JPH09509320A - ホエータンパク質を分離するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ホエーまたはその濃縮物とスルフィットイオンを生成する試薬と酸化剤とを接触させ、ホエータンパク質を亜硫酸化し、かつ酸化し、ホエーまたはその濃縮物から亜硫酸化され、酸化されたホエータンパク質を酸性ｐＨで析出し、生成混合物から亜硫酸化され、かつ酸化された析出ホエータンパク質を回収し、可能な場合には後処理を行う、ホエーからタンパク質を分離するための方法に関する。酸化剤として食品グレードのペルオキシド化合物を使用し、２５〜５５℃の範囲内の温度を使用する際は酸化化合物を亜硫酸化されたホエータンパク質と直接反応させることができ、触媒を用いることによって生じる欠点を解消できる。

Description

【発明の詳細な説明】 ホエータンパク質を分離するための方法 本発明は、ａ）ホエーまたはその濃縮物とスルフィットイオンを生成する試薬 と酸化剤とを接触させてスルホン酸塩を形成し、すなわち亜硫酸化及び酸化を行 ない、ｂ）ホエーまたはその濃縮物から亜硫酸化され、酸化されたホエータンパ ク質を酸性ｐＨで析出し、ｃ）生成混合物から亜硫酸化され、かつ酸化された析 出ホエータンパク質を回収し、必要により後処理を行う、ホエーからタンパク質 を分離するための方法に関する。 ホエータンパク質は全体に栄養価、特にそのリジンおよびメチオニンの含有量 の点で他の食品タンパク質よりも優れている。ホエータンパク質を回収し、それ を人の食品に使用することによってチーズ製品のコストも低減される。人の食料 にホエータンパク質を使用することには潜在的な将来性があるが、これを使用す る主たる障害としては現在のところ、１）その回収プロセスのコストが高いこと および、２）濃縮物または分離物の作用上の性質すなわち可溶性、乳化性、ゲル 生成能力および発泡能力が低いことが挙げられる。 ホエータンパク質の分離は可溶性が高いことにより複雑であり、タンパク質が 本来の形態となっている間、ｐＨ２〜９の範囲内にｐＨを調節しても分離には影 響を与えることはできない。ホエータンパク質の分離は次の４ つの主な方法、１）変性および析出、２）限外濾過、３）イオン交換および４） 化学的変性および析出によって行われる。 ホエータンパク質の分離で最も一般に知られている方法は変性化方法、すなわ ちｐＨを酸性側に下げながら加熱する方法である。この分離方法は例えば次のよ うに経済的に行うことが可能である。すなわち乾燥物質含有量が約２０％となる ようにホエーを濃縮し、ｐＨを６．０〜７．０の範囲まで調節し、１０〜３０分 の間９０℃よりも高い温度に維持することによりタンパク質を変性し、その後、 ｐＨを４．４〜５．０まで低下することによりタンパク質を析出する。この結果 得られるタンパク質は最も重要な作用上の性質のほとんどすべてを失う。このよ うなタンパク質は主に種々のスプレッド、すなわちチーズの一部または全体と置 換するためのプロセスチーズとして使用される。Ｃａｎ Ｉｎｔ．Ｆｏｏｄ Ｓ ｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｊ．１５（１９８２年）１５５〜１６０頁のヒル外によ る論文を参照のこと。 現在ではホエータンパク質は限外濾過または乾燥によりタンパク質濃縮物とし て、またはイオン交換吸着技術を使用し、乾燥によりタンパク質分離物として主 に分離されている。いずれの方法によっても機能的な形態にある分離されたタン パク質を得ることが可能である。優劣のないこれら製造方法のいずれを選択する かの決定的な要素は製品の機能性および製造コストにある。 タンパク質濃縮物の組成、機能性および官能的性質のばらつきは大きいので、 業界はこれらの方法を使用することを避けている。このようなばらつきはホエー の組成が異なること、および予処理および調整ならびに処理条件が異なることに 起因する。 上記の理由からタンパク質分離物にも種々の性質にばらつきがある。調整のた めのイオン交換吸着方法はばらつきをある程度均一にし、タンパク質濃縮物と組 成が異なる目的製品を生じる。 ３種類のホエータンパク質分離物および８種類の濃縮物に関する、モールおよ びフェーゲディング共著刊行物、すなわちＦｏｏｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ．４４（１ ９９０年）１００〜１１２頁に記載の物質の分析によれば、それらの組成は明ら かに異なっていることが判った。濃縮物および分離物の平均値はそれぞれ次のと おりであった。すなわちタンパク質濃縮物７３．８％および９１．０％、非タン パク質窒素３．１０％および０．３２％、水分５．１３％および３．７５％、灰 分４．２７％および１．８２％、ラクトース３．９２％および０．５７％、およ び脂肪５．００％および０．５７％であった。 同じ刊行物によれば、分離物は明らかに脂肪およびタンパク質の量、およびタ ンパク質の可溶性、発泡能力および泡の安定性、およびタンパク質の不変性およ び粒状性、および食味および匂いの点で、濃縮物よりも高品質で明らかに機能的 であった。濃縮物はラクトースおよび ミネラル含有量が比較的高く、食味および匂いが悪いという理由から食品業界で 濃縮物の使用が制限される理由であった。 