PL170548B1 - Sposób zmniejszania zawartosci fosforo- i zelazonosnych skladnikóww olejach roslinnych i zwierzecych PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób zmniejszania zawartosci fosforo- i zelazonosnych skladników w olejach roslinnych i zwierzecych, droga enzymatycznego rozpadu za pomoca fosfolipazy, znam ien- ny tym, ze olej roslinny lub zwierzecy o zawartosci fosforu 50 - 250 ppm traktuje sie wobec odczynu o wartosci pH = 4 - 6 za pomoca zemulgowanego na drobne kropelki, wodnego roztworu fosfolipazy A 1 , A2 lub B az do osiagniecia zawartosci fosforu ponizej 10 ppm i te faze wodna oddziela sie od traktowanego oleju. PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zmniejszania zawartości fosforo- i żelazonośnych składników w olejach roślinnych i zwierzęcych, korzystnie we wstępnie odśluzowanych olejach, drogą enzymatycznego rozpadu za pomocą fosfolipazy.

Surowy olej sojowy i inne surowe oleje roślinne poddaje się wstępnemu odśluzowywaniu, podczas którego usuwa się fosfatydy, takie jak lecytyna, i inne hydrofilowe składniki uboczne. Jeśli zachodzi to na drodze ekstrahowania wodą, to nazywa się to też odśluzowywaniem na mokro. W przypadku tej obróbki w oleju pozostaje część fosfatydów, które obejmuje się zbiorczym pojęciem nie hydratowalnych fosfatydów (NHP). W celu wytwarzania olejów jadalnych niezbędne jest usunięcie tej zawartości; wedle panującego przekonania zawartość fosforu nie powinna przewyższać 5 ppm (porównaj Hermann Pardun, Die Pflanzenlecithine, wyd. Verlag fur chemische Industrie H. Ziolkowsky KG, Augsburg, 1988, strony 181 - 194).

Te NHP powstają wskutek działania enzymów swoistych dla rośliny. Inaktywuje się je podczas sposobu-Alcon przez traktowanie parą płatków sojowych, tak więc przerywa się

170 548 tworzenie tych NHP i w przypadku odśluzowywania na mokro oleju surowego można ten udział fosfatydów niemal całkowicie usunąć.

Ze wstępnie odśluzowanego oleju można za pomocą wodnych roztworów substancji powierzchniowo czynnej wyekstrahować znaczną część tych NHP, jednakże z reguły nie dochodzi się do zawartości poniżej 30 ppm. Skuteczniejsza jest obróbka kwasami lub alkaliami, wymaga jednak wielu etapów postępowania.

Znane jest traktowanie olejów roślinnych i zwierzęcych enzymami, wskutek czego składniki rozszczepialne enzymatycznie powinny rozpadać się na łatwe do ekstrahowania substancje rozpuszczalne w wodzie. I tak według opisu patentowego DE nr 1617001 tłuszcze do wytwarzania mydła odwadnia się za pomocą enzymów proteolitycznych. W celu klarowania olejów roślinnych zgodnie z opisem patentowym GB nr 1440462 stosuje się enzymy amylolityczne i pektolityczne. Według opisu zgłoszenia patentowego EP nr 70269 zwierzęce lub roślinne tłuszcze lub oleje w stanie surowym, półprzetworzonym lub rafinowanym traktuje się jednym lub wieloma enzymami, aby rozszczepić i oddzielić wszystkie składniki, które nie są glicerydami. Jako odpowiednie enzymy wspomina się fosfatazy, pektynazy, celulazy, amylazy i proteazy. Jako przykład fosfatazy podaje się fosfolipazę C. Stosowanie enzymów do zupełnego odlecytynowania lub całkowitego odśluzowania, jak niekiedy nazywa się też usuwanie-NHP ze wstępnie odśluzowanych olejów, nie jest znane.

Natura tych NHP nie jest dokładnie poznana. Według Pardun’ a (cytowanego wyżej) chodzi o lizofosfatydy i kwasy fosfatydowe bądź z nich utworzone sole wapniowe i magnezowe, które powstają wskutek rozpadu fosfatydów w warunkach oddziaływania fosfolipaz swoistych dla roślin.

Z opisu JP-A 2-153997 znane jest traktowanie surowego lub wstępnie odśluzowanego oleju enzymem, wykazującym czynność fosfolipazy-A. Regulowanie wartości-pH nie jest przewidziane. W przypadku oleju sojowego początkowa zawartość fosforu plasuje się powyżej 1000 ppm, przykładowo 1300 - 2000 ppm. Dzięki znanemu sposobowi obróbki enzymatycznej zawartość fosforu nie zmniejsza się wystarczająco; dla przykładu z 1410 ppm do 1050 ppm. Dopiero na drodze następczej obróbki ziemią bielącą można tę zawartość fosforu obniżyć do najwyższego, dla dalszej przeróbki dopuszczalnego poziomu 15 ppm. W przypadku obróbki wstępnie odśluzowanego oleju zmniejszono zawartość fosforu na drodze obróbki enzymatycznej wobec dodatkowego stosowania ziemi bielącej z 1300 ppm do 670 ppm (przykład I) albo - bez dodawania ziemi bielącej - z 1638 ppm do 81 - 1081 ppm (przykład IlI).

