KR20070020054A - 피트산을 감소시키기 위한 단백질 분리 공정 - Google Patents

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Abstract

감소된 피트산 함량을 갖는 기름 씨 단백질 분리물, 특히 카놀라 단백질 분리물은 기름 씨 가루로부터의 단백질의 추출 도중 기름 씨 가루로부터의 피트산의 추출이 저해되는 공정에 의해 제조된다.
카놀라 단백질, 피트산

Description

피트산을 감소시키기 위한 단백질 분리 공정{PROTEIN ISOLATION PROCEDURES FOR REDUCING PHYTIC ACID}
본출원은 동시 계류중인 2004년 5월 7일에 출원된 미국특허 출원 번호 제 60/568,680 호 및 2004년 8월 30일에 출원된 제 60/605,145호에 대해 35 USC 119(e) 하에서 우선권을 주장한다.
본발명은 단백질 분리물 중의 피트산 함량의 감소를 유도하는, 기름 씨 가루로부터 단백질 분리물, 특히 카놀라 단백질 분리물의 제조방법에 관한 것이다.
카놀라 단백질 분리물은 카놀라 기름 씨 가루로부터 형성될 수 있다. 동일한 출원인에 의한, 본명세서에 참고문헌으로 포함된, 2002년 5월 3일에 출원되어 동시계류 중인 미국특허 출원 번호 제 10/137,391호 (WO 02/089597)에는 최소한 100 중량% 단백질 함량 (N x 6.25)을 갖는 분리물과 같은 카놀라 기름 씨 가루로부터의 카놀라 단백질 분리물의 제조방법이 기술되어 있다. 이 방법은 염 용액, 바람직하게는 수성 염화 나트륨 용액을 사용하여 카놀라 기름 씨 가루를 추출하는 것, 남은 기름 씨 가루로부터 결과의 수성 단백질 용액을 분리하는 것, 선택적 막 기술을 사용하여 이온 강도를 실질적으로 일정하게 유지시키면서 수성 용액의 단백질 농도를 최소 약 200 g/l까지 증가시키는 것, 결과의 농축된 단백질 용액을 차가운 물 내로 희석하여 단백질 미셀의 형성을 유발하는 것, 단백질 미셀이 무정형, 점성, 젤라틴성 글루텐형 단백질 미셀 집합체 (PMM)를 형성하도록 침전하는 것, 및 상청액으로부터 단백질 미셀 집합체를 회수하는 것을 포함하는 다단계 공정을 수반하고, 여기서 PMM은 킬달 (Kjeldahl) 질소 (N) x 6.25에 의해 결정되는 최소 약 100 중량%의 단백질 함량을 갖는다. 여기서, 단백질 함량은 건조 중량 기준으로 결정된다. 회수된 PMM은 건조될 수 있다.
상기에서 기술된 공정의 한 구체예에서, 또한 출원 번호 10/137,391에서 구체적으로 기술된 바와 같이, PMM 침전 단계로부터의 상청액을 더욱 처리하여 습윤 PMM 및 상청액으로부터 건조 단백질을 포함하는 단백질 분리물을 회수한다. 이 공정은 먼저 한외여과 막을 사용하여 상청액을 농축하고, 농축된 상청액을 습윤 PMM과 혼합하고 혼합물을 건조하는 것에 의해 수행될 수 있다. 결과의 카놀라 단백질 분리물은 최소한 약 90 중량% 단백질 (N x 6.25), 바람직하게는 최소한 약 100 중량% 단백질 (N x 6.25)의 높은 순도를 갖는다.
상기에서 기술된 공정의 또다른 구체예에서, 또한 출원 번호 10/137,391에서 구체적으로 기술된 바와 같이, PMM 침전 단계로부터의 상청액을 처리하여 상청액으로부터 단백질 분리물을 회수한다. 이 공정은 먼저 원심분리 막을 사용하여 상청액을 농축하고, 농축물을 건조하는 것에 의해 수행될 수 있다. 결과의 카놀라 단백질 분리물은 최소한 약 90 중량% 단백질 (N x 6.25), 바람직하게는 최소한 약 100 중량% 단백질 (N x 6.25)의 높은 순도를 갖는다.
상기한 미국 특허 출원들에서 기술된 공정들은 본질적으로 배취 (batch) 공정이다. 동일한 출원인에 의한, 본명세서에 참고문헌으로 포함된, 2002년 11월 19일에 출원되어 동시계류 중인 미국특허 출원 번호 제 10/298,678호 (WO 03/943439)에는 카놀라 단백질 분리물을 제조하기 위한 연속 공정이 기술되어 있다. 이 방법에 따르면, 카놀라 기름 씨 가루는 염 용액, 바람직하게는 수성 염화 나트륨 용액과 연속적으로 혼합되고, 카놀라 기름 씨 가루로부터 단백질을 추출하여 수성 단백질 용액을 형성하면서 이 혼합물을 파이프를 통해 수송하고, 이 수성 단백질 용액은 선택적 막 조작을 통해 연속적으로 수송되어, 이온 강도를 실질적으로 일정하게 유지시키면서 수성 단백질 용액의 단백질 함량을 최소 약 200 g/l까지 증가시키고, 결과의 농축 단백질 용액을 차가운 물과 연속적으로 혼합하여 단백질 미셀의 형성을 유발하고, 상청액을 연속적으로 유출시키면서 단백질 미셀을 계속적으로 침전시되도록 방치하여 소정량의 PMM이 침전 용기 내에 축적한다. PMM은 침전 용기로부터 제거되고 건조될 수 있다. PMM은 킬달 (Kjeldahl) 질소 (N) x 6.25에 의해 결정되는 최소 약 90 중량%, 바람직하게는 최소 약 100 중량% (N x 6.25)의 단백질 함량을 갖는다.
상기한 미국특허 출원 번호 제 10/137,391호에서 기술된 바와 같이, 유출된 상청액을 처리하여 이로부터 카놀라 단백질 분리물을 회수할 수 있다.
2003년 4월 15일에 출원되어, 동시계류중인 미국특허 출원 번호 제 10/413,371호 및 동일한 출원인에 의한, 본명세서에 참고문헌으로 포함된, 대응하는 PCT 공개 번호 제 WO 03/088760호에 개시된 바와 같이, 상청액-유래 카놀라 단백질 분리물은 주로 2S 단백질로 구성된 반면, PMM-유래 카놀라 단백질 분리물은 약간의 12S 단백질과 함께 주로 7S 단백질로 구성된다.
카놀라 기름 씨 가루를 포함하는 기름 씨 가루는 종종 피트산염으로서 염형태로서 존재하는 피트산을 포함하는 항-영양 인자를 함유한다. 본명세서에서 용어 "피트산"은 그러한 염 형태를 포함한다. 기름 씨에 따라서, 기름 씨 가루 내의 피트산 함량은 약 0.3 내지 약 10 중량%의 범위에 걸친다. 대표적으로, 카놀라 기름 씨 가루는 약 2 내지 약 6 중량% 피트산을 포함한다.
카놀라 기름 씨 가루를 수성 염화 나트륨 용액으로 추출하여 수성 단백질 용액을 형성하는 것은 기름 씨 가루로부터 피트 산을 포함하는 항-영양 인자를 용해시키고, 이는 수성 단백질 용액으로부터 회수된 단백질 분리물 내의 피트산 존재를 유발한다. 단백질 분리물 내의 피트산의 양이 증가함에 따라, 단백질 분리물의 소화가능성은 반대로 영향을 받는다. 단백질 분리물의 소화가능성은 양식 (aquaculture)를 포함하는 특정 응용용도에서 중요하다. 그러므로, 그러한 응용 용도에 대한 단백질 분리물의 피트산 함량을 감소시키는 것이 요망된다.
카놀라는 또한 평지씨 또는 기름 씨 평지로서도 알려져 있다.
발명의 요약
본발명은 기름 씨 가루로부터 회수한 단백질 분리물의 피트산 함량 감소를 유도하는 공정에 관한다. 본발명자들은, 만약 기름 씨 가루, 바람직하게는 카놀라 기름 씨 가루의 초기 추출이 특정 조건 하에서 수행된다면, 감소된 피트산 함량 및 향상된 영영가를 갖는 단백질 분리물이 제조될 수 있다는 것을 발견하였다.
본발명의 일 구체예에서, 만약 기름 씨 가루, 바람직하게는 카놀라 기름 씨 가루의 추출이 상승된 온도에서 수행된다면, 잔류하는 기름 씨 가루로부터의 분리 후, 주변온도에서 수행된 추출에 의해 제조된 수성 카놀라 단백질 용액보다 더 낮은 피트산 함량을 갖는 수성 단백질 용액이 생긴다는 것을 발견하였다.
