JPH10501698A - ホエー成分を分別するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 さまざまなホエー成分、特にα−ラクトアルブミンおよびβ−ラクトグロブリンを実質的に純粋な形で回収することを可能とする、乳製品のホエーを分別するためのプロセスが説明される。ラクトースの回収も行なうことができる。生ホエーのミネラル含量は、カルシウム含量が１２０ｐ．ｐ．ｍ．未満となるように低減される。その後ホエーは、ラクトースを結晶化させて取除き、α−ラクトアルブミンを選択的に凝集させることができるように処理され、実質的に純粋なβ−ラクトグロブリンを含む液が残される。

Description

【発明の詳細な説明】 ホエー成分を分別するための方法 この発明は、ホエー（乳漿、乳清）からのタンパク質およびその他の生成物の 回収に関し、特にホエーからのα−ラクトアルブミンおよびβ−ラクトグロブリ ンの分別に関する。 ホエーとは、チーズやカゼインなどある種の乳製品を製造する際の水性の流出 物である。乳脂肪の部分に加えて、ホエーはタンパク質、ラクトースおよびミネ ラルを含む。ホエー中で主要なタンパク質は、α−ラクトアルブミンおよびβ− ラクトグロブリンである。これらの成分は独自に、かつ特に部分的または実質的 に精製された形で回収された場合には、経済的に価値あるものである。 ホエーを処理するための既知の方法の１つは、ＥＰ ０ ３６８ ８６４ Ｂ １号に記載されているものである。この方法（以後、「ピアース（Pearce）プロ セス」と称する）では、生ホエーが、元の値の２５％を下回らないレベルまでそ の比重およびイオン強度が低減されるように処理される。処理の前または後のい ずれかに、酸を添加することによりｐＨが３．８から５．５の間に調節される。 次に、ホエーはα−ラクトアルブミンフラクションが選択的に凝集することが許 容されるよう、少なくとも３０秒間５５℃と７０℃の間に加熱される。その後、 ホエーは凝集したタンパク質のフロキュレーション（綿状沈殿）を起こすのに 十分な時間だけ、５５℃を下回るよう冷却され、凝集させられたα−ラクトアル ブミンが採取される。β−ラクトグロブリンはラクトースなどの他のホエー成分 とともに、用いられた条件下では可溶性のままであり、必要であれば母液から回 収され得る。 ホエーから精製されたタンパク質フラクションを回収するための別の方法が、 アマンドソン，シー・エイチ（Amundson，C．H．）らによって、１９８２年刊行 のジャーナル・オブ・フード・プロセシング・アンド・プリザベーション（Jour nal of Food Processing and Preservation）６，５５−７１で説明されている 。アマンドソンのプロセスがピアースのプロセスと大きく異なるところは、選択 的に沈殿させられるのがβ−ラクトグロブリンであって、α−ラクトアルブミン は母液中の溶液に残っているということである。アマンドソンのプロセスに従え ば、生ホエーはタンパク質を濃縮する一方で、水、ミネラルおよびラクトースな どの低分子量のフラクションを除去するべく処理される。濃縮物のｐＨは４．６ ５に調節され、続いてカルシウムイオンを含む低分子量のイオンを取除くべく脱 ミネラルのステップが行なわれる。ｐＨはその後４．６５に再調節される。用い られているｐＨおよび低イオン強度の条件下では、β−ラクトグロブリンは凝集 するものであって、沈殿物として分離させ、α−ラクトアルブミンを溶液中に残 存させることができる。 本発明はホエーをその成分の回収のため、特に実質的に純粋なβ−ラクトグロ ブリンフラクション、濃縮されたα−ラクトアルブミンフラクション、およびラ クトースを回収するための、効率的かつ統合された方法を提供しようとするもの である。 したがって、本発明はホエー成分の回収のための方法を提供するものであって 、以下のステップを含む。 （ａ） 生ホエーのミネラル含量を低減する、特にカルシウム含量を乾燥物を 基準にして１２０ｐ．ｐ．ｍ．未満に低減するステップ。 （ｂ） ホエーのｐＨを１．８と３．４の間まで低減するステップ。 （ｃ） ５０秒から９５秒の間、ホエーを７１℃と９８℃の間まで加熱し、続 いて約１０℃まで急速に冷却するステップ。 （ｄ） ホエーを６９℃を越えない温度で５５％と６３％の間の総固形分にな るまで濃縮するステップ。 （ｅ） ホエーからラクトースが結晶化するのに十分な時間と温度で、ホエー を冷却するステップ。 （ｆ） 結果として得られたラクトース結晶を、残存ホエータンパク質液から 分離するステップ。 （ｇ） ホエータンパク質液のｐＨを、４．３と４．７の間のｐＨに、１０℃ 未満の温度で調節し、次に１時間から３時間、３５℃と５４℃との間の温度まで 加熱するステ ップ。 （ｈ） 結果として得られた、濃縮されたα−ラクトアルブミンを含む凝集物 を、実質的に純粋なβ−ラクトグロブリンを含むホエータンパク質液から分離す るステップ。 （ｉ） α−ラクトアルブミン濃縮凝集物を、該ホエータンパク質液と等イオ ン性の溶液で洗浄し、４．３と４．７の間のｐＨに調節して、α−ラクトアルブ ミンを遠心分離または濾過によって再分別することにより精製するステップ。 β−ラクトグロブリンフラクションは、限外濾過によってさらに濃縮し、β− ラクトグロブリン保留物および透過物にすることができる。 好ましい方法では、ステップ（ａ）および（ｂ）は電気透析およびカチオン交 換の組合せを用いて行なわれる。これにより、酸を直接加えても加えなくてもｐ Ｈを必要な値まで下げることができ、かつカチオン濃度を必要なレベルまで下げ ることができる。好ましくは、ｐＨは１．８と２．２との間に調節される。ステ ップ（ａ）および（ｂ）は同時に行なわれてもよい。 ホエーの濃縮は、２段階プロセスで行なわれてもよい。第１段階は２０％と３ ５％の間の総固形分含量まで７０℃未満で濃縮することであり、第２段階は５５ ％と６３％の間の総固形分含量を達成すべく６４℃またはそれ以下で行なわれる 。第１段階の濃縮は蒸発によって、または膜の使 用および蒸発によって達成され、第２段階は、蒸発によって行なわれる。 必要に応じて、第１の濃縮段階の後、第２の濃縮段階の前にさらなる脱ミネラ ル化のステップがとられて、存在するリン酸塩の量がさらに低減されてもよい。 加熱調整ステップ（ｃ）の後、ホエー中のタンパク質は溶解状態のままである ため、ステップ（ｆ）ではこれらのタンパク質を一緒にとってしまうことなく、 ラクトースを結晶化および機械的分離によって取除くことができる。ラクトース 結晶を取除いた後では、残っているホエータンパク質液は典型的には乾燥物を基 準にして３１％と４５％の間のタンパク質を含む。ステップ（ｇ）での、このホ エー液のα−ラクトアルブミン成分を凝集させるのに好ましい温度範囲は、３５ ℃から５４℃の間である。最も好ましくは、ステップ（ｇ）は５２＋／−２℃の 温度で行なわれる。 β−ラクトグロブリンからα−ラクトアルブミンを分別した後、双方の生成物 に、脱脂、中和、濃縮および／または噴霧乾燥を含むさらなる後処理を施しても よい。 この発明の方法では、生ホエーは部分的にそれを脱ミネラル化するために処理 され、ｐＨは３．４またはそれ以下に調節される。ｐＨの調節は少なくとも部分 的には酸を添加することによって成し遂げられてもよいが、好ましい方法では、 ｐＨの低減は酸を加えることなくカチオン交換によってもたらされる。ホエーは 、チーズホエー、酸または レンネットカゼインホエーであってもよい。次に、ホエーには７１℃と９８℃の 間での高温処理が施される。この温度と有効なイオン条件下では、β−ラクトグ ロブリンは溶液中に残り、一方α−ラクトアルブミンはいずれにせよα−ラクト アルブミンタンパク質分子のフロキュレーションを起こさない結果をもたらす変 化を被る。次に、ホエーは冷却および濃縮され、その後この低められた温度でラ クトース結晶の生成がもたらされる。結晶は集められ、α−ラクトアルブミンと β−ラクトグロブリンとの双方を溶液状態で含むホエータンパク質液が保留され る。次のステップで、ホエータンパク質液はｐＨ４．３と４．