は明らかにより濃くなり、そのA330示度は抽出物より高かった(表XVII.1)。上の除外例は異常値かもしれない。UF前の最初の抽出物と同様、pH9.8にA330の最小値が現れたが、前に考察した理由により、このことは実際に目に見える着色の濃さでは確かめられなかった。A330で測定すると、透過液の高いA330示度で示されるように、UFによって抽出物からかなりの量のフェノール性化合物が取り出された(表XVII.2参照)。
表XVII.3から、透析濾過の保持液は、限外濾過の保持液(表XVII.1)よりさらに低いA330の示度を有していたことが判る。DF透過液のA330示度(表XVII.4)は、UF透過液の示度(表XVII.4)ほど高くはなかったが、それにもかかわらず、DFによって、残存フェノール性化合物のかなりの量がさらに除去された。透析濾過によるフェノール性化合物のこのさらなる除去によって、DF保持液のA330(表XVII.3)はUF保持液のA330(表XVII.1)よりもさらに低くなった。
次表XVIII.1〜XVIII.4に、保持液のA330に対する吸着剤およびpHの影響を示す。
Figure 0004384600
Figure 0004384600
Figure 0004384600
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表XVIII.1〜XVIII.4から判るように、試験した吸着剤の中でPolyclarは、低いpH(<9.8)で、最終保持液のA330示度を減少させる上で特に有効であった。表XVIII.1に示したように、A330値を最大で40%減少できる。
pHおよび塩濃度の特定の条件下で、その他の吸着剤もA330の示度を低下させることができたが、Polyclarと比較するとその効果は微々たるものであった。9.8のpHを採用する場合、PolyclarはA330を低下させるのにはあまり有用でなかった。
次表XVIII.5〜XVIII.8に、保持液のタンパク質濃度(g/L)に対する吸着剤の影響を示す。
Figure 0004384600
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表XVIII.5〜XVIII.8から判るように、限外濾過によってタンパク質がたとえ大幅に濃縮されても、塩とpHのすべての組合せで、試験したすべての吸着剤は、保持液のタンパク質濃度にまったく無関係であった。
実施例4:
この実施例では、低濃度亜硫酸ナトリウムの使用およびパージ抽出の影響を説明する。
吸着剤としてPolyclarを使用するpH8.0での3個の実験に、低濃度の亜硫酸ナトリウム(0.05重量%Na2SO3)を採用して、実施例3の手順を繰り返した。A330の他にもA420を測定した。
もう1組の実験では、0.05重量%Na2SO3を含む抽出溶液を、抽出の前および抽出中にヘリウムでパージも行った。
次表XIX.1に、タンパク質抽出に対するこれら変更の影響を示す。
Figure 0004384600
表XIX.1から判るように、3種の塩添加濃度のすべてにおいて、使用する亜硫酸ナトリウムの量を減らした場合には、抽出物のタンパク質濃度が約40重量%増加した。塩濃度が高くなるとタンパク質濃度が高くなった。ヘリウムパージはタンパク質の抽出に対して無関係であった。
表XIX.2に、A330での着色に対するこれら変更の影響を示す。
Figure 0004384600
表XIX.2から判るように、Na2SO3が減少しても抽出物のA330に有意には影響しなかった。ヘリウムパージで溶解酸素の99%が除去されたが、抽出物の吸光度は330nmまたは420nm(下表XIX.3)のいずれでも改善されなかった。
Figure 0004384600
次表XXに、保持液のA330およびA420に対する膜処理の影響を示す。
Figure 0004384600
表XXで判るように、透析濾過は、抽出物中の着色した成分をかなり除去した。最終保持液のA330およびA420示度の双方とも最初の抽出物の約半分であった。ヘリウムパージは、A330およびA420値に影響を与えなかった。
