KR20240006521A - 수용성 식물성 단백질, 이의 제조 방법, 및 이의 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 5 kDa 초과 75 kDa 미만의 분자량을 갖고 단백질 함유 식물 부분으로 만들어진 저분자량 수용성 식물성 단백질에 관한 것으로, a) 60 내지 95 중량%의 단백질 함량; b) 4 내지 8%의 수분 함량; c) 1700 내지 3100 ml의 거품 부피; d) 80 내지 100%의 거품 안정성; 및 e) 물에 대한 100%의 제품 용해도 (pH 7 내지 pH 9)를 포함한다. 본 발명은 또한 이의 제조 방법에 관한 것으로, a) 식물 부분 및 물로 만들어진 식물 부분 펄프를 제조하고; 식물 펄프를 전분 및 섬유질과, 수용액(주스)으로 기계적으로 분리하는 단계; b) 주스를 64 내지 70 °C의 온도에서 열 응고시킨 이후, 분자량이 75 kDa를 초과하는 응고된 단백질을 기계적으로 분리하는 단계; c) 피테이트 감소 공정을 수행하여 피테이트가 감소된 수용성 저분자량 단배질 분획을 수득하는 단계; d) 피테이트를 분리하는 단계; e) 선택적으로, 나노여과 공정을 수행하는 단계; 및 f) 컷오프가 5 내지 50 kDa인 한외여과 막을 이용하여 나노여과 잔류물 또는 피테이트 감소 여액에 대해 한외여과 공정을 수행하여 한외여과 잔류물을 제조하는 단계; 물을 이용하여 한외여과 잔류물에 대한 정용여과 공정을 수행하고, 선택적으로 한외여과 잔류물을 저온살균하고 선택적으로 한외여과 잔류물을 건조시키는 단계를 갖는다.

Description

수용성 식물성 단백질, 이의 제조 방법, 및 이의 용도

본 발명은 5 kDa 초과 75 kDa 미만, 바람직하게는 7 kDa 초과 70 kDa 미만, 특히 바람직하게는 10 kDa 초과 68 kDa 미만의 분자량(SDS-PAGE 1차 구조에 따름)을 갖는 수용성 식물성 단백질; 및 이의 제조 방법 및 이의 용도에 관한 것이다. 본 출원의 맥락에서, 단백질은 특히 다양한 개별 단백질들을 포함하는 단백질 혼합물로 지칭된다.

본 명세서에서 완두(pea) 단백질로 예시된 식물성 단백질의 추출은 현재까지 비교적 간단한 공정을 이용하여 수행되어 왔다. 완두 단백질은 완두 과실수(fruit water)로부터 분리되는데, 여기서 열 처리는 물에 용해되는 단백질을 변성시켜 이들의 기능성 및 용해도를 급격히 감소시킨다. 완두 과실수 중의 용해성 단백질은, 예를 들어 동물 사료를 위한, 식물성 단백질 생산, 예를 들어, 콩, 귀리, 루핀 및 완두 단백질 생산의 부산물로서 생산된다. 사이드 스트림(side stream), 즉 75 kDa 미만의 분자량을 갖는 열 응집되지 않은(thermally non-coagulated) 작은 단백질, 염(salt), 당(sugar), 펩타이드 등은 현재 높은 에너지 투입으로 농축되어 동물 사료로서 판매되고 있지만 부가가치가 높은 귀중한 성분을 함유하고 있다.

더 높은 분자량의 열 응고된 단백질은 물 용해도 및 유제(emulsion) 형성과 관련하여 기능성이 크게 손실되는데, 즉 더 이상 물에 용해되지 않거나 거의 용해되지 않으며, 물에 덜 결합하고 거품(foam)을 형성하는 능력이 감소된다. 더 작은 단백질은 온도에 덜 민감한 것으로 나타났다.

오늘날 식품 생산에서의 응용에 요구되는 단백질 기능성(예를 들어, 100% 용해도, 높은 유화성(emulsifiability), 거품 형성 능력 및 거품 안정성)을 달성하기 위해서는, 이전의 광범위한 열 변성을 방지하여 단백질의 기능성의 손실(즉, 또한 물 용해도의 부족)을 방지하기 위해 특별한 단백질이 필요하다.

현재까지, 완두 단백질과 같이 분자량이 75 kDa 미만이고 완전히 수용성인 고-기능성 식물성 단백질(plant protein)은 시중에 나와 있지 않다.

완두 과실수의 기술적인 처리는 문헌에 설명되어 있다. 예를 들어, 공보(W02008049385A1)와 이의 조사 보고서에 인용된 인쇄물에는 막(membrane) 기술이 완두 단백질 회수 및 분획화에 적합하다고 이미 나와 있지만 그 당시에는 산업적 생산에 너무 많은 비용이 들었다. 그러나, 당시에는 막 기술이 아직 덜 발달해 고가의 분리 방법으로 여겨졌다. 이는, 원심분리 및 후속하는 한외여과에 의한 완두 단백질의 회수를 다루는 논문("Pilot scale recovery of proteins from a pea whey discharge by ultrafiltration" (Lei (Leigh) Gao, Khai D. Nguyen and Alphonsus C. Utioh, Food Science and technology, vol 34, pp. 149-158, 2001))에서 볼 수 있듯이 이제 변경되었다. 특히 수용성 분획으로부터, 콩과식물 단백질을 얻기 위한 또 다른 방법이 공보(US 4766204)에 설명되어 있다.

