JP6258323B2 - 血清タンパク質濃縮物の調製方法 - Google Patents

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Description

本発明は、乳清の試料から、タンパク質1kgあたりの乳糖濃度が0.5g以下であることを特徴とするタンパク質の濃縮物の調製方法、前記方法から得ることが可能な前記濃縮物及び前記濃縮物を含む製品に関する。
ホエー(又は乳清)は、乳の液体画分を表し、タンパク質、ミネラル、塩、少量の脂質及び乳糖分解生成物(乳酸、グルコース、ガラクトース)の他に高い割合(50%〜75%の間)の乳糖を含む。乳清のタンパク質含有量は8〜14%であり、特にタンパク質の混合物が存在する場合、主たるものはアルブミン、β−ラクトグロブリン、α−ラクトアルブミン、血清アルブミン、ラクトフェリン、免疫グロブリン、必須アミノ酸(ロイシン、イソロイシン、バリン、トレオニン、トリプトファン、リシン、フェニルアラニンなど)である。
種々の研究により、どのように乳清タンパク質が健康において有益作用を有するかが示されている。特に、Wongらは、ホエータンパク質摂取がその中に存在する免疫グロブリンの存在によりどのように免疫機能を強化するかを報告している(Wong & Watson 1995.「マウスにおける食事性ホエータンパク質の免疫調節効果(Immunomodulatory effects of dietary whey proteins in mice.)」 J Dairy Res. 62(2):359−68)。更に、乳清タンパク質摂取が癌の進行に対して予防効果を有し得ることも示唆されている(Hakkak et al.「食事性ホエータンパク質は雄ラットにおけるアゾキシメタン誘導性結腸腫瘍を防ぐ(Dietary whey protein protects against azoxymethane−induced colon tumors in male rats.)」Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev.10(5):555−8.PMID 11352868)。
医科学的見地から、免疫、抗菌、抗ウイルス及び抗癌活性などの記載されている健康における有益作用について、乳清免疫グロブリンだけではなくラクトフェリンにも特に関心が向けられた。
乳清タンパク質は、皮膚に対する有益作用も知られている。
上に報告したように、一連の有益作用が乳清タンパク質に関連付けられているにも関わらず、乳清タンパク質の摂取又は使用は一般に、乳清タンパク質が存在する乳清は乳糖が高含有量を特徴とすることにより制限されている。特に、世界人口において前記分子に対する不耐性が拡がっており、これは主として、ラクターゼ酵素の不足により対象が乳糖を代謝できないことによる。前記不耐性の発生率は、国によって顕著に異なり、米国では成人人口の約22%であり、南ヨーロッパ集団では約70%に及ぶ。
最も一般的な乳糖不耐性関連症状は、本質的に、腹部の疼痛及び痙攣、腸の膨張感及び緊張感、蠕動運動の増加、腸ガスの貯留、鼓腸、下痢便などの胃腸障害に存する。
乳糖不耐性の場合の一段と優れた治療は、乳糖を多く含む食品、従って乳清を含む食品の寄与を減少させた食事療法である。しかしながら、このような治療は、乳清の摂取が乳清タンパク質の十分な寄与を確実にするための基本であり、不耐性の対象が、例えば小児対象、栄養失調、免疫欠陥などの対象である場合、特に不適切である。
従って、よく知られている従来技術では、乳清からの血清タンパク質の混合物を精製し、その中に存在する乳糖の含有量を最小とし、それによってホエーに典型的なタンパク質、アミノ酸などの組成物の保存を確実にするために技術を規定する必要性が強く感じられている。
この明細書は、乳清(ホエーとしても知られている)からのタンパク質濃縮物の調製方法に関する。特に、このような方法は、最終結果が極めて有利な特徴を有する乳清からのタンパク質(又は「血清タンパク質」とも言われる)の濃縮物を得ることである一連の操作工程を含む。
実際、ここに記載された方法は、乳清中に存在する乳糖の含有量を減少させると同時に血清タンパク質の含有量を保持することができ、従って、言い換えればその特有の組成物をタンパク質、アミノ酸、ミネラルなどにおいて変更又は修飾することがない。
特に、ここに記載された方法により得ることができる血清タンパク質濃縮物は、タンパク質1kgあたりの乳糖濃度が0.5g以下であることを特徴とする。更に、以下に記載されるように乳清から分離されたタンパク質は純度が少なくとも96%である。