次表XXIに、保持液のA330およびA420に対するPolyclarの影響を示す。
Figure 0004384600
実施例5:
この実施例では、抗酸化剤および透析濾過を使用する市販カノーラ粗粉からのカノーラタンパク質単離物の調製を例示する。
150kgの市販カノーラ粗粉(高温焙煎粗粉)を、0.5kgのアスコルビン酸(0.05重量%)を含む1000Lの0.15M NaCl溶液に16℃で添加して30分間攪拌し、タンパク質含有量が20.2g/Lのタンパク質水溶液を準備した。カノーラ粗粉残渣を真空フィルターベルト上で除去、洗浄した。得られたタンパク質溶液を遠心および濾過により清澄化し、タンパク質含有量が14.6g/Lの清澄化タンパク質溶液1040Lを調製した。
タンパク質抽出溶液の容積を、分画分子量が5000ダルトンの膜を用いる限外濾過装置での濃縮によって、45Lまで減容した。次いで、このタンパク質溶液を、分画分子量が5000ダルトンの膜を使用する透析濾過装置で、0.05重量%のアスコルビン酸を含む450Lの0.15M NaCl溶液を用いて透析濾過し、タンパク質含有量が225g/Lである44Lの最終容積とした。
30℃の濃縮され透析濾過された溶液を、4℃の水中に1:15で希釈した。直ちに生じるタンパク質ミセルの白色雲を沈降させた。上部の希釈水を除去し、沈殿した、粘性のある、粘着性集合体(PMM)を槽の底部から取り出し、乾燥した。乾燥したタンパク質のタンパク質含有量は乾基準で103.2重量%(N×6.25)であった。
ミセル形成からの上澄液620Lを、分画分子量が5000ダルトンの膜を用いる限外濾過装置での濃縮によって30Lまで濃縮した。次いで、この濃縮した上澄液を、分画分子量が5000ダルトンの膜を使用する透析濾過装置で、100Lの水を用いて透析濾過を行い、タンパク質含有量が121.8g/Lである27Lの最終容積とした。
濃縮し透析濾過した溶液を乾燥した。乾燥したタンパク質のタンパク質含有量は、乾基準で100.8重量%(N×6.25)であった。
PMM由来カノーラタンパク質単離物(CPI)および上澄液由来カノーラタンパク質単離物のサンプルの明度(L)および色度(aおよびb)をミノルタ(CR-310)色彩計を用いて評価した。ラボ空間で、この値は0から100まで変動し、100は白色で0は黒色である。色度座標、aおよびbは両方とも+60と−60の極限値を持ち、+aは赤方向、−aは緑方向、+bは黄色方向および−bは青方向である。
次表XXIIに、得られた結果を示す。
Figure 0004384600
このカノーラタンパク質単離物は、アスコルビン酸(抗酸化剤として)の添加および透析濾過のステップを省いてこの手順に従って取り出した単離物よりも、より明るく(L)黄色味(b)の少ない色調を示した(データは示さない)。
実施例6:
この実施例では、低温焙煎粗粉および気流脱溶媒粗粉からのタンパク質抽出物の着色に対する温度の影響を示す。
75gの(a)低温焙煎(100℃)カノーラ油糧種子粗粉(LT)および(b)気流脱溶媒(20℃)カノーラ油糧種子粗粉(Marc)を、外界温度または室温(RT)、55℃、60℃および65℃で0.15M NaCl溶液のサンプル500mLに添加し、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準備した。5、10、15、20および30分の時点で分析用にタンパク質水溶液を採取した。廃棄粗粉は10.000×gで5分間遠心して分離し、凍結乾燥した。
各種タンパク質溶液サンプルのA330およびA420での吸光度を測定した。既に前に言及したように、A330でのUV吸光度は溶液中のフェノール性化合物の濃度を示し、一方A420での吸光度は実際の着色のより直接的な測定値である。各種サンプルに対するデータを次表XXIIIおよびXXIVに示す。
Figure 0004384600
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表XXIIIおよびXXIVから判るように、抽出温度を高めても、試験した各種粗粉について抽出タンパク質溶液のA330に対する影響はほとんどなかったが、高いほうの温度ではA420示度のわずかな増加が認められた。