ホエータンパク質の分離物の良好な性質および利用性は製造プロセスに起因す るかなり高い価格により制限されている。 化学的反応によりタンパク質の構造を変えることにより、分子の電荷、その空 間的構造、よってその他の所定の性質、例えば可溶性、粘性、発泡性および部分 的には乳化性に影響を与えることが可能である。 タンパク質分子の構造を変えるための最も実際的で簡単な化学的方法は、酸化 亜硫酸化、すなわち亜硫酸化と酸化である。ここでスルフィットイオンを添加す ることにより酸化還元反応が開始すると、硫黄の結合、すなわちタンパク質のア ミノ酸鎖の間のジスルフィド結合が開く。この反応では１つの硫黄が酸化してス ルホン化し、他方の硫黄が還元されてスルホヒドリル基となる。 酸化要因も加えると遊離スルホヒドリル基が再び酸化されて、ジスルフィド結 合を生じ、この反応はスルホヒドリル基のすべてがスルホン化するか、反応の他 のある要因が制限されるまで続く。酸化亜硫酸化の原理は次の式で示される。 ２ＲＳ-ＳＲ＋２ＨＳＯ₃ ^-→ ２ＲＳ-ＳＯ₃ ^-＋２ＲＳＨ 亜硫酸化 ２ＲＳＨ＋酸化剤 → ＲＳ-ＳＲ＋２Ｈ-酸化剤 酸化 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ＲＳ−ＳＲ＋２ＨＳＯ₃ ^-＋酸化剤 → ２ＲＳ−ＳＯ₃ ^-＋２Ｈ-酸化剤 総合的反応 ここで、ＲＳ−ＳＲは２つのアミノ酸鎖から成るタンパク質分子を示し、Ｓ− Ｓはアミノ酸鎖をリンクし、部分的にこれらアミノ酸鎖を所定の位置に固定した 状態に維持する２つのアミノ酸鎖の間のジスルフィド結合である。亜硫酸化時の ｐＨから３〜５のｐＨにｐＨを下げることにより、溶液から変性されたタンパク 質分子を析出できる。 ケラ・Ｎ.Ｋ.Ｄ.外によるＪ.Ａｇｒ.Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍ、３７（１９８９年） １２０３〜１２１０頁の刊行物では、ホエータンパク質の機能的性質、例えば可 溶性、粘性、発泡性および泡安定性に影響を与えると共に、ホエータンパク質分 離物の分子を変性するために酸化亜硫酸化を使用していた。これら性質に影響す る要因として、元のジスルフィド結合の総数に比例してジスルフィド結合が減少 することが挙げられている。ジスルフィド結合の数が減少するにつれて所定の性 質が改善されたり、または劣化した。例えばジスルフィド結合の２５％が消滅し ても、可溶性は５％までに低下し、同時に可溶性の最小値とｐＨ曲線は次のよう に変化した。すなわち％で表示されたジスルフィドの結合の喪失量とｐＨの大き さで の対応する可溶性の最小値は次のように示される。２５％−ｐＨ４．７５；５０ ％−ｐＨ４．３８；７５％−ｐＨ４．２および１００％−ｐＨ４．０ 変性反応において、タンパク質分離物の濃度は１．０％であり、スルフィット の濃度は０．１Ｍであり、尿素の濃度は４Ｍであり、ｐＨは７．０であり、温度 は２５℃であった。使用した酸化剤は溶液を通るように吹き付けた酸素であり、 使用した触媒は８００ｍＭの濃度まで溶解させたＣｕＳＯ₄であった。硫酸アン モニウムによる析出により、異なる程度に変性されたタンパク質分離物を分離し た。この硫酸アンモニウムは５０％飽和状態となる量で溶液に加えた。タンパク 質の分離において、変化した可溶性の性質は利用しなかった。 ゴンザレス・Ｊ.Ｍ.、ダモダラン・Ｄ．によるＦｏｏｄ Ｓｃｉ．、５５（１ ９９０年）第６号、１５５９〜１５６３頁の文献には、上記とほぼ同じ実験条件 で、すなわちｐＨ７．０、スルフィット濃度０．１Ｍ、温度２５℃、酸素を酸化 剤とし、本例ではガラスコラム内にパックされた固体ビーズ状をしたＣｕＣＯ₃ のようなＣｕ⁺⁺イオンを触媒とする条件で、約０．６％の含有量のタンパク質を 有する未処理のスイートホエーからタンパク質を分離するため、酸化亜硫酸化を 使用している。この亜硫酸化生成物を、ビーズで満たされた前記コラム内に循環 させることにより、この亜硫酸化生成物を酸化し、スルホン酸塩誘導体とした。 その後、遠心分離により液 体反応混合物からビーズ残留物を除いた、銅によりキレート化されたスルホン化 タンパク質をｐＨ４．５で析出することにより機能的な形態で分離した。しかし ながら析出前はＥＤＴＡ処理によりスルホン化されたホエータンパク質にキレー ト化した銅を除く必要があった。この場合、研究室規模の実施はめんどうで、か つ複雑であり、先の論文のように高価な装置および試薬を必要とした。酸素の可 溶性、従ってその濃度が低下するため、高温の加速効果を利用することはできな い。塩も溶液中の酸素濃度を低下する。 これまで長い間、多数の方法を利用することにより機能的な製品としてホエー タンパク質を経済的に分離しようとする試みがなされたが、上記システムは多く の理由から欠陥があった。 酸化亜硫酸化に基づく上記応用例は分離方法を提供することを目的とするもの でもないし、また所定の特性を改善する方法を提供せんとするものでもない。す なわちこれまで開示された方法は工業的な規模で利用するのが困難であるので、 実現できなかった。 本発明の目的は最大限経済的で、かつ簡単な、ホエータンパク質を分離するた めの方法を提供することにある。更に本発明は、最大限機能的な、すなわち乳化 でき、ゲル生成可能であり、発泡可能なタンパク質を製造するホエータンパク質 分離方法を提供せんとするものでもある。更に別の目的は、最大限健康的で魅力 的であり、人の食 料に適したホエータンパク質を調製する方法にある。 