従って、本発明の方法の目的は、例えば乳糖不耐性又はアレルギーの対象及び/又は血清タンパク質の大きな寄与を必要とする対象のために意図された、乳清からの血清タンパク質の濃縮物の調製のために有利に使用することができる。
更に、本発明の著者は、ここに記載された方法が、乳清タンパク質に典型的な不快な臭い及び味がないことを特徴とする血清タンパク質濃縮物をもたらすことも認めた。最終分析における前記の更なる利点により、例えば血清タンパク質濃縮物を含む製品の調製などの後に続く段階での血清タンパク質濃縮物の使用がより容易であることなどの結果に至る。血清タンパク質濃縮物を含む製品は、特に限定されないが、例として食品、美容製品、生物工学的製品などである。
従って、本発明の第1の目的は、乳清の試料からの、乳糖含有量が少ない血清タンパク質の濃縮物の調製方法であり、
a)前記乳清の試料を濃縮して約150g/L〜300g/Lの間のタンパク質濃度を得る工程、
b)前記乳清濃縮物を少なくとも1回のダイアフィルトレーションに供する工程、
c)前記ダイアフィルトレーションしたタンパク質濃縮物を希釈して、約50〜90g/Lの範囲のタンパク質濃度を有する溶液を得る工程、
d)前記溶液に、溶液1Lあたり約5〜10gの焼成シリカを添加する工程、
e)前記溶液中、タンパク質1kgあたり約70〜300mLの95%(v/v)エタノールを添加する工程、
f)工程e)で得られた溶液のpHを約4.5〜5の値にまで酸性化する工程、
g)酸性化された溶液を約55℃〜70℃の間の温度に約30分以内に到達させて、前記温度で少なくとも20分間加熱する工程、
h)溶液を約10℃〜20℃の間の温度まで冷却する工程、
i)冷却されたタンパク質の溶液の分離を行う工程、
l)分離された溶液のpHを約5.8〜6.8の値にする工程、
m)工程l)で得られた溶液を少なくとも1回精密ろ過に供し、約100g/L〜300g/Lの間のタンパク質濃度を有するタンパク質濃縮物を得る工程、
n)タンパク質濃縮物を少なくとも1回のダイアフィルトレーションに供する工程、
o)前記タンパク質濃縮物を乾燥及び/又は凍結乾燥する工程
を含み、乳清からの前記血清タンパク質濃縮物はタンパク質1kgあたりの乳糖濃度が0.5g以下である。
本発明の第2の目的は、タンパク質1kgあたり乳糖を0.5g以下含む乳清由来のタンパク質濃縮物(血清タンパク質)である。
本発明の更なる目的は、上記の乳清タンパク質濃縮物を含む食品、美容製品又は生物工学的製品である。
本発明は、乳清の試料からの乳糖含有量が少ない血清タンパク質の濃縮物の調製方法に関する。言い換えれば、ここに記載された方法は、ホエーの開始試料中に存在する乳糖を減少又は除去した乳清中に含まれるタンパク質の混合物を分離することができる。
この明細書中、「乳清」又は「ホエー」という用語は、レンネットの分離後に全乳、脱脂乳又は半脱脂乳から得られる液体画分を意味する。
特に、本発明の方法の目的は、
a)前記乳清の試料を濃縮して約150g/L〜300g/Lの間のタンパク質濃度を得る工程、
b)前記乳清濃縮物を少なくとも1回のダイアフィルトレーションに供する工程、
c)前記ダイアフィルトレーションしたタンパク質濃縮物を希釈して、約50〜90g/Lの範囲のタンパク質濃度を有する溶液を得る工程、
d)前記溶液に、溶液1Lあたり約5〜10gの焼成シリカを添加する工程、
e)前記溶液中、タンパク質1kgあたり約70〜300mLの95%(v/v)エタノールを添加する工程、
f)工程e)で得られた溶液のpHを約4.5〜5の値にまで酸性化する工程、
g)酸性化された溶液を約55℃〜70℃の間の温度に約30分以内に到達させて、前記温度で少なくとも20分間加熱する工程、
h)溶液を約10℃〜20℃の間の温度まで冷却する工程、
i)冷却されたタンパク質の溶液の分離を行う工程、
l)分離された溶液のpHを約5.8〜6.8の値にする工程、
m)工程l)で得られた溶液を少なくとも1回精密ろ過に供し、約100g/L〜300g/Lの間のタンパク質濃度を有するタンパク質濃縮物を得る工程、
n)タンパク質濃縮物を少なくとも1回のダイアフィルトレーションに供する工程、
o)前記濃縮されたタンパク質を乾燥及び/又は凍結乾燥する工程
を含み、乳清からの前記血清タンパク質濃縮物はタンパク質1kgあたりの乳糖濃度が0.5g以下である。
ここに記載された方法に従ったタンパク質の濃縮物の調製は、甘性乳清及び酸性乳清の双方を含み得るか、甘性乳清のみ又は酸性乳清のみを含み得る乳清の試料から行うことができる。本発明の目的に有益な乳清は、どのような起源でもよく、従って、単に制限されない例として、そのような乳清は人乳、ウシ乳、ヤギ乳などから得ることができる。