식물성 단백질이 우리의 일상 식단에서 점점 더 중요해짐에 따라, 그 중요도도 점점 더 커지고 있다. 무엇보다도, GMO가 없고 알러지 유발 물질이 없는 제품에 대한 수요가 전 세계적으로 증가하고 있고 완두가 상대적으로 성장에 문제가 없기 때문에, 본 발명이 후술되는 근거가 되는 완두 단백질이 점점 더 중요 해지고 있다. 또한, 완두 단백질은 중요한 영양, 기능 및 가공의 이점을 제공한다.

그러나, 생산 방법은 다른 고-기능성 식물성 단백질, 특히 콩과식물의 단백질에도 이용될 수 있으며 완두에만 국한되지는 않는다. 이하에서, 단백질은 특히 다양한 개별 단백질들을 포함하는 단백질 혼합물로 지칭된다.

본 발명의 목적은, 특히 완두로부터의, 식물 과실수에 존재하는 수용성 고품질 단백질 중 분자량이 75 kDa 미만인 단백질 분획의 기능성을 향상시키는 것이다.

전술한 목적은 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 식물성 단백질, 이의 제조방법 및 용도에 의해 달성된다. 유리한 발전은 종속항들로부터 기인한다.

본 발명에 따르면, 5 kDa 초과 75 kDa 미만, 바람직하게는 7 kDa 초과 70 kDa 미만, 특히 바람직하게는 10 kDa 초과 68 kDa 미만의 분자량을 갖고 단백질 함유 식물 부분(protein-containing plant parts)으로부터 제조되는 저분자량 수용성 식물성 단백질이 수득되고, 이는 다음을 포함한다:

a) 60 내지 95 중량%의 단백질 함량

b) 4 내지 8%의 수분 함량

c) 1700 내지 3100 ml의 거품 부피

d) 80 내지 100%의 거품 안정성

e) 100%의 제품 용해도 (pH 7 내지 pH 9).

본 발명은 또한 다음의 방법의 단계들을 이용하여 제조되는 저분자량 완두 단백질 분획인 단백질 혼합물의 제조 방법에 관한 것이다:

a) 완두 및 물로부터 완두 펄프(pea pulp)를 제조하고, 완두 펄프를 불용성 전분 및 섬유질과, 수용성 단백질, 펩타이드, 당, 염 및 아미노산을 함유하는 수용액(완두 과실수)으로 기계적으로 분리하는 단계;

b) 완두 과실수를 64 내지 70 °C에서 열 응고(thermally coagulating)시킨 이후, 분자량이 75 kDa를 초과하는 응고된 변성 완두 단백질을 기계적으로 분리하는 단계;

c) 피테이트(phytate) 화합물의 침전, 피테이트 흡착제에 대한 흡착 또는 효소 분해에 의해 피테이트 감소를 수행하는 단계;

d) 침전된 피테이트를 원심분리 또는 여과하여 분리함으로써 피테이트가 감소된 수용성 저분자량 단백질 분획을 수득하는 단계;

e) 선택적으로, 150 내지 300 Da, 바람직하게는 약 180 내지 220 Da의 컷오프의 막으로 원심분리 상층액의 나노여과 공정을 수행하여 단백질이 풍부한 나노여과 잔류물 및 염-함유 투과액을 수득하는 단계;

f) 공극 크기가 0.09 내지 0.14 마이크로미터인 세라믹 막 또는 컷오프가 5 내지 50 kDa, 바람직하게는 5 내지 30 kDa, 특히 바람직하게는 10 kDa인 플라스틱 한외여과 막을 이용하여 나노여과 잔류물의 한외여과 공정을 수행하여 보다 더 단백질이 풍부한 한외여과 잔류물을 제조하는 단계;

g) 물을 이용하여 한외여과 잔류물에 대한 정용여과 공정을 수행하는 단계;

h) 선택적으로, 한외여과 잔류물을 저온살균하는 단계; 및

i) 선택적으로, 한외여과 잔류물을 건조시키는 단계.

한외여과 투과액은 갈락토올리고당(galactooligosaccharide; GOS), 당 및 아미노산의 공급원으로서 하류 역삼투에 적용될 수 있고, 역삼투 투과액 중의 정제수는 공정수 또는 용수로서 재이용되거나 폐기될 수 있다.

한외여과 잔류물을 잔류물 용액의 전도도가 20 내지 80%, 바람직하게는 50 내지 75%, 특히 바람직하게는 60 내지 73% 감소될 때까지 수돗물, 공정수, 용수 또는 탈이온수를 이용하여 정용여과에 의해 세척하는 것이 본 발명에 따른 저분자량 완두 단백질의 기능에 유리한데, 이는 바람직하지 않은 맛 및 이에 수반되는 유화 능력을 저해하는 물질을 제거하기 때문이다.

본 발명에 따른 단백질은 뿌리 및 괴경 식물; 콩, 완두, 병아리콩, 렌틸콩, 대두로부터 선택되는 콩과식물 종자; 나무 열매; 다년생 및 초본 열매; 스위트그래스(sweet grasses) 및 그 열매; 및 해조류로부터 선택되는 전분 함유 식물 또는 이의 일부로부터 분리된다. 저분자량 단백질은 식품 또는 식품 첨가물의 성분으로서, 인간 또는 동물의 섭취를 위한 식이 식품 또는 식품 첨가물로서 적합하며, 유제의 형성을 지원한다.