本発明はタンパク質の所望の組成を得る方法を提供することも目的とする。 これら目的は、請求項１の特徴項に記載の事項を主に特徴とするホエータンパ ク質を分離するための新規な方法により達成された。 従って、本発明ではホエータンパク質を亜硫酸化し、酸化し、析出する方法に おいて、実質的に触媒を使用することなく食品グレードの酸化化合物を使用し、 この酸化性化合物が直接亜硫酸化されたホエータンパク質と反応する２５〜５５ ℃の範囲内の温度を使用することが有利であることが認識された。よって、反応 を加速し、反応平衡状態を生成物側にシフトさせ、食品グレードの酸化剤を使用 できるようにする目的のためには、先の温度よりも高温の温度を使用することが 有利である。また、酸化剤として欠陥となり得る致命的な二次反応を生じること なく、使用条件で最適に機能する食品グレードの試薬を使用することが有利であ る。この点に関し、本発明は高温を使用せず、酸化剤に加えて反応混合物および 完成した目的製品の双方から除去しなければならない触媒も使用しなければなら ない、ゴンザレス外の上記方法とは、その利点が異なっている。 本発明に係わる方法で使用される初期物質はチーズ製品から得られたホエーま たはその濃縮物のいずれかである。工程ａ）の亜硫酸化および酸化で使用される 原材料 はホエータンパク質濃度が有利なことに約２〜７重量／容量％である場合のホエ ーと比較して４倍〜１６倍の濃度となっているホエー濃縮物である。分離される タンパク質収量を改善し、プロセス中で必要な試薬の量を低減するため、除去さ れる水の量が最小で約７５重量％となるようにホエーを濃縮することが好ましい 。 本発明ではホエーまたはその濃縮物のタンパク質はスルフィットイオンを生成 する試薬と反応させられる。使用するスルフィット生成試薬はスルフィットイオ ンを生成するものであれば、化学で公知となっている任意の試薬でよい。一実施 態様によればスルフィットイオンを生成する試薬としてスルフィット、水素スル フィットおよび／またはメタバイスルフィットがある。この場合、当該塩の陽イ オン成分は任意の塩の陽イオン、例えばアンモニウムまたは元素周期率表の１〜 ４族のうちの金属、例えばアルカリ金属またはアルカリ土類金属でよい。スルフ ィットを生成する試薬としてアルカリ金属スルフィットまたはアルカリ土類金属 スルフィット、水素スルフィットおよび／またはメタビスルフィット、最も好ま しくはナトリウムスルフィット、ナトリウム水素スルフィットおよび／またはナ トリウムメタビスルフィットを使用することが好ましい。本発明に係わる方法で 、ナトリウム水素スルフィットを使用した場合最良の結果が得られることを、我 々は発見した。 ホエータンパク質におけるジスルフィド結合の数に対 するスルフィットの量の比率を決定することにより、製造プロセスの亜硫酸化に おける目的製品機能的性質およびその他の性質に影響を与えることが可能である 。ホエータンパク質の亜硫酸化に必要なスルフィット量を計算する代表的な方法 は、本明細書において参考例として引用する上記ゴンザレス・Ｊ．Ｍ．およびダ モダラン・Ｓ．によるＪ．Ｆｏｏｄ Ｓｃｉ．、５５（１９９０年）、１５５９ 〜１５６３頁の刊行物に記載されている。一実施態様によれば、工程ａ）の亜硫 酸化におけるスルフィット生成試薬の濃度は亜硫酸化混合物におけるスルフィッ ト濃度が約０．０２〜０．２０Ｍ、好ましくは０．０５〜０．１０Ｍの範囲とな るような値となっている。 従って、この方法の工程ａ）ではホエーまたはその濃縮物のタンパク質をスル ホン化、すなわち亜硫酸化し、酸化する。使用する酸化剤は、本発明によれば食 品グレードの酸化化合物であり、温度はこの酸化化合物が亜硫酸化されたホエー タンパク質と瞬間的かつ直接反応する温度となっている。当技術分野では、例え ば食品およびその中間物の漂白、熟成および湿潤化から多数の食品グレードの酸 化剤が知られている。文献では、例えば種々の酵素、例えばアスペルジルス フ レイブス−オリゼ酵素、有機過酸化物、例えば過酸化アセトンおよび過酸化ベン ゾイル、無機過酸化物およびペルオキシ塩、例えば過酸化硫酸アンモニウム、過 酸化硫酸カリウムおよび過酸化カルシウム、無毒アゾ化合物、例えばアゾジカー ボ ンアミド（ＡＤＡ）、塩化ニトロシル、Ｌシステイン、ハロジネート、例えば臭 素酸カリウム、臭素酸塩とヨウ素酸塩の混合物およびヨウ素酸カルシウムまたは ヨウ素酸カリウムが記載されている。食品グレードの酸化剤としてこれまでカル シウムステアロイル−２−ラクチレートのような化合物および塩素、純粋酸素お よびアスコルビン酸も使用されていた。本発明の工程ａ）における食品グレード の酸化化合物として、食品グレードの過酸化化合物および／またはハロジネート 、好ましくはそれぞれ過酸化カルシウムＣａＯ₂および／または臭素酸カリウム ＫＢｒＯ₃を使用することが好ましい。食品グレードの酸化化合物の好ましい濃 度は約０．０１・Ｏ_act〜０．１５・Ｏ_act重量／容量％の範囲であり、ここでＯ_act は化合物中の活性酸素の濃度を示す。 本発明に係わる方法を最適にするため、適当な反応温度、析出で使用すべきｐ ＨおよびｐＨ調節で使用すべき酸および塩基のみならず、タンパク質ペーストま たは噴霧乾燥粉末となり得る製品に対し所望する性質を得るための適当な手順お よび方法を決定することも必要である。 