以上のように、前記方法は、乳清の開始試料を濃縮する工程を含み、この工程は、当業者に知られた技術であって、その目的に適した技術に従って行うことができる。この方法の好ましい実施形態では、濃縮工程は限外ろ過により行われる。例えば、上記の工程a)に従って、限外ろ過は、約10000ダルトン〜15000ダルトンの間のカットオフを有する膜の使用により行われる。従って、例示として、10000、11000、12000、13000、14000及び/又は15000のカットオフを有する膜を使用することができる。少なくとも150g/Lのタンパク質の濃度を有する乳清の獲得する目的では、1回若しくは複数回の限外ろ過工程及び/又は1つ若しくは複数の上記の膜の使用が要求されることがある。
次の工程、すなわち、上記の方法の工程b)は、上記に従った乳清濃縮物から乳糖の最大可能量を減少させることを含む。乳糖含有量の全除去又は部分減少は、例えば少なくとも1回のダイアフィルトレーションにより行うことができる。「ダイアフィルトレーション」は、溶媒の連続添加で行われる限外ろ過により、分子、この場合はタンパク質の溶液からの微小溶質の分離を一般的に意味する。例えば、この方法に従うダイアフィルトレーションは、溶媒として食塩水ではなく脱塩水、蒸留水及び/又は浸透水を使用して行うことができる。単に一例として、乳清濃縮物の量について3倍量の脱塩水が使用され得る。本発明の一実施形態として、乳清濃縮物のダイアフィルトレーションの工程は少なくとも3回であり、乳清濃縮物の各体積あたり3体積分の脱塩水を使用して行われる。
上記により開始乳清試料と比較して減少した乳糖の濃度を特徴とする、ダイアフィルトレーションされた乳清は、次いで溶媒の添加により希釈され、このようにしてタンパク質含有量が約50〜90g/Lのダイアフィルトレーションされた乳清溶液が得られる。特に、前記溶液は、約50g/L、51g/L、52g/L、53g/L、54g/L、55g/L、56g/L、57g/L、58g/L、59g/L、60g/L、61g/L、62g/L、63g/L、64g/L、65g/L、66g/L、67g/L、68g/L、69g/L、70g/L、71g/L、72g/L、73g/L、74g/L、75g/L、76g/L、77g/L、78g/L、79g/L、80g/L、81g/L、82g/L、83g/L、84g/L、85g/L、86g/L、87g/L、88g/L、89g/L、90g/Lのタンパク質濃度を有し得る。本発明の一実施形態としては、ダイアフィルトレーションされた乳清の溶液は、約70g/Lのタンパク質濃度を有する。例えば、ダイアフィルトレーションされた乳清の溶液の希釈は、溶媒として脱塩水を使用することにより行われる。
ここに記載された方法の工程d)は、希釈された乳清の溶液に、溶液1Lあたり約5〜10g、例えば7gの焼成シリカを添加することを含む。
焼成シリカは、特有の化学物理的特性を有する第3次粒子に凝集する非晶質シリカの微小液滴で構成される粒子型のシリカである。焼成シリカは通常粉末の形態で市販されており、所与の溶液中に存在するリポタンパク質、残存脂肪物質及び/又は巨大分子を固定することができる親水性の焼成シリカである。焼成シリカはよく知られており、当業者により種々の技術分野で幅広く使用されているので、ここでは、焼成シリカについて詳細に記載する必要はない。単に一例としてであり、本発明の限度を限定する目的ではないが、焼成シリカはAerosil(登録商標)タイプ、例えばAerosil(登録商標)380及び/又はAerosil(登録商標)200であり得る。
上記のシリカの添加に続き、タンパク質1kgあたり約70〜300mLの95%(v/v)エタノールを溶液に添加する。例えば、添加されるエタノールの量は、タンパク質1kgあたり約120mL及びそれ以上であり、エタノールは例えば食品用のものである。
その後、ここに記載された方法の工程f)に従って、例えばHClを用いて溶液のpHを約4.5〜5.0の値にする。工程f)の最後での溶液のpHは4.6、4.7、4.8、4.9、5.0であり得、例えばpHは4.6の値を有する。
このようにして得られる酸性溶液を次いで55℃〜70℃の間の温度で少なくとも20分間加熱する。特に、前記加熱温度は55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、例えば66℃であり得る。本発明の目的では、ここに記載された加熱は、実際に乳清の開始試料の初期温度から上記の目的の温度まで温度を増加させるものであり、少なくとも30分間隔で行われる。特に、この方法の発明者らは、溶液のより急速な加熱が精製された血清タンパク質の収率の損失を引き起こし、一方で、より緩徐な加熱は血清タンパク質の満足のいかない精製を引き起こすため、目的としないタンパク質、例えばカゼインなどは除去されないことを観察した。