７の間に調節され 、３５℃と５４℃の間に加熱される。α−ラクトアルブミンはこの条件下で凝集 する。このフロキュレーションによって、α−ラクトアルブミンは機械的分離に より可溶性のβ−ラクトグロブリンから分離させることができ、その結果濃縮さ れたα−ラクトアルブミンの流れと、実質的に純粋なβ−ラクトグロブリンの流 れとがもたらされる。 ここでこの方法を添付の図面を参照しつつより詳細に説明する。 図１は、この発明に従う例示的方法を表わすフローシートである。 図２は、β−ラクトグロブリンの回収を示すクロマトグラムである。 図１を参照して、生ホエーはそのミネラル含量を低減す べく処理され、特にカルシウムイオンが乾燥物を基準にして１２０ｐ．ｐ．ｍ． 未満に低減される。この脱ミネラル化は、好ましくは電気透析とイオン交換とに よって成し遂げられる。これには、イオンを除去すると同時に、ｐＨを３．５未 満まで、好ましくは１．８と２．２の間の範囲内の所望のところまで低減するこ とができるという利点がある。標準的な電気透析を用いて、求められる脱ミネラ ル化のうち７０％までを達成することができる。その後、カチオン交換体を用い てナトリウム、カリウム、マグネシウム、および特にカルシウムが取除かれる。 次に、ホエーには７１℃と９８℃の間の温度での加熱処理が、５０秒から９５ 秒間施される。ｐＨが低いため、β−ラクトグロブリンは高温ステップの間実質 的に可溶性のままである。非常に低いカルシウムイオン濃度と熱処理を組合せる と、タンパク質の凝集を促進することなくα−ラクトアルブミンフラクションに 変化を誘発する効果がある。したがって、加熱処理のステップの後、ホエータン パク質は実質的に可溶性タンパク質として存在する。 次のステップで、温度は１０℃以下に急速に下げられ、その後ホエーは５５％ と６３％の間の総固形分まで濃縮される。好都合には、この濃縮は２段階に分け て行なわれる。第１段階では、温度は７０℃を超えないように上昇させられ、ホ エーの固形分含量は２０％と３５％の間まで増大される。その後、第２段階にお いて、６４℃を越えない温度 で、総固形分含量はさらに５５％と６３％の間まで増大される。この濃縮は、た とえば蒸発など当該技術分野において用いられるいかなる標準的な手段によって 達成されてもよい。 濃縮の第１段階の後、リン酸塩などの他の成分を取除くために、さらなる電気 透析および／または他の脱ミネラル化ステップを必要に応じて行なってもよい。 濃縮に続き、ホエーの温度は６４℃から約１０℃まで下げられ、ラクトース結 晶の成長が促進される。一旦完全に結晶化すると、ラクトース結晶は機械的分離 によってホエーから分離され、ホエータンパク質はホエータンパク質液中に残さ れる。この方法によって調製されたラクトースは典型的には高品質のラクトース である。たとえば、これで得られた品質は通常、このラクトースを「精製された 食用」グレードのラクトースとして販売可能とするに十分な高さのものである。 この段階で、ホエータンパク質液は乾燥物を基準として３１％と４５％の間の タンパク質を含有している。 最後に、α−ラクトアルブミンのフラクションとβ−ラクトグロブリンのフラ クションとは互いから分離される。これはホエータンパク質液のｐＨを１０℃未 満で４．３と４．７との間に調節して、その後このホエータンパク質液を３５℃ から５４℃の間、好ましくは約５２＋／−２℃まで加熱し、少なくとも１時間、 このｐＨおよび温度に保持 することによって成し遂げられる。凝集物は、残っている母液から機械的に、ま たは膜分離によって分離され、濃縮されたα−ラクトアルブミンフラクションが もたらされる。母液は、可溶性β−ラクトグロブリンを実質的に純粋な形で含ん でいる。後処理ステップにおいて、α−ラクトアルブミンフラクションは機械的 手段および／または膜ダイアフィルトレーションシステムによって洗浄されても よく、かつα−ラクトアルブミンのフラクションとβ−ラクトグロブリンのフラ クションとは双方とも限外濾過によって濃縮されてもよい。各生成物の脂肪含量 は、機械的分離および／または精密濾過によって低減され得る。