実施例7:
この実施例では、カノーラ油糧種子粗粉からのタンパク質抽出物の着色に対するいくつかのパラメーターの影響を示す。
実験の最初の組で、(a)100℃で低温焙煎されたカノーラ油糧種子粗粉(LT粗粉)、および(b)20℃で気流脱溶媒されたカノーラ油糧種子粗粉(Marc粗粉)のサンプル50gを、0.05Mまたは0.10M NaCl溶液のサンプル500mLに室温(20℃)で添加し、15分間攪拌した。このスラリーを5000×gで10分間遠心し、廃棄粗粉を除去した。
実験の次の組で、まず、塩を添加していない水をホットプレート攪拌器上で60℃に加熱した。次いで、50gの100℃で低温焙煎したカノーラ油糧種子粗粉、または(b)20℃で気流脱溶媒したカノーラ油糧種子粗粉(Marc粗粉)を添加し、温度を維持しながら15分間攪拌した。5000×gで10分間遠心して廃棄粗粉から抽出物を分離した。
各種タンパク質溶液のA330およびA420での吸光度ならびにタンパク質濃度を測定した。得られた結果を次表XXV.1およびXXV.2に示す。
Figure 0004384600
Figure 0004384600
表XXV.1およびXXV.2に含まれる結果から判るように、A330はタンパク質濃度の増加に伴って増加するが、一方、A420で示される着色強度は、タンパク質濃度が変化しても有意には変化せず、このことは肉眼観察とも一致していた。これらの結果から、低温焙煎粗粉に比較して、気流脱溶媒粗粉では、より高いタンパク質収率に伴い、より淡色の製品を期待できることが判る。
実施例8:
この実施例では、製品着色に対するカノーラタンパク質単離物を溶媒抽出に付すことの影響を示す。
PMM由来単離物がD29-02A C300(57.9重量%)、D24-02A C300(34.7重量%)およびD11-02A C300(7.4重量%)である3つの単離物処置から、PMM由来カノーラタンパク質単離物の混合物(複合物6)を形成した。さらに、上澄液由来単離物がE29-02A C200(18.7重量%)、D29-02A C200(40.1重量%)およびE14-02A C200(41.2重量%)である3つの単離物処置から、上澄液由来カノーラタンパク質単離物の混合物(複合物7)を形成した。
個々のカノーラタンパク質単離物を調製するのに利用した具体的方法は次の通りである。
[a]kgの市販カノーラ粗粉を「b」Lの0.15M NaCl溶液に外界温度で添加し、30分間攪拌してタンパク質含有量が「c」g/Lのタンパク質水溶液を準備した。真空フィルターベルト上で残渣カノーラ粗粉を除去、洗浄した。得られたタンパク質溶液を遠心および濾過によって清澄化し、タンパク質含有量が[e]g/Lである清澄化タンパク質溶液「d」Lを得た。
タンパク質抽出溶液のアリコート「f」Lの容積を、分画分子量が「h」ダルトンの膜を用いる限外濾過装置での濃縮によって「g」Lまで減容した。得られた濃縮タンパク質溶液のタンパク質含有量は[i]g/Lであった。
「j」℃の濃縮溶液を4℃の水中に比率「k」で希釈した。直ちに生じる白色雲を沈降させた。上部の希釈水を除去し、沈殿した、粘性のある、粘着性集合体(PMM)を槽の底部から抽出されたタンパク質の「l」重量%の収率で取り出した。乾燥したPMM由来タンパク質のタンパク質含有量は乾基準で「m」%(N×6.25)であった。製品の呼称を「n」とした。
次表XXVIに、「a」〜「m」のパラメーター値を示す。
Figure 0004384600
除去した希釈水の容積を、分画分子量が「o」ダルトンの膜を用いる限外濾過によって「p」g/Lのタンパク質濃度にまで減容した。濃縮物を乾固した。上澄液からさらなるタンパク質を回収して、全体としてのタンパク質回収は、抽出されたタンパク質の「q」重量%であった。形成された乾燥タンパク質のタンパク質含有量は、乾基準で「r」重量%(N×6.25)であった。
製品の呼称を「s」とした。次表XXVIIに、パラメーター「o」〜「r」に対する値を示す。