어떠한 이론에 얽매일 필요없이, 상승된 온도에서의 기름 씨 가루로부터 추출된 피트산은 결과의 수성 단백질 용액으로부터 침전하고, 여과 도중 제거되어 잔류하는 기름 씨 가루로부터 수성 단백질 용액을 분리한다고 생각된다. 더나아가, 피트산은 온도를 증가시킴으로써 수성염화 나트륨 용액 내의 피트산의 역전된 용해도 효과로 인해 수성 단백질 용액 내로 추출되지 않을 것이다.
본발명의 또다른 구체예에 따르면, 만약 상기한 특허 출원에서 기술된 공정에서 추출 단계에서 바람직하게 사용된 염화 나트륨이 염화 칼슘으로 대체된다면, 소비된 카놀라 기름 씨 가루로부터 분리된 수성 단백질 용액 내에 존재하는 피트산의 양은 감소한다는 것을 또한 발견하였다.
어떠한 이론에 얽매일 필요없이, 칼슘 이온은 이들 공정에 의해 피트산과 결합하여 불용성 침전물을 형성하고, 이는 소비된 가루와 함께 잔류하거나 수성 단백질 용액의 정화 도중 제거된다고 생각된다.
따라서, 본발명의 한 양상에서, 다음의 단계를 포함하는 단백질 분리물의 제조방법이 제공된다: (a) 기름 씨 가루를 추출하여 상기 기름 씨 가루 내의 단백질의 용해를 유발하여, 기름 씨 가루로부터 단백질 용액 내로의 피트산 추출을 저해하면서 수성 단백질 용액을 형성하는 단계, (b) 잔류하는 기름 씨 가루로부터 수성 단백질 용액을 분리하는 단계, (c) 이온강도를 실질적으로 일정하게 유지하면서 수성 단백질 용액의 단백질 농도를 최소 약 50 g/l의 농도로 증가시켜 농축된 단백질 용액을 제공하는 단계, (d) 상기 농축된 단백질 용액을 약 15℃ 미만의 온도를 갖는 차가운 물 내로 희석하여 단백질 미셀의 형성을 유발하는 단계, (e) 단백질 미셀을 침전시켜 무정형, 점성, 젤라틴성 글루텐형 단백질 미셀 집합체 (PMM)를 형성시키는 단계 및 (f) 건조 중량 기준으로 최소 약 90 중량% (N x 6.25)의 단백질 함량을 갖는 상청액으로부터 단백질 미셀 집합체를 분리하는 단계.
기름 씨 가루의 추출로부터의 수성 단백질 용액 내 피트산 함량의 감량은 상술한 두 개의 구체예를 조합함으로써, 즉 상승된 온도에서 염화 칼슘을 이용하여 추출을 수행함으로써 실현될 수 있다.
본 명세서의 공정에 따라 제조된 카놀라 단백질 분리물은 가공 식품의 단백질 강화, 기름의 에멀젼화, 구운 제품에 있어서의 바디 형성제 및 가스를 포집하는 제품에서의 발포제와 같은 단백질 분리물의 종래 응용용도에 사용될 수 있다. 또한, 카놀라 단백질 분리물은 단백질 섬유로 형성될 수 있고, 육류 유사물에 유용하고, 난백 대체물 또는 난백이 결합제로서 사용되는 식품에서 증량제로서 사용될 수 있다. 카놀라 단백질 분리물의 다른 용도는 애완동물 사료, 동물 사료, 양식 및 산업적 및 화장품 용도 및 개인관리용품에 사용되는 것이다.
도 1은 본발명의 일 구체예에 따른 서로 다른 단백질 프로필을 갖는 카놀라 단백질 분리물을 제조하기 위한 공정의 모식적 흐름도이다.
도 2는 본발명의 또다른 구체예에 따른 서로 다른 단백질 프로필을 갖는 카놀라 단백질 분리물을 제조하기 위한 연속 공정의 모식적 흐름도이다.
본발명의 일반적 설명
각각의 PMM-유래 카놀라 단백질 분리물 및 상청액-유래 카놀라 단백질 분리물은 상기한 미국 특허 출원들에서 일반적으로 기술된 바와 같이 배취 공정 또는 연속 공정 또는 반-연속 공정에 의해 카놀라 기름 씨 가루로부터 분리될 수 있다. 비록 본발명은 주로 카놀라에 대해서 이하에서 기술되지만, 본발명은 또한 아마, 대마 및 콩을 포함하는, 피트산이 추출 단계에서 용해되는 다른 기름 씨 가루에도 응용될 수 있다.
카놀라 단백질 분리물을 제공하는 공정의 초기 단계는 카놀라 기름 씨 가루로부터 단백질성 물질을 용해시키는 것을 수반한다. 카놀라 씨 가루로부터 회수된 단백질성 물질은 카놀라 씨에서 천연적으로 발생하는 단백질일 수도 있고 또는 단백질성 물질은 유전자 조작에 의해 변조되었으나 천연 단백질의 소수성 및 극성 특성을 갖는 단백질일 수 있다. 카놀라 가루는 예를 들면 고온 헥산 추출 또는 냉 기름 압출 방법으로 제조한 비-변성 단백질의 다양한 수준을 갖는 카놀라 기름 씨로부터 카놀라 기름을 제거하여 얻어지는 어떠한 카놀라 가루일 수 있다. 카놀라 기름 씨로부터의 카놀라 기름의 제거는 본명세서에서 기술된 단백질 분리물 회수 공정과는 별도의 조작으로서 통상 수행될 수 있다.
단백질 용해는 상기 미국 특허 출원들에서 기술된 공정과 대조적으로, 수성 카놀라 단백질 용액 내에 존재하는 피트산의 양이 감소하는 것을 유도하도록 수행 된다. 단백질 용해는 수성 염화 나트륨 용액이거나, 또는 바람직한 구체예에서, 수성 염화 칼슘 용액일 수 있는 수성 염 용액을 사용하여 수행된다.
카놀라 기름 씨 가루 추출로부터 유래한 수성 카놀라 단백질 용액 내의 피트산의 농도를 감소시키기 위해, 넓은 온도 범위에 걸쳐 수성 염화나트륨 용액을 사용하여 추출을 수행하거나 또는 수성 염화 칼슘이 사용되지 않은 경우, 주변온도보다 다소 상승된 온도에서 추출을 수행한다.
그러한 상승 온도 추출은 약 45 내지 70℃의 온도에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, 그러한 추출은 약 55 내지 약 65℃의 온도에서 수성 염화 나트륨 용액을 사용하여 수행된다.
단백질 추출에 사용된 수성 염 용액이 염화 칼슘이 아닌, 바람직하게는 염화 나트륨일 때 염화 칼슘 추출에 대해 아래에서 논의되는 가루 값의 이온강도, pH 및 농도를 가질 수 있다.
단백질 용해는 바람직하게는 염화 칼슘 용액을 사용하여 본발명의 하나의 구체예에 따라서 수행된다. 염 용액은 최소 약 0.05, 바람직하게는 최소 약 0.1의 이온 강도를 가져서 단백질의 상당량의 용해를 수행하는 것을 가능하게 한다. 염화 칼슘의 이온강도가 증가함에 따라서, 기름 씨 가루 내의 단백질의 용해도는 최대치가 실현될 때까지 증가한다. 이온 강도의 어떠한 연속적 증가도 용해된 총 단백질을 증가시키지 않는다. 최대 단백질 용해를 유발하는 염화칼슘 용액의 이온 강도는 선택된 기름 씨 가루에 따라 다르다.
증가된 이온 강도를 갖는 단백질 침전에 필요한 더 큰 희석의 관점에서, 약 0.8 미만의 이온강도, 더욱 바람직하게는 약 0.1 내지 약 0.15의 이온강도를 이용하는 것이 통상 바람직하다.
배취 공정에서, 단백질의 염 용해는 최소 약 5℃ 및 바람직하게는 35℃까지의 온도에서, 바람직하게는 용해 시간을 감소시키기 위해 교반을 수반하면서 수행되는데, 통상 약 10 내지 약 60분 걸린다. 전체적으로 높은 생성물 수율을 제공하도록 가능한 많은 단백질을 기름 씨 가루로부터 추출하여 용해를 수행하는 것이 바람직하다.
약 5℃의 온도 하한치가 선택되는데 왜냐하면 이 온도 이하에서 용해는 서서히 불가능하기 때문이고, 반면 약 35℃의 상한치가 선택되는데 왜냐하면 배취 모드에서 더 높은 온도 수준에서 공정이 비경제적으로 되기 때문이다. 그렇지만, 상기에서 논의된 바와 같이, 수성 단백질 용액의 피트산 함량을 더욱 감소시키기 위해서는, 염화 칼슘 추출에 대해 더 높은 온도가 요망될 수 있다.