W opisie JP-A 2-49593 omawia się podobną obróbkę enzymatyczną olejów, która natomiast zmierza nie do odśluzowania tego oleju, lecz do uzyskania lizolecytyny. Przy tym nastawianie specjalnej wartości-pH jest zbyteczne. Również w przypadku sposobu według opisu patentowego EP-A 328 789 chodzi o przekształcenie lecytyny z oleju sojowego w lizolecytynę dzięki fosfolipazie A podczas wytwarzania produktów majonezopodobnych.

Celem wynalazku jest dalsze zmniejszenie zawartości fosforo- i żelazonośnych składników w ewentualnie wstępnie odśluzowanych olejach roślinnych lub zwierzęcych do zawartości fosforu poniżej 10 ppm, korzystnie do wartości 1 - 5 ppm, oraz wyeliminowanie niedogodności znanych sposobów, takich jak np. stosowanie ziemi bielącej lub podobnych adsorbentów.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że eliminując niedogodność znanego stanu techniki, taką jak stosowanie ziemi bielącej, można traktowanie olejów roślinnych lub zwierzęcych, wykazujących zawartość fosforu 50 - 250 ppm, prowadzić za pomocą fosfolipazy A1, A2 lub B, uzyskując zawartość fosforu poniżej 10 ppm, jeśli obróbkę wobec odczynu o wartości pH = 4-6 przeprowadza się tym enzymem w postaci zemulgowanego na drobne krople roztworu wodnego. Uzyskano zawartości fosforu poniżej 5 ppm 1 zawartości żelaza poniżej 1 ppm. Niska zawartość żelaza jest korzystna dla trwałości oleju.

To drastyczne zmniejszenie zawartości fosforu jest o tyle zaskakujące, że fosfolipazy A1, A2 i B mają optymalną wartość-pH w zakresie od obojętnego do lekko zasadowego; tak więc dla oznaczania aktywności tych enzymów stosuje się wartość pH = 8. Było nie do przewidzenia, że poprzez obniżenie wartości-pH do słabo kwaśnego zakresu osiągnie się poważne wzmożenie działania i że uzyska się zawartości fosforu, które dotychczas wydawały się być nieosiągalnymi

170 548 na drodze sposobów enzymatycznych. Za pomocą fosfolipazy C lub D nie można osiągnąć celu postępowania.

Sposób zmniejszania zawartości fosforo- i żelazonośnych składników w olejach roślinnych i zwierzęcych drogą enzymatycznego rozpadu za pomocą fosfolipazy zatem polega według wynalazku na tym, że olej roślinny lub zwierzęcy o zawartości fosforu 50 - 250 ppm traktuje się wobec odczynu o wartości pH = 4 - 6 za pomocą zemulgowanego na drobne kropelki, wodnego roztworu fosfolipazy A1, A2 lub B aż do osiągnięcia zawartości fosforu poniżej 10 ppm, i tę fazę wodną oddziela się od traktowanego oleju.

W sposobie tym korzystnie stosuje się olej wstępnie odśluzowany, zwłaszcza olej odśluzowany na mokro.

Korzystnie w sposobie według wynalazku dodatkowo stosuje się cytrynian, taki jak cytrynian litowca, wapnia lub amonu.

Nadto w sposobie według wynalazku korzystnie stosuje się dodatkowo emulgator.

Postępowanie sposobem według wynalazku korzystnie prowadzi się w temperaturze 20 - 80°C.

W sposobie według wynalazku szczególnie korzystnie stosuje się olej sojowy, zwłaszcza odśluzowany wstępnie.

Także szczególnie korzystnie stosuje się w sposobie według wynalazku olej rzepakowy lub słonecznikowy, zwłaszcza odśluzowany wstępnie.

W korzystnej postaci wykonania sposobu według wynalazku wodny roztwór fosfolipazy emulguje się w oleju na kropelki o wielkości poniżej 10 gm.

Korzystnie wodny roztwór fosfolipazy po oddziaływaniu oddziela się od traktowanego oleju i stosuje ponownie.

Postępowanie sposobem według wynalazku korzystnie prowadzi się periodycznie.

Również korzystnie można postępowanie sposobem według wynalazku prowadzić nieprzerwanie.

Nadto w sposobie według wynalazku postępowanie korzystnie prowadzi się dwuetapowo, przy czym pierwszy etap przeprowadza się w temperaturze 40 - 60°C, a drugi etap przeprowadza się w wyższej temperaturze 50 - 80°C.

W sposobie według wynalazku także korzystnie wprowadza się dodatkowo kwas cytrynowy.

Ponieważ fosfolipazy Ai, A2 lub B atakowałyby lecytynę, nie jest sensowne w sposobie według wynalazku stosowanie olejów o wysokiej zawartości lecytyny, takich jak surowy olej sojowy. Korzystnie zatem w sposobie według wynalazku stosuje się oleje wstępnie odśluzowane, przede wszystkim oleje odśluzowane na mokro, zwłaszcza oleje jadalne, które z reguły wykazują zawartość fosforu w zakresie 50 - 250 ppm. Olej o fluktującej jakości można przetwarzać na tych samych urządzeniach. Korzystnie stosuje się takie wstępnie odśluzowane oleje, jak olej słonecznikowy, rzepakowy, a zwłaszcza sojowy. Uprzednie suszenie oleju jest zbyteczne.