출발 물질로서의 완두는 5 kDa 초과 75 kDa 미만 사이의 분자량을 갖는 고-기능성 및 고-순도의 수용성 식물성 단백질이다. 본 발명에 따라 완두 과실수를 가공함으로써, 원료 완두가 보다 효율적으로 이용되며, 특히 5 kDa 초과 75 kDa 미만 사이의 분자량을 갖는 작은 단백질이 거품 및 유화 거동을 방해함이 없이 또는 심지어 항영양 성분 없이 제공된다.

식물성 단백질의 거품 형성 능력(foaming capacity)은, 예를 들어 맥주에서 잘 알려져 있다. 그러나, 염 및 기타 이온 성분들이 단백질의 거품 형성 거동을 감소시키는 것으도로 알려져있다. 그러나, 예를 들어 우유 거품 또는 알 흰자 거품의 대체품으로서, 안정적인 식물성 거품을 생성할 수 있는 것이 바람직하다. 식물성 거품 형성 가능한 단백질(vegetable foamable protein)은 또한 알 흰자와 같은 동물 기원의 단백질보다 내구성이 더 좋다는 장점이 있으며, 따라서 즉석 식품(식물성 알 흰자 대체품; 식물성 거품 형성 가능한 우유 대체품, 순도 규정에 따라 양조되지 않은 맥주에 첨가 등)의 건조 혼합물에서 특히 흥미롭다. 특히, 알러지 환자들뿐만 아니라 채식주의자들에게도 수요가 높다. 또한, 이는 유화제(emulsifier)로서 매우 적합하며, 또한 5 °C 내지 65 °C 사이에서 가공될 수 있고 실온에서 적어도 1년 동안 보관될 수 있는 유화제 및 거품 형성제로서 그리고 동물성 단백질의 대체품으로서도 매우 적합하다.

이하에서, 본 발명은 도면뿐만 아니라 예시적인 실시 예들에 의해 설명되며, 본 발명은 결코 이에 국한되지는 않는다.
도 1a는 (선택적) 나노여과를 이용하는 방법 다이어그램을 나타낸다.
도 1b는 나노여과가 없는 방법 다이어그램을 나타낸다.
도 2는 저분자량 완두 단백질 및 표준 물질의 HPLC 크로마토그램을 나타낸다.
도 3은 정용여과된 그리고 정용여과되지 않은 저분자량 완두 단백질의 HPLC 크로마토그램을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 완두 단백질의 2개의 배치들의 SDS-PAGE 겔을 나타낸다.

본 발명에 따른 완두 단백질의 제조

완두로부터 얻어지는 주요 성분들은 전분, 섬유질 및 단백질이다. 이를 위해, 건조된 완두 또는 신선한 완두를 분쇄하고, 완두 가루 또는 완두죽을 물(수돗물 또는 탈이온수)과 혼합한다. 이 매쉬(mash)를 기계적 액체/고체 분리기, 예를 들어 디캔터(decanter)를 이용하여 공지된 방식으로(예를 들어, 공보(W02008049385A1) 참조) 수불용성 전분-섬유질 분획 및 단백질이 풍부한 과실수로 분리한다. 기계적 액체/고체 분리기로부터의 단백질 함유 액체를 64°C 내지 70°C 사이의 온도로 가열하여, 온도에 민감한 더 큰 단백질을 열 응고에 의해 응집시킨다. 응집되고 열 변성된 단백질을 추가의 액체/고체 분리 장치, 예를 들어 추가의 디캔터를 이용하여 분리하여, 저분자량 단백질, 아미노산, 당 및 작은 펩타이드의 수용액을 생성하며, 이는 이하에서 저분자량 단백질 용액이라고 한다. 이러한 단계들은 예를 들어 공보(WO2008049385A1)에서 알려져 있다.

이하에서, 기계적 분리 장치로서 디캔터를 이용하여 본 발명에 따른 저분자량 단백질 수용액의 추가적인 가공을 더욱 상세히 설명할 것이지만, 분리 장치가 이에 국한되는 것은 아니다.

수용성 단백질, 일부 수불용성 현탁 경질 성분, 예를 들어 다양한 콜로이드 및 작은 단백질, 펩타이드, 당, 뉴클레오타이드 및 염은 저분자량 단백질 수용액(예를 들어, 디캔터 오버플로우로부터)에 남아있다. 이 분획은 지금까지 특별한 단백질 분획을 위한 단백질 공급원으로 이용되지 않았고 가축 사료에 이용되었다. 이 저분자량 단백질 수용액은 또한 여전히 예를 들어 PAb1 과 같은 항영양성 단백질 성분뿐만 아니라 바람직하지 않은 당 및 GOS를 갖는다. 이는 거품을 낼 수는 있지만, 거품의 질은 향상될 수 있다. 이러한 단백질 혼합물의 유화성 및 맛도 개선될 수 있다.