好ましい１つの実施態様によれば、工程ａ）の亜硫酸化および酸化温度は約３ ０〜５０℃である。亜硫酸化および酸化が生じる好ましいｐＨは約５．０〜８． ５の範囲内にある。本発明の好ましい実施態様によれば、ａ₁）ホエータンパク 質を亜硫酸化するようにスルフィットイオンを生成する試薬にホエーまたはその 濃縮物に接触さ せ、ａ₂）工程ａ₁）からの亜硫酸化したホエータンパク質を食品グレードの酸化 剤化合物と接触させ、亜硫酸化したホエータンパク質を酸化するように、２つの サブ工程で工程ａ）の亜硫酸化および酸化を実行する。この場合、サブ工程ａ₁ ）は約６．０〜７．５のｐＨ、最も好ましくは６．５〜７．０のｐＨで実行する ことが好ましく、この場合、反応時間は約１０〜５０分であることが好ましい。 サブ工程ａ₂）は約５．０〜７．０のＰＨ、最も好ましくは約５．５〜６．５の ｐＨで実行することが好ましく、この場合、反応時間は約１５〜６０分であるこ とが好ましい。工程ａ₁）およびａ₂）では同じ温度、すなわち上記工程ａ）の温 度を使用することが好ましい。 上記要因により、目的製品の機能的性質およびその他の性質のみならず、析出 したタンパク質収量およびホエー中に存在する異なるタンパク質、析出物および 濾液におけるβ−ラクトグロブリン、α−ラクタルブミンおよびボビン血清アル ブミン（ＢＳＡ）の比率に影響を与えることが可能である。 本発明に係わる方法では、まずホエーまたはその濃縮物を亜硫酸化し、酸化し 、その後、この亜硫酸化し、酸化したホエータンパク質を酸性ｐＨでホエーまた はその濃縮物の反応混合物から析出する。析出工程ｂ）は約２．５〜６．５のｐ Ｈ値、最も好ましくは３．０〜５．０のｐＨ値を使用することにより実行するこ とが好ましい。 この場合、亜硫酸化され、酸化されたホエータンパク質が析出し、ｐＨは明らか に酸性側にあり、温度は十分高く、好ましくは２５〜５５℃の範囲内にあること が好ましく、最も好ましくは３０〜５０℃の範囲内にあり、二酸化硫黄の状態を した、亜硫酸化および酸化で生じたスルホン基の除去が付加的に行われ、この二 酸化硫黄は亜硫酸化で再使用するため受け入れコンテナへ向けられる。従って、 亜硫酸化の二酸化硫黄が回収され、プロセスは環境に負担を与えない。 本方法の析出工程ｂ）では、析出のためにｐＨ値を上記ｐＨ値に低速で調節す ることが好ましい。特に工程ａ）の亜硫酸化および酸化から工程ｂ）の析出へ変 更する際にｐＨの調節を１０〜４０分の間で行うことが特に好ましい。一般に、 工程ｂ）のｐＨの調節後混合物の攪拌を行うが、この攪拌は１０〜６０分の間行 うことが好ましい。 分離プロセスにおいて、スルホン化および析出工程ｂ）において連続処理を行 う場合、遅延が生じる傾向がある。いわゆる代替処理を利用することにより容易 に加速を行うことができる。この場合、一方の反応器でスルホン化および析出を 行う間、他方の反応器を空にし、再充填できる。 本発明に係わる方法では、食品グレードの酸化試薬を使用することにより酸化 亜硫酸化を行い、これにより生じる反応を化学的量および外的条件、例えばｐＨ 、温度 および反応時間により調節でき、目的製品が食味、栄養的質、機能性およびタン パク質の組成に関して所望するタイプのものにできる。 析出工程ｂ）の次には最終工程ｃ）を実行する。この最終工程では亜硫酸化さ れ、酸化され析出したホエータンパク質を生成混合物から回収し、可能な場合に は後処理を行う。一実施態様によれば、工程ｂ）で析出した亜硫酸化され酸化さ れたホエータンパク質を、工程ｃ）において好ましくは限外濾過により濃縮し洗 浄する。遠心分離または例えばバンド状またはドラム状をしたフィルタにおける 濾過により、工程ｃ）の析出濃縮物から水を除くことによって分離を続行できる 。この場合、利用可能なタンパク質ペーストが結果として生じる。このタンパク 質ペーストは好ましくはＮａＯＨまたはＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）₂およびＫＯＨ の混合物である塩基または塩基混合物によりｐＨを６〜８の値まで上げることに よって、製品として利用できるものにできる。この場合、Ｃａ（ＯＨ）₂の量は 元のＣａの量と最小限置換するような値であることが好ましい。 工程ｃ）の析出濃縮物を粉末製品に噴霧乾燥するように実行するよう、析出濃 縮物を更に処理することも実行できる。この場合、析出濃縮物のｐＨは塩基また は塩基混合物により予め６〜８の値に調節することが好ましく、塩基または塩基 混合物はペーストのｐＨの前記調節に用いたものと同じであることが好ましい。 本発明の一実施態様によれば、ホエータンパク質の分離は次の順序で行われる 。すなわち、限外濾過によるホエーの濃縮、亜硫酸化および酸化による濃縮物中 のタンパク質の構造の変性、ｐＨを下げることによる析出、限外濾過による析出 したタンパク質の濃縮および洗浄、遠心分離または濾過または噴霧乾燥による分 離および析出しないタンパク質の濃縮および洗浄、およびそれらの噴霧乾燥によ る分離の順で行われる。 ホエーの濃縮は限外濾過により開始され、ホエーからカゼイン粒子を除去し、 バクテリアおよびフォスフォリポタンパク質の量を低下する。マイクロ濾過の結 果、限外濾過が容易となる。 ９０００〜４００００Ｄ膜を使用することにより、マイクロ濾過から得られた 濾液を限外濾過し、約０．６％の原材料からタンパク質成分を４〜１６倍に濃縮 する。