最後に、生成物 は塩基の添加によって中和され、噴霧乾燥される。 以下の、限定的でない例はこの発明の範囲内のプロセスを説明するために挙げ られているものである。 例１ ４０００リットルの清澄な酸カゼインホエーを、商業的に入手可能な電気透析 およびイオン交換設備を用いて脱ミネラル化した。組合せられた脱ミネラル化に より、乾燥物を基準にして１２０ｐ．ｐ．ｍ．未満までカルシウムが減少した生 成物がもたらされた。この脱ミネラル化システムにおいて、ｐＨは２．０まで低 減された。この生成物を次に６０秒間９４＋／−１℃の温度で加熱処理し、続い て２段階の濃縮に先立ち、１０℃まで急速に冷却した。この２段階の濃縮は、ま ず６９℃を最高温度として２２％の総固 形分になるまで、最後に６３℃を最高温度に６２％の総固形分になるまで行なっ た。制御された冷却によって、ラクトースの結晶化が成し遂げられた。このラク トース結晶を機械的分離によって取除き、乾燥物を基準に３７％のタンパク質を 含む濃縮されたホエータンパク質液を残した。 濃縮されたホエータンパク質溶液を８℃で４．４５のｐＨまで調節し、次に５ ３＋／−１℃まで加熱して最低１時間、調節容器内でその温度に保った。すべて の濃縮されたホエータンパク質が調節容器から取除かれたのは、３時間が経過し た後であった。これらの条件下に保持することにより、α−ラクトアルブミンの 選択的フロキュレーションが促進された。ホエータンパク質液は遠心分離により 分離され、これによりα−ラクトアルブミンの濃縮凝集物を含む重い相と、他の 主要なホエータンパク質フラクションが存在しない高純度のβ−ラクトグロブリ ン溶液を含む軽い相との２つの流れがもたらされた。図２ａは、β−ラクトグロ ブリンのサンプルスタンダード（シグマ・ケミカル・カンパニー(SIGMA CHEMICA L COMPANY)）のクロマトグラムを示し、一方図２ｂはこの例から得られたβ−ラ クトグロブリンフラクションのクロマトグラムであり、表１はこのフラクション から得られたピークを詳細に表わす。 α−ラクトアルブミン濃縮フラクションを、ホエータンパク質液と等イオン性 の溶液を用いた一連の洗浄、ｐＨ４．４５へのｐＨ調節、および遠心分離による 再分別によってさらに精製し、最終的なα−ラクトアルブミン濃縮フラクション をもたらした。 ２つのタンパク質の流れは、さらに限外濾過を用いて濃縮した。 脂質濃度は、機械的分離および精密濾過を用いて低減した。 最終的なβ−ラクトグロブリン生成物を、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）₂ およびＣａ（ＯＨ）₂の組合せで中和し、２０％の総固形分になるまで濃縮し、 噴霧乾燥した。 最終的なα−ラクトアルブミン生成物を、ＫＯＨ，ＮａＯＨ，Ｍｇ（ＯＨ）₂ およびＣａ（ＯＨ）₂の組合せで中和し、２０％の総固形分になるまで濃縮し、 噴霧乾燥した。 例２ ４０００リットルのチェダーチーズのホエーを清澄化し、原料として用いた。 その後の方法は例１と同じであった。 例３ ４０００リットルの、清澄なレンネットカゼインのホエーを原料として用いた 。その後の方法は例１と同じであった。 例４ この例では、方法は例１、２および３と同じように着手されたが、生成物が２ ２％の総固形分となったときに付加的な脱ミネラル化ステップが含まれた。この 脱ミネラル化ステップが含まれたのは、リン酸塩のレベルをさらに低減するため であった。生成物は次に６３＋／−１℃において６２％の総固形分になるまで濃 縮し、方法を例１、２および３と同じように進めた。 例５ この例では、方法は例１、２および３と同じように着手された。しかしながら 、β−ラクトグロブリンフラクションを乾燥物を基準に７５％のタンパク質にな るまでダイアフィルトレーションし、２０％の総固形分になるまで濃縮し、ＫＯ Ｈ、ＮａＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）₂およびＣａ（ＯＨ）₂の組合せで中和し、乾燥した 。 