막 기술을 이용하여 기능성 수용성 완두 단백질을 얻기 위해, 이러한 용해되지 않은 성분들은 첨부된 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 추가의 기계적 분리 공정, 예를 들어 원심분리에 의해 분리될 수 있다. 이 경우, 나노여과의 성능은 선택 사항이다. 나머지 액체, 예를 들어 원심분리기 오버플로우는 150 내지 300 Da, 바람직하게는 180 내지 220 Da의 컷오프로 교차 흐름 나노여과에 적용될 수 있다. 원하는 저분자량 단백질-또는 보다 간단하게 전분/섬유질 분리로부터의 원심분리기 오버플로우-를 포함하는 나노여과 잔류물은, 예를 들어 공극 크기가 0.09 내지 0.14 마이크로미터인 세라믹 막 또는 컷오프가 5 내지 50 kDa, 바람직하게는 5 내지 30 kDa, 특히 바람직하게는 10 kDa인 플라스틱 한외여과 막을 이용한 나노여과 잔류물의 한외여과(이하, UF)를 통해, 물로 세척되어 단백질이 풍부한 한외여과 잔류물이 생성되고, 이는 20 내지 80%, 바람직하게는 50 내지 75%, 특히 바람직하게는 60 내지 73%의 전도도 감소까지 정용여과되며, 이후 추가로 가공되고 선택적으로 저온살균 및 건조된다. 막 제조업체의 컷오프 사양에도 불구하고 UF 막이 원하는 단백질에 적합한 지 여부를 확인해야 하며, 적절한 컷오프 사양에도 불구하고 모든 UF 막이 저분자량 단백질을 사실상 분리하고 염, 펩타이드, 당 및 GOS를 투과시키는 데 적합한 것은 아니다. 예를 들어 2가 이온(칼슘 또는 이와 유사한 것)을 이용한 침전 또는 수지와 같은 흡착제에 대한 흡착 또는 효소 분해에 의해, 단백질 용액 중의 피테이트를 감소시키는 것이 유용할 수 있다. 본 발명의 맥락에서 피테이트의 부정적인 영향 및 그에 따른 피테이트의 분리는 잘 알려져 있으며, 전문이 참조되는 2017년 11월 29일자 Bad Neuenahr에서 열린 국제 피테이트 회의에서 자세히 설명되었다.

본 발명에 따른 UF 잔류물은 식품 혼합물의 용액으로서 직접 가공될 수 있지만, 건조된 이후 분말로서 시판될 수도 있다. 특히 동결 건조, 분무 건조, 필름 건조, 유동층 건조 등과 같은 부드러운 건조 공정이 이러한 목적에 적합하다.

저분자량 단백질은 우유, 달걀 흰자 또는 크림의 대체품으로서 이용될 수 있으며, 지방 함량이 낮아 이들보다 더 내구성이 뛰어나고 높은 온도에서 보관될 수 있다. 겔화(gelling)되지 않아 액체의 제조에 유리하고, 1 중량% 미만의 탄수화물로 걸쭉해짐이 없이 단백질 강화를 가능하게 한다.

분석 특성화

분석 방법:

수분 측정:

· 장치: 표면 건조기 (건조 온도 105 ° C 2단계)

단백질 함량:

· Kjeldahl (Nx6.25), DIN EN ISO 3188에 따른 질소 측정

제품 용해도:

· 계량: 탈염 H₂O 40 g + 제품 0.5 g

· 교반 시간: 1 시간

· 메스 플라스크에 최대 50 mL를 채움

· 2770 xg에서 30분 동안 원심분리

· Whatmann 필터(1 번)(11 마이크로 미터 공극 크기의 종이 필터)를 통한 여과

· 유리 접시에 20 내지 25 g의 여액을 계량

· 건조 오븐에서 100 °C에서 24 시간 동안 건조

단백질 용해도:

· 제품 용해도 참조

· Kjeldahl (Nx6.25), DIN EN ISO 3188에 따른 여액의 질소 함량 측정

· 계량: 약 6 g의 여액

회분:

· 계량 : 약 1g의 제품

· 전자레인지: MAS 7000

· 회화(ashing) 온도: 550 °C

· 회화 시간: 60분

거품 활성 및 안정성:

· 제품5 g을 탈염된 H₂O 95 g에 용해

· 3단계(Hobart 50-N)에서 15분 동안 휘핑(whipping)

· 거품 부피 측정 = 거품 활성, mL

· 60 분의 대기 시간 이후에 거품 부피 측정 = 거품 안정성, %

유화 능력(Emulsion capacity):

· 계량: 탈염 H₂O 80 g + 제품 10 g

· 적하 깔때기에 해바라기유 250 ml를 붓기

· 20 °C의 온도를 유지하면서 20000 rpm에서 Ultra Turrax로 교반

· 상 반전(phase inversion)될 때까지(유제가 갑자기 묽어질 때까지) 해바라기유를 계속 첨가

· 소비되지 않은 해바라기유의 부피를 측정

· 250 ml - 잔여 부피 = 소비량(해바라기유)

· 결과: 제품 10 g : 탈염 H₂O 80 g : 소비량 / 10

· 브룩필드 HAT, 스핀들 4, 20 rpm을 이용하여 점도 측정

이러한 방식으로 제조된 5 kDa 초과 75 kDa 미만의 분자량을 갖는 수용성 단백질은, 이전에 이용 가능한 우유 단백질 또는 가금류 단백질의 대체품에 비해, 높은 거품 형성 능력 및 거품 안정성뿐만 아니라 개선된 유화 능력을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 저분자량 단백질의 영양 분석은 (천연 제품에서는 변화가 불가피하지만) 다음과 같이 나타났다.

화학 실험 결과

샘플 번호: L2207754.003

샘플명: 17725 용해성 완두 단백질

아미노산 분석:

필수 아미노산에는 밑줄이 그어져 있다.

결과 +/- 확장된 측정 불확도 (95%; k=2), 샘플링은 포함되지 않음.