この値は２〜７％のタンパク質比率に対応する。濃縮物における好ましい タンパク質濃度は原材料の８倍、すなわち約４％である。この場合、濃縮物の乾 燥重量は１１〜１２％であり、これはタンパク質の他のラクトースに主に起因す る値である。 ホエー濃縮タンパク質の構造の変性は亜硫酸化および酸化により実行される。 ここで、ジスルフィド結合のスルホヒドリル基および遊離スルホヒドリル基が定 量的に所望のレベルとなるようにスルホン化される。この実施態様では次のよう にホエータンパク質の亜硫酸化および 酸化が実現される。 反応器内に、例えば４％のタンパク質濃度を有する必要な量のホエー濃縮物を 入れる。その反応器は有効な攪拌手段のみならず、温度およびｐＨの測定および 制御手段を有する。 濃縮物の温度を、３０〜５０℃、例えば３５〜４５℃に調節する。温度の選択 は、例えば所望する反応速度、使用する試薬および分離すべきタンパク質に求め る機能的性質およびその他の性質に応じて決める。一定温度のホエー濃縮物に対 し０.０２〜０.２Ｍ、例えば０.０５〜０.１Ｍの量のスルフィット、例えばＮａ ＨＳＯ₃、Ｎａ₂Ｓ₂Ｏ₅またはＮａ₂ＳＯ₃を加え、この混合物を有効に攪拌する。 スルフィットの添加量は例えばタンパク質濃度および所望する亜硫酸化の度合い に応じて決める。 ｐＨを６．０〜７．０、例えば６．５の範囲に調節する。ｐＨの調節のために 食品グレードの酸および塩基、例えばＨＣｌおよびＮａＯＨを使用する。スルフ ィットがタンパク質に作用する間の反応時間は１０〜５０分、好ましくは２０〜 ４０分である。この時間は所望する反応平衡状態を得るよう、上記要因の相乗効 果によって決定される。 その後、反応器内に酸化剤を添加する。使用できる酸化剤は食品グレードの酸 化薬品であり、その活性度はタンパク質を有効に分離でき、タンパク質が所望す る性質を有し、所望する組成となるように、当該条件下で制御 できる。使用可能な試薬として臭素酸塩、例えばＫＢｒＯ₃（活性酸素量２８． ６％）および過酸化剤、例えばＣａＯ₂（活性酸素量２２．２％）がある。酸化 物の量は酸化すべきスルホヒドリル基の量および酸化物内の活性酸素量によって 決定され、例えばＣａＯ₂の量は２〜７％のタンパク質成分を有するホエー濃縮 物中の混合物の容積の０．１〜１．０％、好ましくは０．２〜０．６％（重量／ 容積％）である。 ホエー濃縮物のｐＨを５．０〜７．０、例えば５．５〜６．５に調節する。こ のｐＨの選択はどれだけ速い酸化反応を望むか、かつ目的製品の性質にどのよう な影響を与えたいかによって決まる。反応温度は亜硫酸化の際の温度と同じでも よいし、また反応速度を制御するように上記値の範囲内で変えてもよい。 反応時間は１５〜６０分、好ましくは３０〜４５分でよい。この時間の間、濃 縮物を有効に攪拌する。時間の長さを利用して反応完了度、タンパク質の活性度 、歩留まり、組成および性質と共に影響を与えることができる。 酸化亜硫酸化の重要な変数のすべて、すなわち種々の工程で使用されるホエー 濃縮物のタンパク質含有量、スルフィット量、反応混合物のｐＨ値および使用温 度、種々の工程で利用される酸化化合物の性質および量ならびに反応時間を利用 して分離プロセスの種々の部分反応の実現および全プロセスの最終結果、すなわ ち分離されるタンパク質の量、組成および所望する性質に全体として 影響を与えることができる。 所望する変性の後にｐＨをゆっくりと３．５〜５．０、好ましくは４．０〜４ ．５に低下するまでタンパク質を析出する。析出時のｐＨは、例えば酸化亜硫酸 化の程度、すなわちどれだけの割合の現在のジスルフィドの結合および遊離スル ホヒドリル基がスルホン化されたかに応じて決まる。析出のための時間は１０〜 ６０分、例えば２０〜４０分である。析出したタンパク質の濃縮および洗浄はマ イクロ濾過およびバンドまたはドラム状をしたフィルタ内の濾過による分離、ま たは遠心分離によって実行され、この場合、得られる生成物はタンパク質ペース トとなる。 濃縮に関連した洗浄は重要である。その理由は、濃縮物中に存在するラクトー スおよび同時に洗浄を行わない場合、タンパク質の調製で残る析出物内に生じる 余分な添加薬品および塩を除去することができるからである。 適当な比率でＮａＯＨおよびＣａ（ＯＨ）₂またはＮａＯＨ、ＫＯＨおよびＣ ａ（ＯＨ）₂を添加することによりｐＨを６〜８に上げることによりペーストか ら目的製品を調製する。分離されたホエータンパク質にカルシウムを添加するこ とにより、元のカルシウムバランスが回復され、元のゲル化性質を改善できる。 噴霧乾燥によっても析出濃縮物を乾燥できる。この場合、製品は乾燥粉末となる 。乾燥前に、上記塩基を使用することにより、洗浄した析出物のｐＨを６〜８ま で上げなければならな い。このようにすることにより、乾燥生成物に同じ性質が与えられる。析出した タンパク質の濃縮にあたり、マイクロ濾過により生じた濾液を限外濾過により濃 縮し、洗浄する。上記塩基を利用することにより、洗浄した濃縮物のｐＨを６〜 ８までの値に調節し、噴霧乾燥機により粉末となるように乾燥する。 次の実施例は、これまで述べた発明を説明するものである。 実施例１． エダムチーズの製造で生じた、分離された新鮮なプリホエー、すなわちタンパ ク質含有量が０．６０％（タンパク質の窒素×６．３８）および総窒素量に換算 したタンパク質含有量（他の窒素化合物も含む）が０．