Figure 0004384600
1.4kgの複合物6を、3Lのエタノール(変性、VWR Canlab Dの85%エタノール/15%木精)と3Lの逆浸透(RO)精製水の混合液中に分散させた。オーバーヘッド攪拌機を用いて混合物を30分間攪拌した。サンプルをバッチで8000×gで5分間遠心することによって、全部の流体から固形物を分離した。
次いで、ペレットを、エタノール3LおよびRO水3Lからなるさらなる混合液中に再分散させ、攪拌しながら30分間再び抽出した。再び遠心(8000g/5分)を用いて固体サンプルを集めた。次いで、サンプルから水を除去する目的で、ペレットを4Lのエタノールに分散させた。遠心(8000g/5分)により固体物質を集め、4Lの新しいエタノールに再分散させた。
再び遠心(8000g/5分)を用いて固体を集めた。ペレットを破砕し、ベーキングシート上に拡げ、換気フード中に放置して乾燥させた。
1.4kgの複合物7を使用し、4.2Lのエタノールおよび1.8Lの逆浸透精製の混合液に分散させるこの手順を繰り返した。ペレットを、4.2Lのエタノールおよび1.8LのRO水からなる新しい混合液に再分散させた。
得られたタンパク質粉末および溶媒抽出物サンプルの総タンパク質含有量をHPLCで分析した。タンパク質粉末の水分含有量も分析した。溶媒抽出物サンプルは、分光光度計を用いてそのフェノール含有量(330nmでの吸光度)および目に見える着色(420nmでの吸光度)を調べた。乾燥タンパク質製品の色調は、ミノルタCR-310色彩計を用いて評価した。
エタノール/水溶液で抽出した複合物6の回収は86重量%であり、複合物7の場合は80重量%であった。製品の損失は抽出溶媒に対する溶解度のためであり、次表XXVIIIに、溶媒抽出物のタンパク質含有量を示す。
Figure 0004384600
その他の損失は、サンプル取扱いによる物質損失に帰することができる。
得られた色調の示度を次表XXIXに示す。
Figure 0004384600
表XXIXのデータから判るように、複合物6および複合物7の両方で、カノーラタンパク質単離物を抽出すると、明度(L)が増加し、「a」値が減少し、「b」値も減少する。L値が増加することは、その製品がより白色で黒色味が少ないことを意味する。「a」値の減少は赤から緑への色調の移動に対応し、「b」値の減少は黄色から青への色調の移動に対応する。サンプルの赤味および黄色味の減少は、フェノール性化合物および/またはその反応生成物が除去されていることの指標である。
次表XXXに、溶媒抽出物の吸光度示度を示す。
Figure 0004384600
表XXXから判るように、抽出物は少し着色しており、タンパク質単離物から着色物が抽出されていることを示している。
表XXXIに、溶媒抽出したタンパク質単離物のタンパク質含有量(N×6.25、Leco FP52D型窒素分析計を用いて測定した窒素パーセント値)および水分含有量を示す。
Figure 0004384600
表XXXIから判るように、溶媒抽出した製品は、水分量が少なく、かつ単離物として分類される製品に必要な十分に高いタンパク質含有量を有していた。
実施例9:
この実施例ではカノーラタンパク質単離物の製造における抗酸化剤および吸着剤の使用を例示する。
低温(100℃)で脱溶媒された150kgの市販カノーラ油糧種子粗粉を、1000Lの0.15M NaClに添加し、21℃の室温で30分間混合した。混合15分後に、スラリーに抗酸化剤として0.05重量%(500g)のアスコルビン酸を添加した。
カノーラ粗粉残渣を真空フィルターベルト上で除去、洗浄し、タンパク質含有量が23.9g/Lのタンパク質溶液953.5Lを得た。溶液の330nmでのUV吸光度は61.2であった。
953.5Lのタンパク質溶液に21.2kg(2.2重量%)のPolyclar Super Rを添加し、室温で1時間混合させた。その後、タンパク質溶液をそれぞれ20μMおよび0.2μMのフィルターパッドを張ったスラッジ除去遠心機およびその後フィルタープレスに通してPolyclarを除去した。Polyclarの除去により、タンパク質含有量が19.9g/LでA330吸光度が33.2である842Lのカノーラタンパク質溶液を集めた。したがって、極めて少ないタンパク質の損失で、A330吸光度のかなりの低下が得られた。