본 출원의 모든 %-정보는 중량%를 나타낸다. 본 출원에 언급된 E-번호는 EU에서 식품 첨가물로서 승인된 물질에 대한 E-번호가 있는 규정(EC) 번호 1333/2008의 부록 II, Part B "LIST OF ALL ADDITIVES"에 나열된 첨가물에 해당한다. 무엇보다도, 이는 전분 변형의 유형에 대한 정보를 제공한다. 또한, 날씨, 성장 계절 및 위치로 인해 이러한 식물 부분의 함량의 자연적 변동이 불가피하다는 점을 항상 고려해야 한다.

제조 방법의 예

예 1

수용성 저분자량 완두 단백질 분획을 제조하기 위해, 건조된 완두를 껍질을 벗기고, 분쇄하고, 물에 슬러리화하고, 공보(W02008049385A1)에 설명된 바와 같이 그리고 도 1a에 개략적으로 도시된 바와 같이 추가로 처리하였다. 먼저 분쇄한 완두를 물과 혼합한 이후 중력분리(원심분리)에 적용하고, 상층액을 단백질 회수를 위해 단백질이 풍부한 주스로서 더 이용하는 것을 알 수 있다. 60 내지 80 °C 사이의 온도에서 열 응고(thermal coagulation)를 수행하였고, 이후 생성된 더 큰 분자량의 변성 단백질을 중력분리에 의해 분리하였다. 피테이트뿐만 아니라 액상에 남아있는 변성 단백질을 CaCI₂의 첨가에 의해 침전시키고 이들의 중력에 의해 피테이트 슬러지로서 다시 분리하였다. 나머지 단백질 함유 액체를 나노여과를 통해 염, 당 및 GOS를 고갈시킨 이후 탈염수(demineralized water)로 한외여과 및 정용여과하였으며, 여기서 한외여과 잔류물(retentate)은 본 발명에 따라 단백질로서 회수되었고 펩타이드 및 아미노산은 여액(filtrate)에 남아 있었다(도 1a 참조).

탈이온수로의 정용여과, 80°C에서 10분간의 저온살균 및 후속하는 분무건조에 의해 전도성이 20% 감소된 중분자량 단백질을 분리한 이후 수득된 고-기능성의 저분자량 완두 단백질 분획은 다음을 나타내었다:

브룩필드 점도계(DV1MHATJO)를 이용하여 실온에서 20 rpm으로 스핀들 4를 이용하여 유제의 점도를 측정하였다.

본 발명에 따른 완두 단백질은 겔을 형성하지 않지만, 강한 유화 효과를 갖는다.

예 2

예 1에서처럼 제조된 수용성 저분자량 완두 단백질 분획을, 전도도가 72% 감소될때까지 67 °C에서 10분간 탈염수로 정용여과하고, 저온살균한 이후 분무건조하였다. 본 발명에 따른 분무건조된 완두 단백질은 다음과 같은 데이터를 나타내었다:

예 3

수용성 저분자량 완두 단백질을 제조하기 위해, 예 1에 설명된 바와 같이 건조된 완두를 껍질을 벗기고, 분쇄하고, 물에 슬러리화한 이후 추가로 처리하였다. 중력분리의 상층액을 단백질 회수를위한 단백질이 풍부한 주스로 더 이용하였다. 액상에 남아있는 피테이트를 염화칼슘과 같은 침전제의 첨가에 의해 침전시키고, 이들의 중력에 의해 피테이트 슬러지로서 다시 분리하였다. 나머지 단백질 함유 액체를 Koch Membrane Solutions의 Sani-Pro MFK-618 막으로 한외여과하고, 한외여과 잔류물의 전도도가 한외여과 공급물의 단지 30 %가 될 때까지 수돗물로 여러 번 정용여과하였다. 펩타이드, 아미노산, 염, 당 및 GOS를 잔류물로부터 세척하고 본 발명에 따른 단백질을 한외여과 잔류물에서 회수하였다. 수용성 저분자량 완두 단백질 분획을 67 °C에서 10분간 탈염수로 정용여과하여 전도도를 67% 감소시키고, 저온살균한 이후 분무건조하였다. 본 발명에 따른 완두 단백질은 다음과 같은 데이터를 나타내었다:

예 3의 방법을 도 1b에 나타내었다. 예 1에 비해, 물에 대한 단백질 용해도뿐만 아니라 거품 안정성 및 회분 함량에 미치는 보다 긴 정용여과의 영향을 명확히 알 수 있다.

예 4

저분자량 수용성 단백질을 Knauer의 HPLC를 이용하여 분석하였다. 컬럼으로는 Waters의 3.5 um HPLC Xbridge BEH SEC 200A를 이용하였고, pH 7에서 0.02 M Na₂HPO₄/NaH₂PO₄ 수용액으로 용출하였다. 표준으로는 Sigma-Aldrich의 다음을 이용하였다:

670 kDa - 티로글로불린

150 kDa - 감마글로불린

44.3 kDa - 난알부민

13.74 kDa - 리보뉴클레아제 A

214 nm에서의 UV 흡수가 검출에 이용되었다. 측정된 HPLC 크로마토그램이 도 2에 도시되었다. 표준 단백질은 티로글로불린의 경우 18.84 분에; 감마글로불린의 경우 14.12 분에; 난알부민의 경우 15.74 분에; 리보뉴클레아제의 경우 18.93 분에 상대적으로 날카로운 피크로서 표시되었다. 본 발명에 따른 단백질의 크로마토그램을 표준의 크로마토그램과 비교하였다. 상이한 단백질 분획들을 명확하게 볼 수 있으며, 여기서 작은 단백질들이 우세하다.