연속 공정에서, 카놀라 기름 씨 가루로부터 단백질의 추출은 카놀라 기름 씨 가루로부터의 단백질의 연속 추출을 수행에 맞추어 어떠한 방법으로 수행된다. 하나의 구체예에서, 카놀라 기름 씨 가루는 염화 칼슘 용액과 함께 연속적으로 혼합되고, 혼합물은 여기서 기술된 파라미터에 따라 소정의 추출을 수행하기에 충분한 잔류 시간 동안 일정 길이 및 유속에서 파이프 또는 도관을 통해 운반된다. 그러한 연속 공정에서, 염 용해 단계는 약 10분까지의 시간 동안, 재빠르게, 바람직하게는 카놀라 기름 씨 가루로부터 가능한 한 많은 단백질을 실질적으로 추출하기 위한 용해를 수행한다. 연속 공정에서 용해는 바람직하게는 상승된 온도, 바람직하 게는 약 35℃ 이상, 일반적으로는 약 65℃까지에서 수행된다. 상기한 바와 같이, 상승된 온도는 수성 단백질 용액 내 피트산의 수준이 감소되는 것을 유발한다.
수성 염화 칼슘 용액 및 카놀라 기름 씨 가루는 약 5 내지 약 6.8의 자연 pH를 가져서, 아래에서 상술하는 바와 같이, 단백질 분리물이 미셀 경로에 의해 형성되는 것을 가능하게 한다.
pH 범위 한계치에서 및 근처에서, 단백질 분리물 형성은 단지 부분적으로 미셀 경로를 통해, pH 범위의 다른 곳에서 얻어질 수 있는 것보다 더 낮은 수율로 일어난다. 이러한 이유로, 약 5.3 내지 약 6.2의 pH 값이 바람직하다.
염 용액의 pH는 어떠한 편리한 산, 통상 염산, 또는 알칼리, 통상 수산화 나트륨의 사용에 의한 추출 단계에서 사용되기 위해 약 5 내지 약 6.8의 범위 내에서 어떠한 소정의 값으로 필요하다면 조정될 수 있다.
용해 단계 중 염화 칼슘 용액 내 기름 씨 가루의 농도는 광범위하다. 대표적인 농도값은 약 5 내지 약 15 %w/v이다.
최소한 일부의 추출 단계의 도중 염 용액 내에 항산화제가 존재할 수 있다. 항산화제는 아황산 나트륨 또는 아스코르브산과 같은 어떠한 편리한 항산화제일 수 있다. 추출 단계에서 사용되는 항산화제의 양은 사용된 재료에 의존하고 0.01 내지 약 1 중량%에서 변하고, 바람직하게는 약 0.05 중량%이다. 항산화제는 수성 단백질 용액 내에 존재하는 페놀류의 산화를 저해하는 역할을 하는데, 이들은 최종 제품의 색상에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
수성 염화 칼슘 용액을 사용한 단백질 추출 단계는 카놀라 가루 내에 존재 할 수 있는 지방을 용해시키는 부가적 영향을 미치는데, 이들은 이후 수상 내에 존재하는 지방을 유발한다.
추출 단계로부터 유래한 단백질 용액은 약 5 내지 약 40 g/l, 바람직하게는 약 10 내지 약 30 g/l의 단백질 농도를 일반적으로 갖는다. 수성 염화 칼슘 용액을 사용한 카놀라 기름 씨 가루로부터의 단백질 추출은 단백질 용액 내의 피트산의 존재를 유발하지만, 같은 추출 조건 하에서 수성 염화 나트륨 용액을 사용한 카놀라 기름 씨 가루의 추출로부터의 얻어지는 수준보다 상당히 감소된 수준이다.
추출 단계로부터 얻은 수상은 이후 데칸터 원심분리 및 연이어 디스크 원심분리 및/또는 여과에 의해 잔류 가루를 제거하는 것과 같은 어떠한 편리한 방법으로, 잔류하는 카놀라 가루로부터 분리될 수 있다. 분리된 잔류 가루는 폐기를 위해 건조될 수 있다.
최종 카놀라 단백질 분리물의 색상은 분말 활성 탄소 또는 다른 색소 흡착제를 분리된 수성 단백질 용액과 혼합시키고, 연이어, 편리하게는 여과에 의해 흡착제를 제거하여 단백질 용액을 제공함으로써 밝은 색상 및 옅은 노랑색이라는 면에서 향상될 수 있다. 정용여과 (diafiltration)가 안료 제거를 위해 사용될 수 있다.
그러한 안료 제거 공정은 어떠한 편리한 조건, 일반적으로 어떠한 적절한 안료 흡착제를 사용하여, 분리된 수성 단백질 용액의 주변온도에서 일반적으로 수행될 수 있다. 분말 활성 탄소에 대해, 약 0.025% 내지 약 5% w/v, 바람직하게는 약 0.05% 내지 약 2% w/v의 양이 사용된다.
카놀라 씨 가루가 동일한 출원인에 의한, 본명세서에 참고문헌으로 포함된 미국 특허 제 5,844,086호 및 제 6,005,076호에 기술된 바와 같은 상당한 지방량을 함유할 때, 분리된 수성 단백질 용액 및 아래에서 논의되는 농축된 수성 단백질 용액에 대해 거기에 기술된 탈지방 공정을 수행될 수 있다. 색상 향상 단계가 수행될 때, 그러한 단계는 최초 탈지방 공정 이후에 수행될 수 있다.
택일적 공정은 약 6.8 이상, 일반적으로 9.9 까지의 비교적 높은 pH 값에서 염화 칼슘 용액으로 기름 씨 가루를 추출하는 것이다. 염화 칼슘 용액의 pH는 수성 수산화 나트륨 용액과 같은 어떠한 편리한 식품-등급 알칼리를 사용하여 원하는 알칼리 값의 pH로 조정할 수 있다. 택일적으로, 기름 씨 가루는 약 pH 5 이하, 일반적으로 약 pH 3까지의 비교적 낮은 pH에서 염화 칼슘 용액으로 추출될 수 있다. 그러한 택일적 방법이 사용될 때, 이후 기름 씨 가루 추출 단계로부터 얻어진 수상은 이후 데칸터 원심분리 및 연이어 디스크 원심분리 및/또는 여과에 의해 잔류 가루를 제거하는 것과 같은 어떠한 편리한 방법으로, 잔류하는 카놀라 가루로부터 분리될 수 있다. 분리된 잔류 가루는 폐기를 위해 건조될 수 있다.
높은 또는 낮은 pH 추출 공정으로부터 얻은 수성 단백질 용액은 아래에서 논의되는 추가 처리 이전에, 이후 약 5 내지 약 6.8의 범위, 바람직하게는 약 5.3 내지 약 6.2의 범위로 pH 조정된다. 그러한 pH 조정은 어떠한 편리한 산, 통상 염산, 또는 알칼리, 통상 수산화 나트륨의 사용에 의해 적절하다면 수행될 수 있다.
이후 수성 단백질 용액은 그의 이온 강도를 실질적으로 일정하게 유지하면서 농축되어 그의 단백질 농도를 증가시킨다. 그러한 농축은 일반적으로 최소한 약 50 g/l, 바람직하게는 최소한 약 200 g/l, 더욱 바람직하게는 최소한 약 250 g/l의 단백질 농도를 갖는 농축된 단백질 용액을 제공하도록 수행된다.
농축 단계는 배취 또는 연속 조작에 맞추어 어떠한 편리한 방법으로 수행될 수 있는데, 예를 들면 약 3,000 내지 약 100,000 달톤, 바람직하게는 약 5,000 내지 약 10,000 달톤 같은 적절한 분자량 한계를 갖고, 서로 다른 막 재질 및 구성을 갖고, 연속적 조작에 대해, 수성 단백질 용액이 막을 통과함에 따라 소정의 정도의 농도를 허용하도록 하는 수치를 갖는 공동 (hollow)-섬유 막 또는 나선형 막과 같은 막을 사용하여, 한외여과 또는 정용여과와 같은 어떠한 편리한 선택적 막 기술을 사용한다.
농축된 단백질 용액은 이후 수성 염 용액을 사용하여 정용여과 단계에 처해지는데, 이 수성 염 용액은 추출 용액과 동일한 몰농도 및 pH를 갖는 수성 염화 나트륨 용액 또는 수성 염화 칼슘 용액일 수 있다. 그러한 정용여과는 약 2 내지 약 20 부피의 정용여과 용액, 바람직하게는 약 5 내지 약 10 부피의 정용여과 용액을 사용하여 수행될 수 있다. 정용여과 조작에서, 페놀류 및 가시 안료를 포함하는 오염물의 추가적 양은 투과물과 함께 막을 통해 통과시킴으로써 수성 단백질 용액으로부터 제거된다. 정용여과 조작은 페놀류 및 가시 안료의 상당한 추가적 양이 투과물 내에 존재하지 않을 때까지 수행될 수 있다. 그러한 정용여과는 예를 들면 약 3,000 내지 약 100,000 달톤, 바람직하게는 약 5,000 내지 약 10,000 달톤 같은 적절한 분자량 한계를 갖고, 서로 다른 막 재질 및 구성을 갖는 막을 사용하여 수행될 수 있다.