次いで、清澄化した溶液を、分画分子量が5000ダルトンの膜を用いる限外濾過装置で、タンパク質含有量が338.4g/LでA330が20.4である30Lの容積まで濃縮した。この濃縮タンパク質抽出物溶液を分画分子量が5000ダルトンの膜を用いる透析濾過装置で0.05重量%のアスコルビン酸を含む300Lの0.15M NaClを用いて透析濾過した。得られた29.0Lの濃縮し限外濾過したカノーラタンパク質溶液のタンパク質含有量は299.7g/L、A330は25.6であった。
実施例1〜3および5で判った結果とは対照的に、透析濾過はA330に対してほとんど影響がなかったが、多分、濃縮ステップの前にPolyclarによって遊離のフェノール性化合物が既にカノーラタンパク質溶液から除去されていたためであろう。
31℃の濃縮され透析濾過された溶液を、温度6.4℃の15倍容の水中に希釈した。直ちに形成されるタンパク質ミセルの白色雲を2時間沈降させた。上部の希釈水を除去し、沈殿した粘性のある粘着性集合体(PMM)(40.6kg)を槽の底部から取り出し、噴霧乾燥した。乾燥したタンパク質単離物のタンパク質含有量は、乾基準で98.8重量%(N×6.25)であった。
タンパク質含有量が13.3g/Lであるミセル形成から得られる上澄液440Lを、分画分子量が5,000ダルトンである膜を用いる限外濾過装置での濃縮によって30Lまで濃縮した。次いで、濃縮した上澄液を分画分子量が5,000ダルトンの膜を用いる透析濾過装置で5倍容の水を用いて透析濾過した。得られた溶液のタンパク質含有量は161.0g/L、A330は10.8であった。
濃縮し透析濾過した溶液を乾固すると、乾燥タンパク質のタンパク質含有量は乾基準で95.6重量%(N×6.25)であることが判った。
PMM由来カノーラタンパク質単離物(CPI)および上澄液由来カノーラタンパク質単離物のサンプルの明度(L)および色度(aおよびb)をミノルタ(CR-310)色彩計を用いて分析した。
次表XXXIIに、得られた結果を示す。
Figure 0004384600
実施例10:
この実施例では、抽出ステップでの抗酸化剤および吸着剤の使用を例示する。
100℃で脱溶媒した市販カノーラ油糧種子粗粉のサンプルを15重量%の濃度で、0.15M NaClを用いて30分間抽出するベンチスケール実験を行った。Polyclar Super Rの添加なし、および異なる量、すなわち0.5重量%、1.0重量%、1.5重量%、2.0重量%、2.5重量%、3.0重量%、4.0重量%、および5.0重量%を添加して、ならびにアスコルビン酸の添加なし、および0.5重量%のアスコルビン酸を添加して実施した。抽出に続いて、溶液を遠心し、次いで、フェノール性化合物の含有量(A330吸光度)、目に見える着色(A420吸光度)、およびタンパク質含有量を分析した。
アスコルビン酸ありまたはアスコルビン酸なしで得られた結果をそれぞれ次表XXXIIIおよびXXXIVに示す。
Figure 0004384600
Figure 0004384600
表XXXIIIおよびXXXIVに示した結果から判るように、アスコルビン酸の存在ありおよびなしの両方でPolyclarが存在するとA330およびA420の両方ともかなり低下した。抽出にアスコルビン酸を添加しない場合、2.5w/v%濃度のPolyclarによって、対照でみてA330で25%、およびA420で11%の低下が達成された。Polyclarの濃度がより高くなるとA330およびA420はさらに低下した。抽出中にアスコルビン酸が存在すると、2.5重量%のPolyclarを使用した場合でA330で12%の低下、A420で34%の低下が見られた。溶液のタンパク質含有量は、Polyclarの有無によって影響されなかった。
実施例11:
この実施例では、着色に対するカノーラ油糧種子粗粉のエタノール洗浄の影響を例示する。