도 3에서, 동일한 조건(동일한 HPLC 어셈블리) 하에서 단백질 크로마토그램에 대한 정용여과의 영향을 분석하였다. 정용여과가 20 내지 25 분의 범위에서 피크를 제거했다는 것을 분명히 알 수 있다.

부피 분포의 평가는 본 발명에 따른 완두 단백질 및 단백질 표준 모두에 대해 이들의 상대적 피크 비율이 상이한 검출기 파장에서도 변화하지 않았음을 보여주었다. 따라서, 부피 분포에 대한 반-정량적(semi-quantitative) 설명과 부피 분포로부터 이들의 몰 질량에 이르는 결론이 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 완두 단백질에서 단백질의 부피는 분자량에 반-정량적으로 할당될 수 있다.

본 발명에 따른 완두 단백질의 몰 질량 및 체류 시간:

HPLC에서 몰 질량이 0.053 내지 23.5 kDa인 저분자량 단백질이 우세하고, 23.5 내지 66.8 kDa의 몰 질량을 갖는 단백질이 그 다음이었다는 것이 분명하였다. 주목할만한 양의 단백질은 이제 121.1 내지 595 kDa의 분자량으로만 존재한다.

예 3에 따른 분무건조된 저분자량 단백질을 용출 완충액에 용해시킨 이후 HPLC를 통해 분리하여 표준(높고 좁은 피크)과 비교하였다. 결과적으로, 약 12 kDa의 단백질의 부피는 약 20 내지 150 kDa 사이의 단백질의 부피보다 크고, 본질적으로 670 kDa 를 초과하는 단백질은 발견되지 않았다. 정용여과가 HPLC 단백질 크로마토그램에 미치는 영향도 분석되었다(도 3). 20 분 초과의 체류 시간을 갖는 작은 펩타이드 및 기타의 작은 분자는 정용여과에 의해 효과적으로 분리되는 것으로 밝혀졌다.

본 발명에 따른 저분자량 단백질은 또한 SDS-겔 크로마토그래피에 의해 분석되었다(도 4 참조). 이 방법의 선택성을 명확하게 볼 수 있는데, 이는 분자량이 75 kDa 를 초과하는 더 큰 단백질이 더 이상 존재하지 않음을 의미한다. 또한, 약 15 kDa, 약 40 kDa 및 약 66 kDa의 범위에서 3개의 가장 강렬한 밴드가 보인다. 두 가지 방법들은, 측정 방법들에서 단백질이 상이하게 변성되기 때문에, 평균 분자량과 관련하여 비교될 수 없다. 그럼에도 불구하고, 두 방법들 모두는 세 가지 단백질이 단백질 혼합물의 주요 성분임을 보여준다.

본 발명에 따른 수용성 단백질의 가능한 용도를 보여주는 추가적인 응용 예들이 아래에 제시되어 있으며, 추가적인 응용들은 당업자에게 자명하다.

육류 대체품의 영역에서, 예 2 및 예 3에 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 완두 단백질은, 점도의 증가 없이 육류와 같은 질감을 달성하여, 단백질 강화에 이용될 수 있는 퍼질 수 있는 덩어리(spreadable mass)를 초래한다. 변성 완두 글로불린(후속 세척 및 분무건조가 있는 예 1의 열 응고 이후 중간체로서 수득된 더 큰 분자량의 변성 단백질)과 조합하면, 예를 들어 비건 소시지에 대해, 단단한 질감을 얻을 수 있다. 우유, 우유 대체품 및 기타 음료 영역에서, 기분 좋은 식감을 위해 높은 용해도, 거품 형성 및 유화 특성이 유리하다. 또한, 가열하여도 점도가 형성되지 않으므로 단백질 농축에도 이용할 수 있다. 달걀 흰자가 일반적으로 이용되는 구운 제품과 제과류에서는 강한 거품이 종종 요구된다. 본 발명에 따른 완두 단백질은 비건 제품이 생산될 수 있도록 달걀 단백질을 대체할 수 있다. 그러나, 공보(DE 102006050619 B4)에 따라 EMSLAND STRKE 에 의해 EMRPO E86으로서 제조된 중분자량 단백질인 변성 완두 글로불린은 쓴 완두 맛을 갖는데, 이는 본 발명에 따른 완두 단백질에 의해 중화되기 때문에, 맛은 모든 영역들에서 큰 이점이다.

예 5 - 비건 소시지

완두 단백질 혼합물 12 g, 차전자피 6 g, 향신료, 착향료 및 착색료 5.5 g 과 하이드로콜로이드 1 g을 혼합한 이후 63 g의 물로 반죽하였다. 이 혼합물에 분쇄된 완두 단백질 슈니첼(Schnetzel) 12 g을 첨가하고 잘 혼합하여, 혼합물을 소시지 케이싱에 채워 넣었다. 생성된 비건 소시지를 컨벡션 오븐에서 30% 미만으로 1시간 동안 90°C에서 가열한 이후 냉각하였다. 본 발명에 따른 예 2의 완두 단백질을 단백질 강화, 질감화 및 맛 증진에 이용하여 육류와 같은 맛, 질감 및 외관의 성형체를 얻었다.

본 발명에 따른 단백질은 육류 및 유제품 대체품에서 특히 바람직하지 않은 단백질 혼합물 중의 변성 완두 글로불린의 쓴 완두 맛을 중화시키며, 따라서 본 발명에 따른 소시지는 이전의 육류 제품에 비해 긍정적으로 두드러진다.