항산화제는 최소한 일부 정용여과 단계 도중 정용여과 매체 내에 존재할 수 있다. 항산화제는 아황산 나트륨 또는 아스코르브산과 같은 어떠한 편리한 항산화제일 수 있다. 정용여과 추출 매체에서 사용되는 항산화제의 양은 사용된 재료에 의존하고 약 0.01 내지 약 1 중량%에서 변하고, 바람직하게는 약 0.05 중량%이다. 항산화제는 수성 단백질 용액 내에 존재하는 페놀류의 산화를 저해하는 역할을 하는데, 이들은 최종 제품의 색상에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
농축 단계 및 정용여과 단계는 어떠한 편리한 온도, 일반적으로 약 20 내지 60℃, 바람직하게는 약 20 내지 약 30℃의 온도에서, 소망하는 정도의 농축을 수행하기 위한 시간 동안 수행될 수 있다. 사용된 온도 및 기타 조건들은 농축을 수행하는데 사용된 막 장치 및 용액의 바람직한 단백질 농도에 어느 정도 의존한다.
이 단계에서의 약 200 g/l 이상의 바람직한 농도까지 단백질 용액을 농축하는 것은, 건조 단백질 분리물로서 회수되는 추출 단백질의 비율을 약 40% 이상까지, 바람직하게는 약 80% 이상까지의 수준으로 공정 수율을 증가시킬 뿐만 아니라, 건조 후의 최종 단백질 분리물의 염 농도를 감소시킨다. 분리물의 염 농도를 제어하는 능력은 염 농도의 편차가 특정 식품 용도에서 기능적 및 지각적 특성에 영향을 미치는 분리물의 응용분야에서 중요하다.
널리 공지된 바와 같이, 한외여과 및 유사한 선택적 막 기술은 고분자량 종류의 통과를 저지하면서 저분자량 종류가 통과하는 것을 허용한다. 저분자량 종류는 염의 이온 종뿐만 아니라 단백질의 어떠한 저분자량 형태와 더불어, 탄수화물, 안료 및 항-영양 인자와 같은 소스 물질로부터 추출된 저분자량 물질도 포함한다. 막의 분자량 한계는 서로 다른 막 재료 및 구성을 가지면서 오염물질이 통과하는 것을 허용하는 반면, 단백질의 상당 부분이 용액 내에 잔류하는 것을 보장하도록 통상 선택된다.
농축되고 임의로 정용여과된 단백질 용액은, 필요한 경우, 미국 특허 제 5,844,086호 및 6,005,076호에 개시된 바와 같이, 추가적인 탈지방 조작에 처해질 수 있다.
농축되고 임의로 정용여과된 단백질 용액은, 상술한 색상 제거 조작에 대해 택일적으로 색상 제거 조작에 처해질 수 있다. 분말 활성 탄소는 과립화된 활성 탄소 (GAC)와 함께 이 조작에서 사용될 수 있다. 색상 흡착제로서 사용될 수 있는 또다른 물질은 폴리비닐 피롤리돈이다.
색상 흡착제 처리 단계는 어떠한 편리한 조건에서, 일반적으로 카놀라 단백질 용액의 주변 온도에서 수행될 수 있다. 분말화된 활성 탄소 또는 과립화된 활성 탄소에 대해, 약 0.025% 내지 약 5% w/v, 바람직하게는 약 0.05% 내지 약 2% w/v의 양이 사용된다. 폴리비닐피롤리돈이 색상 흡착제로서 사용될 때, 약 0.5% 내지 약 5% w/v, 바람직하게는 약 2% 내지 약 3% w/v의 양이 사용된다. 색상 흡착제는 여과와 같은 어떠한 편리한 수단에 의해 카놀라 단백질 용액으로부터 제거될 수 있다.
임의의 색상 제거 공정으로부터 얻어진 농축되고 임의로 정용여과된 단백질 용액은, 보관의 결과로서 최초 가루 내에 존재해 왔던, 또는 그렇지 않은 경우 추출 단계에서 카놀라 단백질 분리물 용액 내로 가루로부터 추출된 어떠한 박테리아 를 죽이기 위해 저온살균에 처해질 수 있다. 그러한 저온살균은 어떠한 바람직한 저온살균 조건 하에서 수행될 수 있다. 일반적으로, 농축되고 임의로 정용여과된 단백질 용액은 약 55 내지 70℃, 바람직하게는 약 60 내지 약 65℃의 온도까지, 약 10 내지 약 15분, 바람직하게는 약 10분 동안 가열된다. 저온살균된 농축된 단백질 용액은 이후 아래에서 기술되는 추가공정을 위해, 바람직하게는 약 25 내지 약 40℃의 온도까지 냉각될 수 있다.
농축 단계 및 임의의 정용여과 단계에서 사용된 온도 및 저온살균 단계가 수행되었는지 여부에 따라, 농축된 단백질 용액은 최소한 약 20℃, 약 60℃의 온도까지의 온도까지, 바람직하게는 약 25 내지 40℃의 온도까지 가온되어 농축된 단백질 용액의 점도를 감소시켜 연이은 희석 단계 및 미셀 형성의 수행을 용이하게 한다. 농축된 단백질 용액은, 차가운 물에 의한 희석으로 미셀 형성이 일어나지 않는 온도 이상까지 가열되어서는 안된다.
농축 단계, 임의적 정용여과 단계, 임의적 색상 제거 단계, 임의적 저온살균 단계 및 임의적 탈지방 단계로부터 얻어진 농축된 단백질 용액은 이후 농축된 단백질 용액을, 소망하는 희석정도를 이루는데 필요한 부피를 갖는 차가운 물과 혼합함으로써 미셀 형성을 수행하도록 희석된다. 미셀 루트에 의해 얻어지는데 요망되는 카놀라 단백질의 비율, 및 상청액으로부터의 비율에 따라, 농축된 단백질 용액의 희석 정도가 변화될 수 있다. 일반적으로 희석 수준이 높으면, 카놀라 단백질이 수상 내에 더 큰 비율로 잔류한다.
미셀 루트에 의해 제일 큰 비율의 단백질을 제공하는 것이 요망되는 경우, 농축되는 단백질 용액은 약 15배 미만, 바람직하게는 약 10배 미만만큼 희석된다.
농축되는 단백질 용액이 혼합되는 차가운 물은 약 15℃ 미만, 일반적으로 약 3 내지 약 15℃, 바람직하게는 약 10℃ 미만의 온도를 갖는데, 왜냐하면, 단백질 미셀 집합체 형태의 단백질 분리물의 수율은 사용된 희석 인자에서 이들 더 차가운 온도로 향상되어 얻어지기 때문이다.
배취 조작에서, 농축 단백질 용액의 배취는 상기에서 논의된 바와 같이, 바람직한 부피를 갖는 차가운 물의 정지체 (static body)에 부가된다. 농축된 단백질 용액의 희석 및 결과적인 이온 강도 감소는 미셀 형태의 별개의 단백질 액적의 형태인 고도 결합된 단백질 분자의 구름형 집합체의 형성을 유발한다. 배취 공정에서, 단백질 미셀은 차가운 물 내에서 침전하도록 방치되어 응집된, 융합된, 농후한, 무정형 점성 글루텐-형 단백질 미셀 집합체 (PMM)을 형성한다. 침전은 원심 분리 등의 도움을 받을 수 있다. 그러한 유도된 침전은 단백질 미셀 집합체의 액체 함량을 감소시키고, 이에 따라 일반적으로 전체 미셀 집합체의 약 70 중량% 내지 약 95 중량%인 수분 함량을 일반적으로 약 50중량% 내지 약 80중량%로 감소시킨다. 이런 식으로 미셀 집합체의 수분 함량을 감소시키면 미셀 집합체의 차단된 염 함량이 감소하고, 따라서 건조 분리물의 염 함량도 감소한다.
택일적으로, 희석 조작은, 희석수를 T-형 파이프의 다른 입구로 공급하면서 농축된 단백질 용액을 T-형 파이프의 하나의 입구에 연속적으로 통과시키고, 파이프 내에서 혼합되도록 허용함으로써 수행될 수 있다. 희석수는 농축된 단백질 용액의 소정 정도의 희석을 이루는데 충분한 속도로 T-형 파이프 내로 공급된다.
파이프 내에서의 농축된 단백질 용액 및 희석수의 혼합은 단백질 미셀의 형성을 개시시키고, 혼합물은 T-형 파이프의 출구로부터 침전 용기 내로 연속적으로 공급되고, 이 용기가 가득차면, 상청액이 유출되도록 허용된다. 혼합물은 바람직하게는 액체 몸체 내의 교란이 최소화되는 방식으로 침전 용기 내의 액체 몸체 내로 공급된다.