殻を除去したカノーラ油糧種子粗粉のサンプル10gを100mlのエタノールと混合し、循環水浴およびジャケット付き容器で調節された、45℃、40℃および室温で30分間混合させた。
30分間の攪拌時間の後に、粗粉/溶媒のスラリーをフィルターを通して注ぎ出し、抽出物から粗粉を分離した。着色がもはや除去されなくなるまで、またはA330およびA420の吸光度示度の安定状態に達し始めるまでこの手順を繰り返した。各溶媒洗浄/抽出ステップからの粗粉を乾燥し、外界温度で30分間の0.15M NaClによる抽出を実施した。
抽出物溶液のUV吸光度を各抽出サンプルについて分析した。表XXXV、XXXVI、およびXXXVIIに、それぞれ室温、40℃、および45℃で行った抽出に対するA330およびA420を示す。
Figure 0004384600
Figure 0004384600
Figure 0004384600
これらのデータから判るように、低い方の温度での抽出では、40〜45℃の範囲の温度ほどには着色およびフェノール性化合物が除去されず、室温での抽出では6回の抽出だけで汚染物質の除去が終わってしまった。一方、高い方の温度での抽出ではそれぞれ10回目の抽出まで汚染物質を除去した。
タンパク質抽出物溶液のタンパク質含有量ならびに330nmおよび420nmでの吸光度を測定した。結果を次表XXXVIIIに示す。
Figure 0004384600
この表から判るように、粗粉をエタノールを用いる40℃での事前抽出に付することにより、フェノール化合物の約40%およびA420吸収物質の30%を除去しながら、タンパク質の損失を回避できる。
実施例12:
この実施例では、粗粉のエタノール抽出を伴うカノーラタンパク質単離物の調製を例示する。
殻を除去した油糧種子粗粉の600gアリコート11個を、1:5の粗粉対エタノールw/v比を用い、3Lのエタノールによる4回の抽出した。抽出は35℃で30分間行った。
30分間の混合時間に続いて、スラリーを沈降させて、上澄液を注ぎ出した。各抽出物に対するA330およびA420でのUV吸光度を測定し、タンパク質含有量の測定は、抽出した最初の粗粉アリコートからの1回目の抽出物について実施した。
4回目の抽出の後に、粗粉を換気フード中の浅鍋に拡げ1晩乾燥させた。洗浄した粗粉の全バッチを換気フード中でもう1晩脱溶媒させ、抽出し乾燥した粗粉5.4kgを50Lのバッチ抽出に使用した。
サンプルを抽出する毎に、上澄液の着色は次第に薄くなりA330およびA420が減少した。平均で、A330では5分の1、A420では6分の1への低下が観察された。異なる抽出物に対するそれぞれA420およびA330での吸光度値を次表XXXIXおよびXLに示す。
Figure 0004384600
Figure 0004384600
エタノール抽出した粗粉5kgを50Lの0.15M NaClに添加し、20℃の室温で、15分後に抗酸化剤として0.05重量%のアスコルビン酸をスラリーに添加して、30分間混合した。
カノーラ粗粉残渣を真空フィルターベルト上で除去、洗浄した。得られたタンパク質溶液を20μmのバグフィルターを通す濾過、それに続く6500rpmで5分間の遠心によって清澄化し、タンパク質含有量が23.7g/Lのタンパク質溶液39.6Lを得た。
37.55Lの清澄化タンパク質溶液を分画分子量が10,000ダルトンの膜を用いる限外濾過装置を使用して3Lまで濃縮した。濃縮したタンパク質溶液を、分画分子量が10,000ダルトンの膜を使用する透析濾過装置で、0.05重量%のアスコルビン酸を含む24L(保持液の8倍容)の0.15M NaClを用いて透析濾過した。得られた3Lの濃縮し透析濾過したカノーラタンパク質溶液のタンパク質含有量は184g/Lであった。
30℃の濃縮し透析濾過した溶液を、温度が4℃の水30L中に希釈した。直ちに形成されるタンパク質ミセルを沈降させた。上澄液を除去し、沈殿した粘性のある粘着性集合体(PMM)(5.78kg)を槽の底部から取り出し、噴霧乾燥した。乾燥したタンパク質単離物のタンパク質含有量は、乾基準で101.2重量%(N×6.25)であった。