例６ この例では、方法は例１、２および３と同じように着手 された。しかしながら、α−ラクトアルブミンフラクションを、洗浄および乾燥 物を基準にして６５％のタンパク質になるまでの限外濾過の組合せによって濃縮 し、２２％の総固形分になるまで濃縮し、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）₂お よびＣａ（ＯＨ）₂の組合せで中和した。 この発明はただ例示のために示したここに記載の特定的な詳細説明に限定され るものではなく、請求の範囲において規定されるこの発明の範囲内でさまざまな 変形例および代替例が可能であるということは、当然に理解されなければならな い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 マルビヒル，ダニエル アイルランド、カントリー・コーク、バリ ンコリーグ、マグリン、グリンクール・ド ライブ、６ (72)発明者 オケネディー，ブレンダン・トーマス アイルランド、カントリー・ウォーターフ ォード、ダンガーバン、アベイサイド、シ ーパーク・アベニュ、27

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ホエー成分を回収するための方法であって、 （ａ） 生ホエーのミネラル含量を低減する、特にカルシウム含量を乾燥物を 基準として１２０ｐ．ｐ．ｍ．未満まで低減するステップと、 （ｂ） ホエーのｐＨを１．８と３．４との間に低減するステップと、 （ｃ） ホエーを５０秒から９５秒間７１℃と９８℃の間に加熱し、続いて約 １０℃まで急速に冷却するステップと、 （ｄ） ホエーを６９℃を超えない温度で５５％と６３％の間の総固形分にな るまで濃縮するステップと、 （ｅ） ホエーを、そのホエーからラクトースが結晶化するのに十分な時間お よび温度で冷却するステップと、 （ｆ） 結果として得られたラクトース結晶を、残存ホエータンパク質液から 分離するステップと、 （ｇ） ホエータンパク質液のｐＨを１０℃未満の温度で４．３から４．７の 間のｐＨに調節し、その後１時間から３時間、３５℃と５４℃の間の温度に加熱 するステップと、 （ｈ） 結果として得られた濃縮α−ラクトアルブミンを含む凝集物を、実質 的に純粋なβ−ラクトグロブリンを含むホエータンパク質液から分離するステッ プと、 （ｉ） α−ラクトアルブミン濃縮凝集物を、ホエータ ンパク質液と等イオン性の溶液で洗浄し、４．３から４．７の間のｐＨに調節し 、かつ遠心分離または濾過によりα−ラクトアルブミンを再分別することによっ て、精製するステップとを含む、ホエー成分を回収するための方法。 ２．ｐＨはステップ（ｂ）で１．８と２．２の間に低減される、請求項Ｉに記載 の方法。 ３．ステップ（ａ）および（ｂ）は、電気透析およびカチオン交換の組合せによ り同時に行なわれる、請求項１または請求項２に記載の方法。 ４．濃縮ステップ（ｄ）は２段階に分けて行なわれ、第１段階はホエーを７０℃ 未満の温度で２０％と３５％の間の総固体分含量まで濃縮することを含み、第２ 段階は６４℃を越えない温度で５５％と６３％の間の総固体分含量まで濃縮する ことを含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。 ５．第１の濃縮段階は蒸発または膜および蒸発の組合せによる使用によって行な われ、第２の濃縮段階は蒸発によって行なわれる、請求項４に記載の方法。 ６．付加的な電気透析および／または脱ミネラル化ステップは、２つの濃縮段階 の間に行なわれる、請求項４または請求項５に記載の方法。 ７．ステップ（ｇ）は５２℃±２℃で行なわれる、前述の請求項のいずれかに記 載の方法。 ８．ラクトース結晶は機械的分離によってホエータンパク 質液から分離される、前述の請求項のいずれかに記載の方法。 ９．結果として得られるα−ラクトアルブミンまたはβ−ラクトグロブリン生成 物は、脱脂、中和、濃縮および／または噴霧乾燥のいずれの対象ともなる、前述 の請求項のいずれかに記載の方法。