연속적 조작에서, 단백질 미셀은 침전 용기 내에서 침전되도록 방치되어, 응집된, 융합된, 농후한, 무정형 점성 글루텐-형 단백질 미셀 집합체 (PMM)을 형성하고, 이 조작은 소정량의 PMM이 침전 용기의 바닥에 축적하고, 축적된 PMM이 침전 용기로부터 제거될 때까지 계속된다. 침강에 의한 침전 대신에, PMM은 원심분리에 의해 계속적으로 분리될 수 있다.
단백질 용액을 최소 약 200 g/l의 바람직한 단백질 함량으로 농축하는 공정 파라미터들의 조합 및 약 15 미만의 희석 인자의 사용은 예를 들면 미국 특허 번호 5,844,086, 6,055,076 및 4,208,323에 기술된 바와 같은 종래 기술 단백질 분리물을 사용하여 얻어지는 것보다 최초 가루 추출물로부터 단백질 미셀 집합체의 형태의 단백질의 회수 면에서 높은 수율, 종종 상당히 높은 수율, 및 단백질의 함량면에서 더 순수한 분리물을 유발한다.
배취 공정과 비교하여 카놀라 단백질 분리물의 회수에 대해 연속 공정을 사용함으로써, 초기 단백질 추출 단계는 동일 수준의 단백질 추출에 대해 시간 면에서 상당히 감소될 수 있고, 추출 단계에서 상당히 더 높은 온도가 사용될 수 있다. 또한, 연속 조작에서, 배취 공정에서 보다 오염의 확률이 낮아져서, 생성물 품질이 더 높아지고, 공정은 더욱 콤팩트한 장치 내에서 수행될 수 있다.
침전된 분리물은 침전된 집합체로부터 잔류 수상의 데칸테이션, 또는 원심분리에 의해 잔류한 수상 또는 상청액으로부터 분리된다. PMM은 습윤 형태로 사용되거나, 또는 분무 건조, 동결 건조, 진공 드럼 건조와 같은 어떠한 편리한 기술에 의해 건조 형태까지 건조될 수 있다. 건조 PMM은 약 90 중량% 단백질, 바람직하게는 최소한 약 100 중량% (킬달 N x 6.25로서 계산됨) 단백질을 초과하는 높은 단백질 함량을 갖고, 실질적으로 비변성화된다 (시차주사 열량계에 의해 결정됨).
상기 미국 특허 출원 제 10/413,371호에서 기술된 바와 같이, PMM-유래 카놀라 단백질 분리물은 주로 7S 단백질로 구성되고, 다음의 단백질 프로필을 나타낸다:
약 60 내지 약 90 중량%의 7S 단백질,
약 1 내지 약 15 중량%의 12S 단백질, 및
0 내지 약 15 중량%의 2S 단백질,
바람직하게는
약 88 내지 약 95 중량%의 7S 단백질,
약 1 내지 약 12 중량%의 12S 단백질, 및
0 내지 약 1 중량%의 2S 단백질.
지방성 기름 씨 가루로부터 분리된 건조 PMM은 또한 낮은 잔류 지방 함량을 갖고, USP 5,844,086 및 6,005,076의 공정이 필수적으로 사용된 때, 약 1 중량% 미만일 수 있다. 카놀라 단백질 분리물은 동일한 반응 조건 또는 주변온데에서 수성 염화 나트륨으로 가루를 추출하는 것과 비교하여, 감소된 양의 피트산을 함유하고, 바람직하게는 약 1중량% 미만일 수 있다.
PMM 형성 및 침전 단계로부터의 상청액은 상당량의 카놀라 단백질을 함유하고, 희석 단계에서 침전되지 않고, 그로부터 카놀라 단백질 분리물을 회수하도록 처리된다. PMM의 제거 이후 희석 단계로부터의 상청액은 농축되어 그 단백질 함량이 증가한다. 그러한 농축은 카놀라 단백질을 용액 내에 보유하면서, 단백질 소스 물질로부터 추출된 염 및 기타 비-단백질성 저분자량 물질을 포함하는, 저분자량 종류를 허용하는 적절한 분자량 한계를 갖는 막을 이용한 한외 여과와 같은 어떠한 편리한 선택적 막 기술을 사용하여 수행된다. 서로 다른 막 재질 및 구성을 갖고, 약 3,000 내지 약 100,000 달톤, 바람직하게는 약 5,000 내지 약 10,000 달톤 의 분자량 한계를 갖는 한외여과 막이 사용될 수 있다. 이런 식으로 상청액을 농축하면 건조되어 단백질을 회수하는데 필요한 액체 부피를 또한 감소시킬 수 있다. 상청액은 일반적으로 건조 이전에 최소한 약 50 g/l, 바람직하게는 약 100 내지 약 400 g/l, 더욱 바람직하게는 약 200 내지 약 300 g/l의 단백질 농도로 농축된다. 그러한 농축 조작은 단백질 용액 농축 단계에 대해 상기에서 기술된 바와 같이 배취 모드 또는 연속 조작으로 수행될 수 있다.
이후 농축된 상청액은 물을 사용하여 정용여과 단계에 처해질 수 있다. 그러한 정용여과는 약 2 내지 약 20배 부피의 정용여과 용액, 바람직하게는 약 5 내지 약 10배의 정용여과 용액을 사용하여 수행될 수 있다. 정용여과 조작에서, 추가량의 오염물질은 투과물과 함께 막을 통과시킴으로써 수성 상청액으로부터 제거 된다. 정용여과 조작은 어떠한 상당량의 페놀류 및 가시적 색상이 투과물 내에 존재하지 않을 때까지 수행될 수 있다. 그러한 정용여과는 농축 단계에서와 동일한 막을 사용하여 수행될 수 있다. 그렇지만, 필요한 경우, 서로 다른 막 재질 및 구성을 갖고, 약 3,000 내지 약 100,000 달톤, 바람직하게는 약 5,000 내지 약 10,000 달톤의 분자량 한계를 갖는 막과 같은 분리막을 사용하여 정용여과가 수행될 수 있다.
정용여과 단계의 최소한 일부 도중 항산화제가 정용여과 매체 내에 존재할 수 있다. 항산화제는 아황산 나트륨 또는 아스코르브산과 같은 어떠한 편리한 항산화제일 수 있다. 정용여과 매체 내에 사용되는 항산화제의 양은 사용된 재질에 따라 다르고 약 0.01 내지 약 1 중량%에서 변하고, 바람직하게는 0.05 중량%이다. 항산화제는 농축된 카놀라 단백질 분리물 용액 내에 존재하는 페놀류의 산화를 저해하는 역할을 한다.
농축 및 임의로 정용여과된 상청액은 분무 건조, 동결 건조, 진공 드럼 건조와 같은 어떠한 편리한 기술에 의해 건조 형태로 건조되어 추가로 카놀라 단백질 분리물을 제공한다. 그러한 추가의 카놀라 단백질 분리물은 약 90 중량% 초과, 바람직하게는 최소한 약 100 중량% 단백질 (킬달 N x 6.25로서 계산됨)을 초과하는 높은 단백질 함량을 갖고, 실질적으로 비변성화된다 (시차주사 열량계에 의해 결정됨).
상기 미국 특허 출원 제 10/413,371호에서 기술된 바와 같이, 상청액 유래 카놀라 단백질 분리물은 주로 2S 단백질로 구성되고, 다음의 단백질 프로필을 나타 낸다:
약 60 내지 약 95 중량%의 2S 단백질,
약 5 내지 약 40 중량%의 7S 단백질, 및
0 내지 약 5 중량%의 12S 단백질,
바람직하게는
약 70 내지 약 75 중량%의 2S 단백질,
약 5 내지 약 30 중량%의 7S 단백질, 및
0 내지 약 2 중량%의 12S 단백질.
카놀라 단백질 분리물의 피트산 함량은 동일한 반응 조건 또는 주변온도에서 수성 염화 나트륨으로 단백질 가루를 추출하는 것과 비교하여 감소되고, 바람직하게는 약 1중량% 미만일 수 있다.
필요한 경우, 최소한 일부의 습윤 PMM은 어떠한 편리한 기술에 의해 조합된 단백질 증기를 건조시키기 이전에, 농축된 상청액의 최소한 일부와 조합되어 조합된 카놀라 단백질 분리물 조성물을 제공한다. 함께 혼합된 단백질성 물질의 상대적 비율은 2S/7S/12S 단백질들의 바람직한 프로필을 갖는 결과의 카놀라 단백질 분리물 조성물을 제공하도록 선택될 수 있다. 택일적으로, 건조된 단백질 분리물들은 혼합물 내에서 어떠한 소정의 특이적 2S/7S/12S 단백질 프로필을 제공하도록 어떠한 소정의 비율로 조합될 수 있다. 조합된 카놀라 단백질 분리물 조성물은 약 90 중량% 초과, 바람직하게는 최소한 약 100 중량% (킬달 N x 6.25로서 계산됨) 단백질을 초과하는 높은 단백질 함량을 갖고, 실질적으로 비변성화된다 (시차주사 열 량계에 의해 결정됨).