その後、加熱された溶液は10℃〜20℃の間、従って10℃、11℃、12℃、13℃、14℃、15℃。16℃、17℃、18℃、19℃又は20℃の低温まで冷却される。
血清タンパク質を含む画分を単離するために、前記冷却された溶液を分離に供する。ここに記載された方法の工程i)は、当業者により上記の溶液からのタンパク質成分の分離に適したと思われるいずれかの分離/精製技術に従って行われ得る。単に一例として、分離はアルファ・ラバル又はウエストファリア・セパレーターを用いることにより連続的であり得る。
血清タンパク質を含む分離された溶液のpHは、その後、例えばNaOHを用いて5.8〜6.8の間の値とする。この工程l)の終わりの溶液pHは、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7又は6.8であり得、例えばpHは6.4の値である。
その後、本発明の方法の目的の工程m)に従って、血清タンパク質の溶液は、少なくとも1回の精密ろ過に供し、このようにしてタンパク質濃度が約100g/L〜300g/Lの間のタンパク質濃縮物を得る。この方法の一実施形態では、精密ろ過は約12ミクロン又は0.6ミクロンのカットオフを有する膜で行われる。特に、少なくとも1回の最初の精密ろ過は、12ミクロンのカットオフの膜を用いて行われ得、その後1回又は複数回の精密ろ過は6ミクロンのカットオフの膜を用いて行われる。例えば、ここに記載された方法で使用される精密ろ過膜は、有機及び/又はセラミックの膜である。
その後、精密ろ過された血清タンパク質の溶液は、少なくとも1回のダイアフィルトレーションに供される。ダイアフィルトレーションはこの明細書の方法の工程b)ですでに記載したのと同様に行われ得る。
最後に、精密ろ過及びダイアフィルトレーションされた乳清タンパク質の溶液を乾燥及び/又は凍結乾燥させ、それによって乳清から血清タンパク質の濃縮物を得る。
上記の方法で得ることができる乳清からのタンパク質又は血清タンパク質の濃縮物は、タンパク質1kgあたり乳清濃度が0.5g以下であることが特に特徴的である。更に、前記方法は、その中に含まれるタンパク質の純度が少なくとも96%である血清タンパク質濃縮物につながる。
更に、ここに開示されている技術に従って得ることができるタンパク質濃縮物は、乳清タンパク質に典型的な不快な臭い及び/又は味がないことも特徴的である。
すでに指摘したように、前記濃縮物の化学物理的特性は、その意図される最終使用が、乳糖に対する不耐性及び/又はアレルギーを有する対象に関連する場合など、その中に存在する乳糖の含有量が最小まで減少されるか又はないことが必要とされる条件下で特に有利である。ここで言及されたことに従って、本発明の目的は、上記のタンパク質濃縮物を含む製品にもある。特に、そのような製品は限定されるものではないが、例えば食品、化粧品、バイオテクノロジーの分野などのようにいずれの技術分野のためにでも意図することができる。単に一例として、食品は乳児の栄養のため、病気の対象のため、小児、高齢者又は例えば、スープ、ヨーグルト、乳、果汁飲料、デザートなどの単に特定のダイエット計画にある人のために意図される食品であり得る。むしろ、化粧品の分野では、本発明の濃縮物は、保湿製品又は一般的に皮膚細胞に栄養を与えることができる製品に含まれ得る。更に、バイオテクノロジーの分野では、血清タンパク質の濃縮物は、例えば、哺乳動物細胞用の培地、又は例えば組み換えタンパク質の生産のために意図された微生物用の培地に導入される成分として使用することができる。
前記製品は、この明細書の濃縮物の濃度と等しいタンパク質1kgあたりの濃度を有するであろう。
本発明に従った製品においては、血清タンパク質は本発明に従う濃縮物に含まれる製品であり、そのため、その製品自体は乳清のタンパク質1kgあたり0.5g以下の乳糖濃度を有する。
ここに記載された濃縮物を含む乳又はヨーグルトのような製品の場合、乳糖の不在を維持するため及び血清タンパク質の濃度を増加させるため、より多くのタンパク質濃縮物を含む製品を得るために、脱乳糖の乳を、ここに記載された濃縮物が添加される開始製品として使用することができる。
(例1)乳清タンパク質の濃縮物を用いた食品の強化
血清タンパク質の濃縮物を含む食品を以下のように調製することができる。
スープ。150mL〜250mLの間のスープ部分に濃縮物10g〜15g。
乳。150mL〜250mLの間の乳部分に血清タンパク質5g〜10g。
ヨーグルト。100mL〜250mLの間のヨーグルト部分に濃縮物5g〜10g。