예 6 - 비건 민스 - 퍼질 수 있는 제품을 위한 기본 재료

예 5에서처럼 비건 민스(vegan mince)를 제조하였다. 본 발명에 따른 예 2의 저점도 완두 단백질은 육류와 같은 맛을 지닌 비건 민스로서 퍼질 수 있는 덩어리를 제조할 수 있게끔 하였다. 변성 완두 글로불린과 비교하면, 90°C에서 가열했을 때 본 발명에 따른 완두 단백질을 이용하여 생산하는 동안 점도 또는 겔화가 형성되지 않으며, 이는, 예를 들어 스프레드(spread)용으로, 퍼짐성을 유지한다는 것을 의미한다.

필요한 경우, 비건 지방 입자들이 10 내지 20 %의 용량으로 비건 민스에 첨가될 수도 있다. 비건 지방 입자들은 57.7 %의 물, 21.8 %의 코코넛 지방(용융점 27 °C), 18.3 %의 E1440 - 완두 전분 및 2.2 %의 E1450 - 감자 전분의 조합으로부터 제조될 수 있다.

Thermomix®에서 준비; 반시계 방향 칼날, 버터플라이 믹서 없음.

1. 건조 성분을 혼합

2. 물과 지방을 Thermomix®라고 불리는 가열 가능한 식품 가공기로 옮기고, 속도를 ~ 2.5로 설정하고, 최대 55 °C로 가열

3. 속도를 4로 설정한 이후, 교반하면서 건조 혼합물을 천천히 첨가

4. 속도를 3.5로 설정하고, 온도를 95°C로 설정

5. 80 °C의 온도에 도달한 이후, -5 °C로 설정

6. 5분간 온도를 유지

7. 제품을 형성

예 7 - 비건 아이스크림

- 모든 건조 성분들을 혼합

- Thermomix®TM6 교반 용기에 물 붓기

- 교반(4단계)하면서 물에 건조 성분들을 첨가

- 전자레인지에서 포도당 시럽을 약간 가열

- 소스 냄비에서 코코넛 지방 녹이기

- 코코넛 지방을 포도당 시럽과 혼합하고 교반(4단계)하면서 첨가한 이후 1분간 교반

- 속도를 3.5로 설정하고; 90 °C로 가열하고 10 분 동안 온도를 유지

- 수조에서 냉각(적어도 15 °C)

- 향료 첨가

- 냉장고에 밤새 보관

- 아이스크림 제조기(Telme - Gel 9 Gelatiera)를 이용하여 아이스크림으로 가공

그 결과는 중립적인 맛의 크림 같은 비건 아이스크림이었다.

예 8 - 얇게 썰 수 있는 비건 모조 치즈 / 피자 토핑

- 모든 건조 성분들을 혼합

- 물과 지방을 스토브로 옮기고 지방을 녹이기 위해 50 °C로 가열

- 치즈 향을 첨가하고 혼합물에 용해(20)

- 건조 혼합물을 첨가하고 80 내지 85 °C로 가열, 5 분 동안 유지

- 금형에 붓고 6 내지 8 °C에서 냉각

본 발명에 따른 완두 단백질은 변성 완두 글로불린의 쓴 맛을 중화시키고 단백질 함량을 증가시켰다.

예 9 - 흔들 준비가 된(Ready-to-Shake) 단백질 음료

- 건조 성분들을 혼합

- 30g의 분말과 300 ml의 ALPRO 아몬드 음료(유화제가있는 아몬드 2.3 %) 또는 귀리 음료(유화제가 없는 귀리 8.7 %)를 혼합

- 30초 동안 흔들기

높은 제품 용해도, 유화성 및 낮은 점도로 인해, 본 발명에 따른 완두 단백질은 변성 완두 글로불린만으로 제조된 음료와 비교하여, 매우 부드러운 식감 및 거품 같은 질감을 갖는 흔들 준비가 된 단백질 음료를 제조하는데 이용되었다.

예 10 - 클린 라벨 샐러드(Clean Label Salad) 크림 50% 오일

- 단백질과 전분을 혼합

- 식초와 겨자를 혼합

- 물에 당 및 염을 혼합

- 단백질-전분 혼합물을 오일의 2배량으로, 1분, 3000rpm으로 분산

- 천천히 나머지 오일을 추가하고 분산, 3000 rpm

- 다른 모든 성분들을 첨가

- 유화, 3000rpm, 1 내지 2분

그 결과는 지방 액적의 분포가 매우 미세하고 이러한 방식으로 제조된 유제의 안정성이 높은 점성 소스였다.

예 11 - 비건 머랭의 달걀 흰자 대체품

소량의 단백질을 이용하여, 강력하면서도 매우 미세한 거품과 높은 광택이 구운 제품에서 이루어졌다. 이를 위해, 예 2에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 저분자량 식물성 단백질로부터 1.5% 용액을 제조하였다. 이러한 방식으로 제조된 39.9% 단백질 용액(0.6% 식물성 단백질에 해당)을 59.9% 당과 0.20% 잔탄으로 휘핑하였다. 그 결과는, 공기가 잘 통하는 비건 머랭을 만들 수 있는, 100 °C에서 1 시간 동안 또는 80 °C에서 4 시간 동안 오븐에서 구워 질 수있는 알 흰자 같은 거품이었다.