ミセル形成からの上澄液26Lを、分画分子量が10,000ダルトンである膜を用いる限外濾過装置での濃縮によって3Lまで濃縮した。次いで、濃縮した上澄液を分画分子量が10,000ダルトンの膜を用いる透析濾過装置で6Lの水を用いて透析濾過した。
濃縮し透析濾過した溶液を乾固すると、乾燥タンパク質のタンパク質含有量は乾基準で101.3重量%(N×6.25)であることが判った。
PMM由来カノーラタンパク質単離物(CPI)および上澄液由来カノーラタンパク質単離物のサンプルの明度(L)および色度(aおよびb)をミノルタR-310色彩計を用いて分析した。次表XLIに、得られた結果を示す。
Figure 0004384600
これらの製品は、かなり淡色で、「a」および「b」値は、赤および黄色の着色程度が比較的低いことを示している。
(開示の概要)
本開示の概要として、本発明は、単離物の調製中に着色物を生じさせる成分を除去するように設計された1つまたは複数の操作を実施すること、着色物を生じさせる成分の酸化を抑制すること、および着色物を除去することによる、着色の減少したカノーラタンパク質単離物の回収を提供する。本発明の範囲内で修正は可能である。

Claims (25)

  1. (a)塩水溶液を使用してカノーラ油糧種子粗粉を抽出し、カノーラ油糧種子粗粉中のタンパク質を可溶化し、5〜6.8のpHを有するタンパク質水溶液を形成すること、
    (b)油糧種子粗粉残渣からタンパク質水溶液を分離すること、
    (c)選択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前記タンパク質水溶液のタンパク質濃度を高め、濃縮タンパク質溶液を準備すること、
    (d)該濃縮タンパク質溶液を、温度が15℃未満の冷水中に希釈し、水相中に離散したタンパク質ミセルを形成すること、
    (e)該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ミセル集合体を形成すること、および
    (f)乾燥重量基準少なくとも90重量%(N×6.25)のタンパク質濃度を有する上澄みからタンパク質ミセルを回収すること、
    を含むカノーラ油糧種子粗粉からのカノーラタンパク質単離物の調製方法であって、
    (a)該カノーラ油糧種子粗粉をエタノール中に1:3〜1:10のw/v比で分散させ、生じたスラリーを15℃〜45℃の温度で5〜60分間攪拌し、および洗浄したカノーラ油糧種子粗粉を該スラリーから分離すること、ならびにさらなるフェノール化合物および/または目に見える着色が回収されなくなるまで複数回実施する、および/または
    (b)該希釈工程の前に該濃縮タンパク質溶液を透析濾過する、および/または
    (c)該タンパク質ミセル集合体を乾燥し、乾燥したカノーラタンパク質単離物をアルコール水溶液で抽出する、および/または
    (d)前記濃縮したタンパク質溶液を該希釈工程の前に低温殺菌する、
    ことを特徴とする、調製方法。
  2. 前記塩水溶液が抗酸化剤を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記抗酸化剤が、亜硫酸ナトリウムまたはアスコルビン酸であり、前記塩水溶液中に0.01〜1重量%含むことを特徴とする、請求項2に記載の方法。
  4. 前記透析濾過が、2〜20倍容の透析濾過溶液を用いて実施されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  5. 前記抽出ステップが、5〜6.8の範囲のpHを有する塩水溶液を使用して実施され、前記の透析濾過溶液が前記抽出ステップで使用した溶液と同一の濃度およびpHを有する塩水溶液であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  6. 前記透析濾過が、3000〜50000ダルトンの範囲の分画分子量を有する膜を使用することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