또다른 택일적 공정에서, 농축 상청액의 단지 일부만이 PMM의 단지 일부와 혼합되고 결과의 혼합물은 건조되는데, 농축 상청액의 나머지는 PMM의 나머지처럼 건조될 수 있다. 또한, 건조된 PMM 및 건조된 상청액은 또한 상기에서 논의된 바와 같은 어떠한 소정의 상대 비율로 건조 혼합될 수 있다.
이런식으로 조작함으로써, 수많은 카놀라 단백질 분리물이 건조 PMM, 건조 상청액 및 PMM-유래 카놀라 단백질 분리물 및 상청액-유래 카놀라 단백질 분리물의 다양한 중량비, 일반적으로 5:95 내지 95:5 중량부의 건조 혼합물의 형태로 회수될 수 있는데, 이는 조성물 내의 2S/7S/12S의 서로 다른 비율에 기초한 서로 다른 기능 및 영양적 특성을 얻는데 요망될 수 있다.
상기한 바와 같이 농축 단백질 용액의 차가운 물 내로의 희석 및 얻어진 침전물 및 상청액을 처리하는 것에 대한 대체법으로서, 단백질은 그 염 함량을 감소시키기 위해 농축 단백질 용액을 투석시킴으로써 농축 단백질 용액으로부터 회수될 수 있다. 농축 단백질 용액의 염 함량 감소는 투석 관 내의 단백질 미셀 형성을 유발한다. 투석에 뒤이어, 단백질 미셀은 상기에서 논의된 바와 같이 침전되도록 방치되고, 회수 및 건조된다. 단백질 미셀 침전 단계로부터의 상청액은 상기에서 논의된 바와 같이 처리되어 그로부터 추가의 단백질을 회수한다. 택일적으로, 투석 관의 내용물은 직접 건조될 수 있다. 후자인 택일적 공정은 소량의 실험실 규모량의 단백질이 요망될 때 유용하다.
염화 칼슘 추출로부터의 농축단계로부터의 농출물이 희석될 때, PMM은 잘 침 전되지 않아, 동일 추출 조건 하에서 염화 나트륨 추출을 이용한 수행에서와 비교하여 더 많은 7S 단백질이 상청액 내에 잔류하는 것을 유도한다.
추출 단계에서 염화 칼슘을 사용하고, 희석 이전에, 염화 나트륨 용액을 이용한 농출물의 정용여과를 위해 염화 칼슘을 염화 나트륨으로 대체하는 것이 가능하다.
바람직한 구체예의 설명
도 1을 참조하여, 감소된 피트산 함량을 갖는 카놀라 단백질 분리물의 제조를 위한 배취 공정의 모식적 흐름도가 제공된다. 카놀라 기름 씨 가루 및 수성 염화 칼슘 추출 매체가 라인 (10)에 의해 추출 용기 (12)에 공급되는데, 여기서 기름 씨 가루는 추출되고 수성 단백질 용액이 형성된다. 택일적으로, 카놀라 기름 씨 가루 및 수성 염화 나트륨 용액이 라인 (10)에 의해 상승된 온도에서의 추출용 추출 용기로 공급된다.
수성 단백질 용액 및 잔류 기름 씨 가루의 슬러리를 라인 (18)에 의해 제거되는 잔류 기름 씨 가루의 분리를 위한 데칸터 원심분리기 (16)로 라인 (14)에 의해 통과시킨다. 이후 수성 단백질 용액을 라인 (20)에 의해 정화 조작기 (22)에 통과시키고, 여기서 수성 단백질 용액은 원심분리되고 여과되어 가루를 제거하고, 이는 라인 (24)에 의해 회수된다.
정화된 수성 단백질 용액은 라인 (26)에 의해 한외여과 막 (28)을 통해 펌핑되어, 라인 (32)에 의해 회수되는 투과물과 함께 라인 (30) 내의 농출물로서 농축된 단백질 용액을 생성한다. 농축된 단백질 용액은 라인 (36)에 의해 공급되는 냉 수를 함유한 침전 용기 (34) 내로 통과된다. 단백질 미셀 집합체가 침전 용기 (34) 내에 형성되고 슬러지 제거기 (35)를 통해 및 이후 라인 (38)에 의해 분무 건조기 (40) 내로 통과되어 건조 카놀라 단백질 분리물 (42)을 제공한다.
슬러지 제거기 (35)로부터의 상청액은 라인 (44)에 의해 제거되고 한외여과막 (46)을 통해 펌핑되어, 라인 (50)에 의해 회수되는 투과물과 함께 라인 (48) 내의 농출물로서 농축된 단백질 용액을 생성한다. 농축된 단백질 용액은 분무 건조기 (52) 내로 통과되어 건조 카놀라 단백질 분리물 (54)을 제공한다.
택일적으로, 라인 (48) 내의 농축 단백질 용액은 라인 (56)에 의해 통과시켜 혼합물이 분무 건조기 (40) 내에서 건조되기 이전에 단백질 미셀 집합체와 혼합된다.
도 2을 참조하여, 감소된 피트산 함량을 갖는 카놀라 단백질 분리물의 제조를 위한 연속 공정의 모식적 흐름도가 제공된다. 카놀라 기름 씨 가루 및 수성 염화 칼슘 추출 매체는 라인 (110 및 112)에 의해 각각 블렌더 (114)에 공급되는데, 여기서 기름 씨 가루 및 수성 추출 매체는 혼합되고, 혼합물은 라인 (116)에 의해 혼합 파이프 (118)을 통과한다. 혼합 파이프 (118)에서, 기름 씨 기름은 추출되고, 수성 단백질 용액이 형성된다. 택일적으로, 카놀라 기름 씨 가루 및 수성 염화 나트륨 용액이 라인 (110 및 112) 각각에 의해 혼합 파이프 (118) 내의 상승된 온도에서 추출용 블렌더 (114)로 공급된다. 수성 단백질 용액 및 잔류하는 기름 씨 가루의 슬러리는 라인 (124)에 의해 제거되는 잔류 기름 씨 가루의 분리를 위한 데칸터 원심분리기 (122)로 라인 (120)에 의해 통과시킨다. 이후 수성 단백질 용 액을 라인 (126)에 의해 정화 조작기 (128)에 통과시키고, 여기서 수성 단백질 용액은 원심분리되고 여과되어 가루를 제거하고, 이는 라인 (130)에 의해 회수된다.
정화된 수성 단백질 용액은 라인 (132)에 의해 펌핑되어 소정 농도의 수성 단백질 용액을 제공하는 크기의 한외여과 막 (134)을 통해, 라인 (138)에 의해 제거되는 투과물과 함께 라인 (136) 내의 농축물로서 농축된 단백질 용액을 생성한다. 농축된 단백질 용액은, 라인 (142)에 의해 공급되고 소정의 희석 정도를 실현하기에 충분한 부피의 냉수와 함께 혼합 티 (140)의 입구 내로 통과된다. 얻어진 용액은 서지(surge) 탱크 (146)로, 이후 슬러지 제거기 (147)로 라인 (142)에 의해 공급된다. 라인 (148)에 의해 슬러지 제거기로부터 단백질 미셀 집합체가 제거되고 분무 건조기 (150)을 통해 통과되어 건조 카놀라 단백질 분리물 (152)을 제공한다.
슬러지 제거기 (35)로부터의 상청액은 라인 (154)에 의해 제거되고 한외여과막 (152)을 통해 펌핑되어, 라인 (160)에 의해 제거되는 투과물과 함께 라인 (158) 내의 농축물로서 농축된 단백질 용액을 생성한다. 농축된 단백질 용액은 분무 건조기 (162) 내로 통과되어 건조 카놀라 단백질 분리물 (164)을 제공한다.
택일적으로, 라인 (158) 내의 농축 단백질 용액은 라인 (166)에 의해 통과시켜 혼합물이 이후 분무 건조기 (150) 내에서 건조되기 이전에 단백질 미셀 집합체와 혼합된다.
실시예 1:
이 실시예는 카놀라 단백질 분리물의 제조를 기술한다.
상업적 카놀라 기름 씨 가루 "a" kg을, 주변온도에서 0.05 중량% 아스코르브산을 함유하는 0.1 M NaCl 또는 0.075 M CaCl2인 추출 용액 "b" 리터에 부가하고, 30분간 교반하여 "c" 중량%의 단백질 함유량을 갖는 수성 단백질 용액을 제공하였다. 모든 단백질 함량은 Leco FP528 질소 측정기 (Nitrogen Determinator)를 사용하여 결정되었다. 잔류하는 카놀라 가루가 제거되고 결과의 단백질 용액은 원심분리 및 여과에 의해 정화되어 "e" 중량%의 단백질 함유량을 갖는 여과된 수성 단백질 용액 "d" 리터를 제조하였다.