果実飲料。100mL〜1000mLの間の部分に濃縮物5g〜10g。
デザート。100mL〜250mLの間のデザート部分に濃縮物5g〜10g。

Claims (17)

  1. 乳清の試料からの、乳糖含有量が少ない血清タンパク質の濃縮物の調製方法であって、
    a)前記乳清の試料を濃縮して150g/L〜300g/Lの間のタンパク質濃度を得る工程、
    b)前記乳清濃縮物を少なくとも1回のダイアフィルトレーションに供する工程、
    c)前記ダイアフィルトレーションしたタンパク質濃縮物を希釈して、50〜90g/Lの範囲のタンパク質濃度を有する溶液を得る工程、
    d)前記溶液に、溶液1Lあたり5〜10gの焼成シリカを添加する工程、
    e)前記溶液中、タンパク質1kgあたり70〜300mLの95%(v/v)エタノールを添加する工程、
    f)工程e)で得られた溶液のpHを4.5〜5.0の値まで酸性化する工程、
    g)酸性化された溶液を55℃〜70℃の間の温度に30分以内に到達させて、前記温度で少なくとも20分間加熱する工程、
    h)溶液を10℃〜20℃の間の温度まで冷却する工程、
    i)冷却されたタンパク質の溶液の分離を行う工程、
    l)分離された溶液のpHを5.8〜6.8の値にする工程、
    m)工程l)で得られた溶液を少なくとも1回精密ろ過に供し、100g/L〜300g/Lの間のタンパク質濃度を有するタンパク質濃縮物を得る工程、
    n)タンパク質濃縮物を少なくとも1回のダイアフィルトレーションに供する工程、
    o)前記タンパク質濃縮物を乾燥及び/又は凍結乾燥する工程
    を含み、乳清からの前記血清タンパク質濃縮物はタンパク質1kgあたりの乳糖濃度が0.5g以下である、上記方法。
  2. 前記乳清の試料が甘性乳清及び/又は酸性乳清を含む、請求項1に記載の方法。
  3. a)での濃縮が限外ろ過により行われる、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記限外ろ過が、5000ダルトン〜15000ダルトンの間のカットオフを有する膜を用いて行われる、請求項3に記載の方法。
  5. b)及びn)での少なくとも1回の前記ダイアフィルトレーション工程が、少なくとも3回である、請求項1から4までのいずれか一項に記載の方法。
  6. b)での少なくとも1回の前記ダイアフィルトレーションが、溶媒として脱塩水、及び/又は脱イオン水及び/又は浸透溶液を用いて行われる、請求項1から5までのいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記ダイアフィルトレーションが、濃縮されたタンパク質溶液の各体積あたり3体積の前記溶媒を用いて行われる、請求項6に記載の方法。
  8. 前記工程d)が、前記希釈された溶液1Lあたり7gの焼成シリカを添加することにより行われる、請求項1から7までのいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記工程e)が、前記溶液中のタンパク質1kgあたり100〜150mLのエタノールを添加することにより行われる、請求項1から8までのいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記工程g)が、66℃の温度で行われる、請求項1から9までのいずれか一項に記載の方法。
  11. m)での少なくとも1回の前記精密ろ過が、12ミクロン又は0.6ミクロンのカットオフの膜を用いて行われる、請求項1から10までのいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記タンパク質が少なくとも96%の純度である、請求項1から11までのいずれか一項に記載の方法。
  13. 請求項1から12までのいずれか一項に記載の方法により得ることができる乳清タンパク質濃縮物。
  14. タンパク質1kgあたり0.5g以下の乳糖を含む、請求項13に記載の乳清タンパク質濃縮物。
  15. 前記タンパク質が、少なくとも96%の純度である、請求項14に記載の乳清タンパク質濃縮物。
  16. 血清タンパク質に典型的な不快な臭い及び/又は味がないことを特徴とする、請求項13から15までのいずれか一項に記載の乳清タンパク質濃縮物。
  17. 請求項13から16までのいずれか一項に記載の乳清タンパク質濃縮物を含み、乳清タンパク質1kgあたりの乳糖濃度が0.5g以下である食品、化粧品又は生物工学的製品。
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