예 12 - 비건 마시멜로

동물성 단백질은 수십 년 동안 마시멜로를 만드는 데 이용되어 왔다. 본 발명에 따른 완두 단백질의 강한 거품 형성으로 인해 인해 비건 마시멜로가 제조될 수 있다. 이를 위해, 예 2의 발명에 따른 저분자량 식물성 단백질 2 g을 물 3 g에 용해시킨 후 50°C에서 30분간 방치하였다. 43.5 g의 당, 42 g의 포도당 시럽(D.E. 40 - 44), 2.5 g의 75% 완두 전분 E1440 및 25% 왁스성 감자 전분 E1442, 7 g의 물로부터 현탁액을 제조하였다. 이 현탁액을 88%의 건조 물질 함량까지 졸였다. 조리 이후, 예 2에 따른 발명에 따른 완두 단백질을 교반하면서 첨가하였다. 이후, 이 혼합물을 휘핑하고 압출하였다.

단백질 용액과 조리된 현탁액을 혼합하는 대신, 두 용액들을 인발기의 혼합 헤드에 결합한 다음 그 안에서 공기 공급/휘핑할 수 있다.

마시멜로는 동물의 알과 젤라틴으로 만든 거품 제품처럼 탄력 있는 질감을 가졌고 씹을 수 있었다.

비록 본 발명이 예시적인 실시 예들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 예시적인 실시 예들은 결코 본 발명의 모든 가능한 형태들을 설명하는 것으로 의도되지 않는다. 대신, 상세한 설명에서 이용된 단어들은 본질적으로 제한적이기보다는 설명적이며, 물론, 당업자들에게 익숙한 대등한 수정들이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 포함된다. 또한, 다양한 예시적인 실시 예들의 특징들이 조합되어 본 발명의 추가적인 예시적인 실시 예들을 형성할 수 있다.

Claims (6)

1. 단백질 함유 식물 부분으로부터 제조된, 5 kDa 초과 75 kDa 미만, 바람직하게는 7 kDa 초과 70 kDa 미만, 특히 바람직하게는 10 kDa 초과 68 kDa 미만의 분자량(SDS-PAGE 1차 구조에 따름)을 갖는 저분자량 수용성 식물성 단백질로서,
   a) 60 내지 95 중량%의 단백질 함량;
   b) 4 내지 8%의 수분 함량;
   c) 1700 내지 3100 ml의 거품 부피;
   d) 80 내지 100%의 거품 안정성;
   e) 100%의 제품 용해도 (pH 7 내지 pH 9);
   를 특징으로 하는, 저분자량 수용성 식물성 단백질.
   
2. 제 1 항에 따른 단백질을 제조하는 방법으로서,
   a) 완두 및 물로부터 완두 펄프를 제조하고, 상기 완두 펄프를 불용성 전분 및 섬유질과, 수용성 단백질, 펩타이드, 당, 염 및 아미노산을 함유하는 수용액(완두 과실수)으로 기계적으로 분리하는 단계;
   b) 상기 완두 과실수를 64 내지 70 °C에서 열 응고시킨 이후, 분자량이 75 kDa를 초과하는 응고된 변성 완두 단백질을 기계적으로 분리하는 단계;
   c) 피테이트 화합물의 침전, 피테이트 흡착제에 대한 흡착 또는 효소 분해에 의해 피테이트 감소를 수행하는 단계;
   d) 침전된 피테이트를 원심분리 또는 여과하여 분리함으로써 피테이트가 감소된 수용성 저분자량 단백질 분획을 수득하는 단계;
   e) 선택적으로, 150 내지 300 Da, 바람직하게는 약 180 내지 220 Da의 컷오프의 막으로 원심분리 상층액의 나노여과 공정을 수행하여 단백질이 풍부한 나노여과 잔류물 및 염-함유 투과액을 수득하는 단계;
   f) 공극 크기가 0.09 내지 0.14 마이크로미터인 세라믹 막 또는 컷오프가 5 내지 50 kDa, 바람직하게는 5 내지 30 kDa, 특히 바람직하게는 10 kDa인 플라스틱 한외여과 막을 이용하여 나노여과 잔류물의 한외여과 공정을 수행하여 보다 더 단백질이 풍부한 한외여과 잔류물을 제조하는 단계;
   g) 물을 이용하여 한외여과 잔류물에 대한 정용여과 공정을 수행하는 단계;
   h) 선택적으로, 한외여과 잔류물을 저온살균하는 단계; 및
   i) 선택적으로, 한외여과 잔류물을 건조시키는 단계;
   에 의해 수득될 수 있는 저분자량 완두 단백질 분획인,
   방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   한외여과 잔류물은, 잔류물 용액의 전도도가 20 내지 80%, 바람직하게는 50 내지 75%, 특히 바람직하게는 60 내지 73% 감소될 때까지, 수돗물, 용수 또는 공정수 또는 탈이온수를 이용하여 정용여과에 의해 세척되는,
   방법.
   
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   1 내지 10분의 유지 시간 동안 65 내지 100°C에서 저온살균하는,
   방법.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 따른 단백질로서,
   상기 전분 함유 식물 부분은, 뿌리 및 괴경 식물; 콩, 완두, 병아리콩, 렌틸콩, 대두로부터 선택되는 콩과식물 종자; 나무 열매; 다년생 및 초본 열매; 스위트그래스 및 그 열매, 및 해조류로부터 선택되는,
   단백질.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 따른 단백질로서, 식품 또는 식품 첨가물의 성분, 인간 또는 동물의 섭취를 위한 식이 식품 또는 식품 첨가물인,
   단백질.