단백질 추출물 용액의 "f" 리터 분취량을 100,000 달톤의 분자량 한계를 갖는 폴리에테르 설폰 (PES) 막에서의 농축에 의해 "g" 리터의 부피로 감소시키고 이후 60℃에서 10분간 저온살균시켰다. 얻어진 저온살균된 농축된 용액은 "h" 중량%의 단백질 함량을 가졌다.
"i"℃에서의 농축 용액은 온도 "q"를 갖는 냉 RO 수 내로 "j"배 희석시켰다. 형성된 백색 혼탁물은 침전되도록 방치하였다. 상부 희석 수는 제거되고, 침전된, 점성, 점착성 집합체 (PMM)를 여과된 단백질 용액의 "k" 중량%의 수율로 용기의 바닥으로부터 회수하였다. 건조 PMM-유래 단백질은 "l" 중량% (N x 6.25) d.b의 단백질 함량을 갖는 것으로 발견되었다. 생성물은 "m(C300)"으로 명명되었다.
제거된 희석 수는 100,000 달톤의 분자량 한계를 갖는 PES 막에서의 농축에 의해 부피가 감소되고 이후 농축물을 60℃에서 10분간 저온살균시켰다. "n" 중량% 의 단백질 함량을 갖는, 저온살균된 농축 용액을 건조시켰다. 상청액으로부터 회수된 부가적 단백질과 함께, 여과된 단백질 용액의 전체적인 단백질 회수율은 "o"였다. 건조 상청액-유래 단백질은 "p" 중량% (N x 6.25) d.b의 단백질 함량을 갖는 것으로 발견되었다. 생성물은 "m(C200)"으로 명명되었다.
파라미터 "a" 내지 "q" 및 공정의 다른 문자들은 다음 표 I에서 확인된다.
표 I
파라미터, 단위 문자: m 1회 AL022-J07-03A 2회 AL022-J30-03A 3회 AL022-L03-03A
추출용 염 용액 0.1M NaCl 0.075M CaCl2 0.075M CaCl2
kg 가루 a 15 15 15
리터 b 100 100 100
단백질 중량% c 2.16% 2.26% 2.21%
정화 용액, l d 75 102 85
여과된 단백질 중량% e 1.95% 1.56% 2.01%
분취량 단백질용액 l f 75 102 85
감소됨, l g 3.5 4 3.5
MWCO막, UF 모두 사용 Flexstand PES 100,000 Flexstand PES 100,000 Flexstand PES 100,000
단백질 중량% h 29.50% 22.0% 30.2%
UF1 농축물 온도 ℃ i 29.3 30.8 31.0
희석비 j 1:10 1:10 1:10
℃에서 물 q 2.7 4.2 3
여과 단백질용액의 중량% k 60.3% 12.6% 26.9%
C300 %N x 6.25 건조 기준 l 103.8% 102.9% 104.9%
농축 상청액 단백질 중량% n 6.77% 17.11% 15.58%
여과 단백질 용액 중량% o 76.7% 45.9% 56.7%
C200 중량%N x 6.25 건조 기준 p 95.9% 106.6% 104.7%
기타:
사용된 아스코르브산 중량% 0.05%/50g 0.05%/50g 0.05%/50g
바스켓 원심분리: 400, 이후 600-메쉬 600-메쉬 600-메쉬
필터 프레스: 2-미크론 2-미크론 2-미크론
저온살균: 예스 예스 예스
실시예 2:
본 실시예는 실시예 1에서 기술된 바와 같이 제조된 카놀라 단백질 분리물의 피트산 함량을 비교한다.
실시예 1에서 기술된 바와 같이 제조된 카놀라 단백질 분리물의 샘플을 이온교환/비색계 법으로 피트산 함량에 대해 분석하였다. 얻어진 결과는 다음 표 II 및 III에 규정되어 있다:
표 II
샘플 피트산 중량% 표준편차:
AL022-J07-03A C300 w/NaCl 1.55 0.08
AL022-J07-03A C200 w/NaCl 4.09 0.17
AL022-J07-30A C300 w/CaCl2 0.43 0.00
AL022-J07-30A C200 w/CaCl2 0.93 0.03
표 III
샘플 피트산 중량% 표준편차:
AL022-L07-03A C300 w/CaCl2 0.85 0.06
AL022-L07-03A C200 w/CaCl2 0.34 0.06
이 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 동일한 추출 조건 하에서의 염화 나트륨을 사용한 카놀라 기름 씨 가루의 추출은 염화 칼슘을 이용하여 행해진 추출과 비교하여 더 높은 피트산 함량을 유발하였다. 피트산 염 수준의 차이는 CaCl2가 사용된 때 C200 및 C300 생성물 사이에 상당한 차이가 없었다.
실시예 3:
이 실시예는 염화 나트륨 및 염화 칼슘을 이용한 카놀라 기름 씨 가루의 추출을 비교하는 실험실 규모 실험을 기술한다.
실험실-규모 실험 시리즈를 수행하였다. 이 실험에서, 15 g의 시판되는 카놀라 기름 씨 가루를 150 ml 추출 용매과 조합하여 10% w/v 추출물을 제공하였다. 혼합물을 주변온도에서 200 rpm에서 동작하는 궤도 쉐이커를 사용하여 30분간 교반시켰다. 추출 용매는 다음의 부피 비율로 조합된, 0.05 M CaCl2, 0.1 M NaCl 및 0.05 M CaCl2 및 0.1 M NaCl의 혼합물이었다:
100% CaCl2/0% NaCl
80% CaCl2/20% NaCl
60% CaCl2/40% NaCl
40% CaCl2/60% NaCl
20% CaCl2/80% NaCl
0% CaCl2/100% NaCl
추출물을 10,000g에서 10분간 원심분리하여 추출물로부터 소모된 가루를 분리시켰다. 원심분리된 추출물은 25 μm 필터 종이를 통해 여과시켰다. 여과물을 10,000g에서 20분간 원심분리하였다. 80 ml의 원심분리여과물을 분리 및 동결 건조용 0.45 μm 필터를 사용하여 시린지 여과시켰다.
정화된 추출 샘플을 Leco FP528 질소 측정기 (Nitrogen Determinator)를 사용하여 단백질 함량에 대해 분석하고, 이온 교환 HPLC (내부) 및 이온교환/비색계 법 (외부)에 의해 피트산 함량에 대해 분석하였다. 샘플을 또한 크기 배제 HPLC에 의해 단백질 프로필에 대해 분석하였다.
내부 실험실 분석 및 외부 독립 분석용 피트산 및 단백질 수준이 다음 표 IV 에 규정된다.
표 IV
샘플 단백질% 피크영역 피트산 (내부) %피트산 (외부)
100% CaCl2/0% NaCl 1.83 40005 0.02
80% CaCl2/20% NaCl 1.74 26163 0.27
60% CaCl2/40% NaCl 1.66 164598 0.33
40% CaCl2/60% NaCl 1.62 198508 0.30
20% CaCl2/80% NaCl 1.54 256245 0.89
0% CaCl2/100% NaCl 1.54 362222 2.02
표로부터 알 수 있는 바와 같이, 추출 용액 내의 염화 칼슘의 비율이 증가하면 정화된 추출 샘플 내의 피트산 수준이 낮아지고 추출 샘플 내의 단백질 수준이 높아지게 한다.
추출 샘플 내의 12S, 7S 및 2S 단백질에 대한 단백질 프로필은 다음 표 V에 규정된다:
표 V
샘플 %12S %7S %2S
100% CaCl2/0% NaCl 3.14 60.30 36.56
80% CaCl2/20% NaCl 1.91 61.23 36.86
60% CaCl2/40% NaCl 2.98 61.25 35.77
40% CaCl2/60% NaCl 1.96 62.63 35.41
20% CaCl2/80% NaCl 3.29 60.90 35.81
0% CaCl2/100% NaCl 3.19 58.83 37.97
다양한 추출 샘플의 단백질 프로필은 달랐지만, 유의성은 없다고 판단된다.
실시예 4:
이 실시예는 피트산 함량에 대한 추출 매체의 온도의 효과를 보여준다.
70℃ 미만의 온도에서 탈용매화된 카놀라 기름 씨 가루의 샘플은 주변온도 및 60℃에서 수성 염화 나트륨 용액으로 추출되었다.
35.91 중량%의 단백질 함량 및 8.95%의 수분 함량 (100℃의 오븐 내에서 3시간 후 결정됨)을 갖는 카놀라 기름 씨 가루 15g을 0.1M 수성 염화 나트륨 용액 150 ml에 부가하고 주변온도에서 220 rpm에서 Lab-Lne 회전 쉐이커 상에 30분간 두었다.
추출물을 Sorvall RC-5B 원심분리기 및 GSA 로터를 사용하여 10,000 rpm에서 원심분리시켜 수성 추출 용액으로부터 소비된 가루를 분리시켰다. 이후 추출물을 세로홈이 새겨진 필터 종이 (25 μm)를 통해 여과시켜 어떠한 잔류 입자물을 제거시켰다.