８０％のホエーをミリポ アペリコンラボラトリー社の装置で０．４５μのフィルター膜を使用してマイク ロ濾過した。濾液の一部が４倍に濃縮され、他の部分が８倍に濃縮され、すなわ ち濃縮物の最終容積がそれぞれの初期容積の２５％および１２．５％となるよう に、１００００Ｄの限外濾過膜を用いて同じ装置における限外濾過によってマイ クロ濾液を濃縮した。それぞれのタンパク質含有量は２．０６重量／容積％およ び４．０１重量／容積％であった。分離するため、２リットルのガラス容器内に １．０リットルの４倍のホエー濃縮物を入れ、これを温度制御可能な水浴中に維 持し、その成分を有効な攪拌機を用いて混合した。濃縮物の温度を３５℃に調節 した。亜硫酸化を 開始するため濃縮物に５．２ｇのＮａＨＳＯ₃を添加し、ＮａＯＨを加えること によりｐＨを６．５に調節した。混合物を攪拌し、３０分間反応物を放置した。 その後、混合物に１．０ｇのＫＢｒＯ₃を添加した。ｐＨを６．５に維持した。 酸化反応は１５分間かかった。その後、混合物にＨＣｌを添加することによりｐ Ｈを４．４０に下げることによりタンパク質を析出した。更に３０分間析出物を 攪拌した。 ３０分間１００００ｒｐｍでソルバールＲＣ−５Ｂの遠心分離機内の遠心分離 により析出物を分離した。析出したタンパク質は良好に分離された。蒸留水内で の懸架および再遠心分離によりタンパク質を洗浄した。タンパク質ペーストは容 易に剥離自在であり、複数の小片となるように分離できた。これをカバーつきの ガラス容器内に保管し、凍結した。遠心分離により決まるタンパク質収量はホエ ー濃縮物の３．０ｇ／１００ｍｌであった。タンパク質の収量は３０分間１００ ００ｒｐｍで５０ｍｌの遠心分離チューブ内で２０ｍｌの析出物＋１０ｍｌの蒸 留水を遠心分離することにより決定した。遠心分離を上澄み液を外に注ぎ、チュ ーブを約１５分間、水吸収ベース上に反対向きに維持し、解放された水を抜き、 その後、５〜１０分の間に重量を測定した。パラレル測定の結果は互いに近似し ていた。こうして得られた結果はタンパク質評価と良好に相関化していたが、結 合水の量だけこれらタンパク質評価よりも高かった。測定はかな り高速であり、実行が容易であったので、収量の測定に使用した。 実施例２． タンパク質含有量が４．０１％の先の実施例に述べた１リットルの８倍ホエー 濃縮物を４５℃に加熱し、有効に攪拌した。これに１０．４０ｇのＮａＨＳＯ₃ を添加した。ｐＨを６．５に調節した。亜硫酸化の反応時間は３０分であった。 その後、この混合物に２．０ｇのＫＢｒＯ₃を添加した。ｐＨを６．５に維持し た。酸化の反応時間は１５分であった。反応時間の収量時にＨＣｌによりｐＨを ４．４５に下げることによりタンパク質を析出した。析出を完了するよう、更に ３０分間混合物を攪拌した。 実施例１と同じように遠心分離によりタンパク質を分離し、洗浄した。タンパ ク質は容易に剥離可能であり、複数の小片となるように分離することは容易であ った。後に使用するため、カバー付きのガラス容器内で分離したタンパク質ペー ストを凍結した。遠心分離により測定されたタンパク質収量はホエー濃縮物の８ ．０ｇ／１００ｍｌであった。 実施例３． 実施例１に記載のように、エダムチーズの製造で生じ、分離され、４倍に濃縮 され、１．９２％のタンパク質含有量を有する１．０リットルのプリホエーを取 り出し、有効に攪拌しながら３５℃まで加熱した。濃縮物に５． ２ｋｇのＮａＨＳＯ₃を添加した。ｐＨを６．５に調節し、この値に維持した。 反応時間は３０分であった。亜硫酸化反応後、混合物に２．２ｇのＣａＣＯ₂（ １ｘｐｅｒ ６０Ｃ、ペロキシドケミーＧｍｂＨ、ドイツ；活性酸素量約１３． ３％の量）を添加した。ｐＨを６．５に維持した。酸化時間は１５分であり、こ の間混合物を有効に攪拌した。酸化後、ＨＣｌによりｐＨを４．４５に下げるこ とによりタンパク質を析出した。更に１５分間、攪拌を続けた。タンパク質を分 離し、洗浄し、実施例１のように保管した。分離されたタンパク質ペーストは軟 質であり、脆弱であり、容易にスプレッドできなかった。遠心分離によって測定 されたタンパク質収量はホエー濃縮物の１．７５ｇ／１００ｍｌであった。 実施例４． 実施例３で調製したホエー濃縮物から１．０リットルの８倍濃縮物を取り出し た。この濃縮物のタンパク質含有量も４．０１％であった。濃縮物を４．５℃ま で加熱し、有効に攪拌し、これに１０．４０ｇのＮａＨＳＯ₃を添加した。ｐＨ を６．５に調節し、この値に維持した。反応時間は３０分であり、その後、混合 物に４．３ｇのＣａＣＯ₂（１ｘｐｅｒ ６０ Ｃ、ペロキシドケミーＧｍｂＨ ；ドイツ）を添加した。ｐＨを６．５に維持し、酸化時間を１５分とした。酸化 後、ＨＣｌによりｐＨを４．４５まで下げることによりタンパク質を析出した。 更に１５分間攪拌を続け、タンパク質を分離し、洗浄し、 実施例１のように保管した。タンパク質ペーストはかなり軟質で脆弱であり、ス プレッドできなかった。遠心分離法により測定されたタンパク質収量はホエー濃 縮物の８．８５ｇ／１００ｍｌであった。このタンパク質ペーストから２つの約 １０ｇのサンプルを取り出し、サンプルの一方に０．４ｍｌの１．０ＮのＮａＯ Ｈを加え、十分に混合することによりこのサンプルのｐＨを約６．５までに増し 、他方のサンプルに０．２５ｍｌの１．０ＮのＮａＯＨおよび０．１５ｍｌの飽 和Ｃａ（ＯＨ）₂を添加した。