  7. 前記膜が5000〜10000ダルトンの範囲の分画分子量を有する膜であることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
  8. 前記透析濾過溶液が、前記透析濾過ステップの少なくとも一部において抗酸化剤を含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
  9. 前記抗酸化剤が0.01〜1重量%の亜硫酸ナトリウムまたはアスコルビン酸であることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
  10. 前記抽出ステップが、5〜6.8のpHを有し抗酸化剤を含む塩水溶液を用いることを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
  11. 前記上澄液を限外濾過を用いて濃縮して濃縮上澄液を準備し、該濃縮上澄液を透析濾過す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. 前記透析濾過が、2〜20倍容の透析濾過溶液を使用することを特徴とする、請求項11に記載の方法。
  13. 前記透析濾過が、3000〜50000ダルトンの範囲の分画分子量を有する膜を使用することを特徴とする、請求項11または12に記載の方法。
  14. 前記膜が5000〜10000ダルトンの範囲の分画分子量を有する膜であることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
  15. 前記透析濾過溶液が、前記透析濾過ステップの少なくとも一部において抗酸化剤を含むことを特徴とする、請求項11〜14のいずれかに記載の方法。
  16. 前記抗酸化剤が0.01〜1重量%の亜硫酸ナトリウムまたはアスコルビン酸であることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
  17. 前記透析濾過タンパク質溶液を前記希釈ステップの前に着色吸着剤と接触させることを特徴とする、請求項1〜16のいずれかに記載の方法。
  18. 前記着色吸着剤がポリビニルピロリドンであることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
  19. 前記ポリビニルピロリドンを0.5〜6重量%使用することを特徴とする、請求項18に記載の方法。
  20. 前記低温殺菌ステップが、透析濾過されたタンパク質溶液を55〜70℃の温度で10〜15分間加熱す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. 前記アルコール水溶液が、2:1〜1:2のエタノール:水の容積比を有するエタノール水溶液であり、前記抽出ステップが、カノーラタンパク質単離物をアルコール水溶液中に5〜25重量%の量で分散させること、生じたスラリーを30〜60分間攪拌すること、および該スラリーから抽出したカノーラタンパク質単離物を分離す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. 前記抽出ステップを、好ましくはカノーラタンパク質単離物からさらなるフェノール化合物および/または目に見える着色が除去されなくなるまで繰り返すことを特徴とする、請求項21に記載の方法。
  23. 前記カノーラ油糧種子粗粉を、前記抽出ステップに先立って、油抽出用溶媒の残渣を除去するために50℃未満の温度で気流脱溶媒することを特徴とする、請求項1〜22のいずれかに記載の方法。
  24. 前記カノーラ油糧種子粗粉を、前記抽出ステップに先立って、油抽出用溶媒の残渣を除去するために100℃未満の温度で脱溶媒することを特徴とする、請求項1〜22のいずれかに記載の方法。
  25. 前記カノーラ油糧種子を処理して油糧種子に含まれるミロシナーゼを不活性化することを特徴とする、請求項1〜24のいずれかに記載の方法。
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