여과물을 10,000 rpm에서 20분간 원심분리시키고 이후 시린지 여과시켰다 (0.45 μm). 여과물을 동결건조시키고 샘플을 피트산 분석시켰다.
상기 가루 15 g을 0.1 M NaCl에 부가시키고, 60℃까지 예비가열시키고, 60℃에서 5분간 Thermolyne 핫플레이트/교반기 상에서 교반시킨다는 점을 제외하고, 이후 공정을 동일한 카놀라 기름 씨 가루의 또다른 샘플에 대해 반복하였다.
겉보기 단백질 추출성은 주변온도 (47.34%) 및 60℃ (46.51%)에서 추출된 가루 샘플에 대해 유사하였다.
카놀라 기름 씨 가루로부터 유래한 샘플은 피트산 함량에 대해 측정되었고 그 결과는 다음 표 VI에 규정된다:
표 VI
샘플 피트산 함량 (중량%)
주변온도 추출물 1.85
60℃ 추출물 1.61
표 VI에 규정된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 60℃에서의 추출은 추출 용액의 더 낮은 피트산 함량을 유발하였고, 이는 회수된 카놀라 단백질 분리물 내에서 피트산이 더 적어지는 것을 유발한다.
개시 내용의 요약
본 개시 내용의 요약으로서, 본발명은 추출 매체로서 수성 염화 칼슘을 사용함으로써, 및/또는 추출 단계에서 상승된 온도를 사용함으로써 감소된 피트산 함량의 기름 씨 단백질 분리물을 제공한다. 본발명의 범위 내에서 변형이 가능하다.

Claims (40)

  1. 다음의 단계를 포함하는 단백질 분리물의 제조방법:
    (a) 기름 씨 가루를 추출하여 상기 기름 씨 가루 내의 단백질의 용해를 유발하여, 기름 씨 가루로부터 단백질 용액 내로의 피트산 추출은 저해하면서 수성 단백질 용액을 형성하는 단계,
    (b) 잔류하는 기름 씨 가루로부터 수성 단백질 용액을 분리하는 단계,
    (c) 이온강도를 실질적으로 일정하게 유지하면서 수성 단백질 용액의 단백질 농도를 최소 약 50 g/l의 농도로 증가시켜 농축된 단백질 용액을 제공하는 단계,
    (d) 상기 농축된 단백질 용액을 약 15℃ 이하의 온도를 갖는 차가운 물 내로 희석하여 단백질 미셀의 형성을 유발하는 단계,
    (e) 단백질 미셀을 침전시켜 무정형, 점성, 젤라틴성 글루텐형 미셀 집합체 를 형성하는 단계 및
    (f) 건조 중량 기준으로 최소 약 90 중량% (N x 6.25)의 단백질 함량을 갖는 상청액으로부터 단백질 미셀 집합체를 분리하는 단계.
  2. 제 1항에 있어서, 피트산 추출의 상기 저해는 수성 염화 칼슘 용액으로 상기 기름 씨 가루를 추출함으로써 수행되는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 피트산 추출의 상기 저해는 상승된 온도에서 수성 염 용액 으로 상기 기름 씨 가루를 추출함으로써 수행되는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 상승된 온도는 약 45 내지 약 70℃, 바람직하게는 약 55 내지 약 65℃인 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 수성 염 용액은 염화 칼슘의 수성 용액인 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 기름 씨 가루가 카놀라 기름 씨 가루인 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 카놀라 단백질 분리물은 최소한 100 중량% (N x 6.25)의 단백질 함량을 갖는 방법.
  8. 제 6항에 있어서, 배취 모드로 수행되고, 상기 카놀라 기름 씨 가루의 추출은 최소한 약 0.05의 이온 강도 및 약 5 내지 약 6.8의 pH를 갖는 수성 염 용액을 사용하여 최소한 약 5℃의 온도에서 수행되는 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 염 용액은 약 0.1 내지 약 0.6의 이온 강도를 갖는 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 염 용액은 약 5.3 내지 약 6.2의 pH를 갖는 방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 카놀라 기름 씨 가루의 추출은 약 10 내지 약 30분간 상기 수성 염 용액을 교반함으로써 수행되는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 추출 단계 중 상기 수성 염 용액 내의 카놀라 기름 씨 가루의 농도는 약 5 내지 약 15 중량%인 방법.
  13. 제 8항에 있어서, 추출 단계로부터 얻어진 상기 단백질 용액은 약 10 내지 약 30 g/l의 단백질 농도를 갖는 방법.
  14. 제 8항에 있어서, 상기 수성 염 용액은 항산화제를 함유하는 방법.
  15. 제 6항에 있어서, 연속 기준으로 수행되고, 상기 추출 단계는 다음에 의해 수행되는 방법:
    (i) 최소한 약 0.5의 이온 강도 및 약 5 내지 약 6.8의 pH를 갖는 수성 염 용액을 카놀라 기름 씨 가루와 약 5 내지 약 65℃의 온도에서 연속적으로 혼합하고,
    (ii) 상기 카놀라 기름 씨 가루로부터 단백질을 추출하면서 상기 혼합물을 파이프를 통해 연속적으로 운반하여 약 10분까지의 시간 동안 약 5 내지 약 40 g/l의 단백질 함량을 갖는 수성 단백질 용액을 형성하는 단계.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 염 용액은 약 0.1 내지 약 0.8의 이온 강도를 갖는 방법.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 염 용액은 약 5.3 내지 약 6.2의 pH를 갖는 방법.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 혼합 단계에서 상기 수성 염 용액 내 기름 씨 가루의 농도는 약 5 내지 약 15 %w/v인 방법.
  19. 제 15항에 있어서, 상기 온도는 최소한 약 35℃인 방법.
  20. 제 15항에 있어서, 상기 수성 단백질 용액은 약 10 내지 약 30 g/l의 단백질 함량을 갖는 방법.
  21. 제 15항에 있어서, 상기 수성 염 용액은 항산화제를 함유하는 방법.
  22. 제 6항에 있어서, 잔류한 카놀라 씨 가루로부터의 수성 단백질 용액의 상기 분리 이후에, 상기 수성 염 용액은 안료 제거 단계에 처해지는 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 안료 제거 단계는 수성 단백질 용액의 정용여과에 의해 수행되는 방법.
  24. 제 22항에 있어서, 상기 안료 제거 단계는 안료 흡착제를 수성 단백질 용액과 혼합하고 연이어 수성 단백질 용액으로부터 안료 흡착제를 제거함으로써 수행되는 방법.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 안료 흡착제가 분말 활성 탄소인 방법.
  26. 제 6항에 있어서, 상기 농축 단계는 최소한 약 200 g/l의 단백질 농도를 갖는 농축 단백질 용액을 생성하기 위한 한외여과에 의해 수행되는 방법.
  27. 제 6항에 있어서, 상기 농축 단백질 용액은 추출 단계에 사용된 동일한 이온강도를 갖는 수성 염 용액을 사용하여 정용여과에 처해지는 방법.
  28. 제 27항에 있어서, 상기 정용여과는 약 2 내지 약 20 배의 정용여과 용액에 의해 수행되는 방법.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 정용여과는 약 5 내지 약 10 배의 정용여과 용액에 의해 수행되는 방법.
  30. 제 27항에 있어서, 상기 정용여과의 최소한 일부분은 항산화제의 존재하에서 수행되는 방법.
  31. 제 6항에 있어서, 상기 농축 단백질 용액은 색상 제어 단계에 처해지는 방법.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 색상 제거 단계는 과립화 활성 탄소 또는 폴리비닐피롤리돈을 사용하여 수행되는 방법.
  33. 제 6항에 있어서, 상기 농축 단백질 용액은 저온살균 단계에 처해지는 방법.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 저온살균 단계는 농축 단백질 용액을 약 55 내지 약 70℃의 온도까지 약 10 내지 약 15분 동안 가열시켜 수행하는 방법.
  35. 제 6항에 있어서, 최소한 약 90 중량%의 단백질 함량을 갖는 부가적 카놀라 단백질 분리물이 상청액으로부터 회수되는 방법.
  36. 제 35항에 있어서, 상기 부가적 카놀라 단백질 분리물이 최소한 약 100 중량%의 단백질 함량을 갖는 방법.
  37. 제 35항에 있어서, 상기 부가적 카놀라 단백질 분리물이 약 100 내지 약 400 g/l의 단백질 농도까지 상청액을 농축하고 이후 농축 용액을 건조시켜 얻어지는 방법.
  38. 제 37항에 있어서, 상기 상청액은 약 200 내지 약 300 g/l의 단백질 농도까지 농축되는 방법.
  39. 제 37항에 있어서, 상기 농축 단백질 용액은 정용여과에 처해지는 방법.
  40. 제 39항에 있어서, 항산화제가 상기 정용여과 단계 중 존재하는 방법.
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