ｐＨを上げた後の第１サンプルは軟質でスプレッ ド可能であり、かたまりとならず、粘着性でなかった。第２サンプルは第１サン プルよりも多少固いが、スプレッド可能であり、かたまりとならず、粘着性でな かった。 実施例５． エダムチーズの製造の際に生成され、タンパク質含有量が０．５９％の分離さ れたフレッシュなプリホエーを、実施例１と同じ装置および手順により８倍およ び６倍となるようにマイクロ濾過および限外濾過した。それぞれのタンパク質含 有量は３．９２％および７．００％であった。タンパク質含有量が３．９２％の １リットルの８倍に濃縮されたホエー濃縮物を４５℃に加熱し、連続的に攪拌し た。 これに９．５０ｇのＮａ₂Ｓ₂Ｏ₅を添加し、ＮａＯＨによりｐＨを６．５に調 節した。亜硫酸化反応時間は １５分であった。その後、この混合物に４．３０ｇのＣａＯ₂を添加し、ｐＨを ５．５に調節し、酸化反応時間を３０分とした。酸化後、ＨＣｌによりｐＨを４ ．０まで低下し、タンパク質を析出した。析出物を更に１５分間攪拌した。ホエ ーを処理し、約２倍に濃縮した場合と同じミリポアラボラトリ社の装置で０．４ ５μの膜を使用し、析出物をマイクロ濾過した。濾過は急速であり、濾液は透明 であった。このことは、析出したタンパク質が濾過膜を通過しなかったことを示 している。濃縮物を同じ容積の蒸留水で２回洗浄し、濃縮物のｐＨを６．５まで 上げた。濃縮物中の乾燥物質含有量および灰分は意図していたように元の量の約 ３０％であった。濃縮物をフリーズ乾燥し、後に使用するため冷凍庫に保管した 。析出および分離後にホエータンパク質の比率が維持されているかを判断するた め、ＨＰＬＣを用いて濾液に対する評価を行った。遠心分離法によって測定され たタンパク質収量はホエー濃縮物の９．３ｇ／１００ｍｌであった。 実施例６． 先の実施例に記載され、３．９３％のタンパク質含有量を有する１．０リット ルの８倍に濃縮されたホエー濃縮物を４５℃に加熱し、連続的に攪拌した。これ に９．５ｇのＮａ₂Ｓ₂Ｏ₅を添加し、ＮａＯＨによりｐＨを６．５に調節した。 亜硫酸化を１５分間続けた。その後、混合物に酸化剤として２．２ｇのＣａＯ₂ を添加し、ｐ Ｈを５．５に調節した。反応時間は３０分であった。ＨＣｌによりｐＨを４．０ に下げることによりタンパク質を析出した。混合物を更に１５分間攪拌し、マイ クロ濾過により析出物を２倍に濃縮し、先の実施例と同じように同じ容積の蒸留 水で２回洗浄した。析出濃縮物のｐＨは６．６に上昇した。その乾燥物質含有量 は元の値から約３１％まで低下した。析出濃縮物をフリーズ乾燥し、冷凍庫に保 管した。上記実施例で使用したホエー濃縮物の調製と同じように、ミリポアラボ ラトリー社の装置で１００００Ｄ膜を使用した限外濾過によりマイクロ濾過から の濾液を約２倍に濃縮した。濾液濃縮物を同じ容積の蒸留水で２回洗浄し、その 後、ｐＨを６．４に上げた。濃縮物の乾燥物質含有量は元の値の約３１％まで低 下した。濃縮物を保管のためフリーズ乾燥した。処理および析出後のホエータン パク質の比率が保存されているかどうかを判断するため、析出物のマイクロ濾液 に対しＨＰＬＣによる評価を行った。これら結果と先の実施例の結果とを比較す ると、異なる処理の結果としてタンパク質の比率が異なっていることが判った。 タンパク質収量に影響を与え、更に析出物および濾液内のタンパク質の比率にも 影響を与えるのに、処理を変えることができる。遠心分離法によって設定された タンパク質収量はホエー濃縮物の８．１ｇ／１００ｍｌであった。 実施例７． 実施例５に記載された７．０％のタンパク質含有量を 有する１．０リットルの１６倍に濃縮されたホエー濃縮物を攪拌しながら４５℃ に加熱した。これに１２．６ｇのＮａ₂ＳＯ₃を添加し、ｐＨを６．５に調節した 。亜硫酸化の反応時間を１５分とした。その後、混合物に４．３ｇのＣａＯ₂を 添加し、ｐＨを６．０に調節した。酸化時間は３０分であり、ｐＨを４．０まで 低下することによりタンパク質を析出した。更に１５分間攪拌を続行し、析出を 完了させた。図１のように遠心分離によりタンパク質を分離し、洗浄した。後に 使用するため、分離したタンパク質ペーストをカバー付きガラス容器内で凍結し た。遠心分離法により測定されたタンパク質収量はホエー濃縮物の１２．０ｇ／ １００ｍｌであった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）ホエーまたはその濃縮物とスルフィットイオンを生成する試薬と酸化 剤とを接触させてスルホン化酸塩を形成し、すなわち亜硫酸化及び酸化を行ない 、 ｂ）ホエーまたはその濃縮物から亜硫酸化され、酸化されたホエータンパ ク質を酸性ｐＨで析出し、 ｃ）生成混合物から亜硫酸化され、かつ酸化された析出ホエータンパク質 を回収し、必要により後処理を行う、ホエーからタンパク質を分離するための方 法において、 工程ａ）で使用する酸化剤が実質的に触媒を有しない食品グレードの酸化化合 物であり、使用温度が２５〜５５℃の範囲内の温度であり、この範囲内において 酸化化合物が亜硫酸化されたホエータンパク質と直接反応することを特徴とする 、ホエーからタンパク質を分離するための方法。 ２．工程ａ）で使用するホエー濃縮物はホエーと比較して４〜１６倍、好まし くは約８倍の濃縮率を有し、この場合、そのホエータンパク質含有量は好ましく は約２〜７重量／容積％、より好ましくは４重量／容積％であることを特徴とす る、請求項１記載の方法。 ３．工程ａ）で使用するスルフィットイオン生成試薬 がアルカリ金属スルフィットまたはアルカリ土類金属スルフィット、水素スルフ ィット、および／またはメタビスルフィット、好ましくはナトリウムスルフィッ ト、ナトリウム水素スルフィットおよび／またはナトリウムメタビスルフィット 、最も好ましくはナトリウム水素スルフィットであることを特徴とする、請求項 １または２記載の方法。 ４．工程ａ）において、亜硫酸化混合物中のスルフィットの濃度が約０．０２ 〜０．２０Ｍ、好ましくは０．０５〜０．１Ｍの範囲内に入るよう、スルフィッ トイオン生成試薬の濃度となっていることを特徴とする、請求項１、２または３ 記載の方法。 ５．工程ａ）で使用する食品グレードの酸化化合物が食品グレードのペルオキ シド化合物および／またはハロゲン化物、好ましくはそれぞれ過酸化カルシウム ＣａＯ₂および／または臭素酸カリウムＫＢｒＯ₃であることを特徴とする、上記 請求項のいずれかに記載の方法。 ６．工程ａ）において、食品グレードの酸化化合物の含有量が約０．０１・Ｏ_act 〜０．１５・Ｏ_act重量／容積％（ここでＯ_actは化合物中の活性酸素量を表 示する）であることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。 ７．約５．０〜８．５のｐＨで工程ａ）を実行することを特徴とする、上記請 求項のいずれかに記載の方法。 ８．約３０〜５０℃の温度で工程ａ）を実行することを特徴とする、上記請求 項のいずれかに記載の方法。 ９． ａ₁）ホエータンパク質を亜硫酸化するようにホエーまたはその濃縮物 をスルフィットイオン生成試薬に接触させ、 ａ₂）亜硫酸化されたホエータンパク質を酸化するように工程ａ₁）の亜 硫酸化されたホエータンパク質を食品グレードの酸化化合物に接触させるよう２ つのサブ工程で工程ａ）を実行することを特徴とする、上記請求項のいずれかに 記載の方法。 １０．約６．０〜７．５のｐＨ、好ましくは６．５〜７．０のｐＨでサブ工程 ａ₁）を実行することを特徴とする、請求項９記載の方法。 １１．サブ工程ａ₁）の亜硫酸化を約１０〜５０分で実行することを特徴とす る、請求項９または１０記載の方法。 １２．約５．０〜７．０のｐＨ、好ましくは５．５〜 ６．５のｐＨでサブ工程ａ₂）を実行することを特徴とする、請求項９〜１１の いずれかに記載の方法。 １３．サブ工程ａ₂）の酸化を約１５〜６０分で実行することを特徴とする、 請求項９〜１２のいずれかに記載の方法。 １４．サブ工程ａ₁）およびａ₂）において、ほぼ同じ温度、すなわち工程ａ） の温度を使用することを特徴とする、請求項９〜１３のいずれかに記載の方法。 １５．約２．５〜６．５のｐＨ値、好ましくは３．０〜５．０のｐＨ値を使用 することにより、亜硫酸化され酸化されたホエータンパク質を工程ｂ）において 析出することを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。 １６．工程ｂ）において、２５〜５５℃の温度、好ましくは３０〜５０℃の温 度で析出を実行することを特徴とする、請求項１５記載の方法。 １７．工程ｂ）において、ｐＨ値を前記析出ｐＨ値にゆっくりと調節すること を特徴とする、請求項１５または１６記載の方法。 １８．工程ａ）の亜硫酸化および酸化から工程ｂ）の析出までの変更時のｐＨ 値の調節を１０〜４０分以内に行うことを特徴とする、請求項１５、１６または １７記載の方法。 １９．工程ｂ）のｐＨ調節の後に混合物の攪拌を実行し、この攪拌は好ましく は約１０〜６０分続けることを特徴とする、請求項１５〜１８のいずれかに記載 の方法。 ２０．少なくとも２つの容器内で交互に工程ｂ）の析出を実行し、好ましくは 一方の反応器を空にし、再充填しながら、他方の反応器で亜硫酸化、酸化および 析出を実行するように前記少なくとも２つの反応器内で交互に工程ａ）の亜硫酸 化および酸化と工程ｂ）の析出とを実行することを特徴とする、上記請求項のい ずれかに記載の方法。 ２１．工程ｂ）において析出した、亜硫酸化され、酸化されたホエータンパク 質を工程ｃ）において、好ましくはマイクロ濾過により濃縮し、洗浄することを 特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。 ２２．工程ｃ）のマイクロ濾過の濾液のタンパク質を限外濾過により濃縮し、 洗浄し、噴霧乾燥により分離することを特徴とする、請求項２１記載の方法。 ２３．工程ｃ）において、遠心分離法または好ましくはバンド状またはドラム 状フィルターにおける濾過により析出濃縮物から水を除去し、この結果、タンパ ク質ペーストを得ることを特徴とする、請求項２１または２２記載の方法。 ２４．それぞれ好ましくはＮａＯＨまたはＮａＯＨとＣａ（ＯＨ）₂とＫＯＨ との混合物である塩基または塩基混合物により、工程ｃ）においてタンパク質ペ ーストのｐＨを６〜８の値に上げ、この場合、Ｃａ（ＯＨ）₂の量は少なくとも 元のＣａの量と置換するような大きさであることが好ましいことを特徴とする、 請求項２３記載の方法。 ２５．工程ｃ）において、噴霧乾燥により析出濃縮物を乾燥し、好ましくは請 求項２４と同じ塩基または塩基化合物により、乾燥前の析出濃縮物のｐＨが６〜 ８の値に調節されていることが好ましいことを特徴とする、請求項２１記載の方 法。