Fosfolipazy celowo wprowadza się w roztworze wodnym, który w oleju emulguje się tak subtelnie, jak to jest tylko możliwe. Enzymatyczna reakcja powinna zachodzić na granicy faz olejowej i wodnej. Sprzyja się jej dzięki intensywnemu mieszaniu, np. dzięki mieszaniu burzliwemu, i dodatkowo dzięki wprowadzeniu substancji powierzchniowo czynnych. Produkty z rozpadu tych NHP są silnie hydrofilowe, toteż przechodzą do fazy wodnej. Z oleju usuwa się je zatem, tak samo jak jony metali, równocześnie z fazą wodną.

Fosfolipazy Ai, A2 i B są enzymami znanymi (porównaj Pardun, cytowana wyżej publikacja, strony 135 - 141). Fosfolipaza Ai rozszczepia grupę estrową kwasu tłuszczowego przy atomie=Ci cząsteczki fosfolipidu. Znajduje się ona np. w wątrobie szczurzej i w trzustce wieprzowej. Z kultury pleśniowej Rhizopus arrhizus można wyodrębniać enzym o aktywności fosfolipazy A1.

Fosfolipaza A2, wcześniej nazywana też lecytynazą A, rozszczepia grupę estrową kwasu tłuszczowego przy atomie-C2 cząsteczki fosfolipidu. Występuje ona, przeważnie stowarzyszona z innymi fosfolipazami, w prawie wszystkich komórkach roślinnych i zwierzęcych. Obficie znajduje się ją w jadzie wężowym grzechotnika i kobry oraz wjadzie pszczelim i skorpionowym. Na skalę techniczną można ją uzyskiwać z gruczołów trzustki po degradacji trypsyną towarzyszących protein, inhibitujących jej czynność.

170 548

Fosfolipaza B w przyrodzie występuje szeroko rozpowszechniona. Na lizolecytynę, powstałą pod działaniem fosfolipazy A1, oddziaływuje ona poprzez odszczepienie drugiej reszty estrowej kwasu tłuszczowego. Niekiedy uważa się ją również za mieszaninę fosfolipaz A1 i A2. Występuje ona w wątrobie szczurzej, a wytwarza się ją też z różnych pleśni, takich jak Penicillium notatum.

Fosfolipaza A2 i B są dostępne jako produktu handlowe. Do wykorzystania technicznego z reguły nie jest konieczne stosowanie enzymów oczyszczonych. Dla sposobu według wynalazku nadaje się preparat fosfolipazowy, który uzyskuje się z brzeczki zmielonych gruczołów trzustki i który przede wszystkim zawiera fosfolipazę A2. Enzym ten - zależnie od aktywności - stosuje się w ilości 0,001 - 1% wagowych w odniesieniu do ilości oleju. Dokładne rozproszenie tego enzymu w oleju zapewnia się wówczas, gdy rozpuści się go w ilości wody rzędu 0,5 - 5% wagowych w odniesieniu do ilości oleju i w tej postaci zemulguje go w oleju na kropelki o średnicy mniejszej niż 10 pm (wartość wagowo średnia). Burzliwe mieszanie o prędkości promieniowej powyżej 100 cm/sekundę okazało się skuteczne. Zamiast tego można olej przetłaczać do reaktora za pomocą zewnętrznej pompy wirnikowej. Reakcję enzymatyczną można wspomagać też za pomocą oddziaływania ultradźwięków.

Działanie enzymatyczne zwiększa się po dodaniu organicznego kwasu karboksylowego, który można wprowadzać przed lub po obróbce enzymatycznej, ale najlepiej równocześnie. Korzystnie dodaje się kwas cytrynowy; odpowiednio dodaje się 0,01 - 1% wagowych w odniesieniu do oleju, optymalnie 0,1% wagowych.

Za pomocą tego kwasu nastawia się odczyn na wartość pH = 3 - 7, korzystnie pH = 4 - 6. Optymalna wartość plasuje się około pH = 5. Nieoczekiwanie ta wartość pH jest optymalna również wtedy, gdy fosfolipazę stosuje się w postaci kompleksu enzymatycznego z trzustki. Trzustkowy kompleks enzymatyczny ma właściwie optymalną wartość pH = 8, a przy pH = 5 jest jeszcze tylko z trudem czynny. Widocznie na granicy faz, gdzie występuje działanie enzymu, nastawia się wyższa wartość pH niż wewnątrz fazy wodnej.

Aby fosfolipazy A1, A2 i B z zawierającej tłuszcz pankreatyny lub z produktów trzustki przeprowadzić do roztworu, potrzebne są dodatki emulgujące. Odpowiednimi są emulgatory rozpuszczalne w wodzie, zwłaszcza emulgatory o wartości-HLB (równowagi hydrofilno-lipofilnej) powyżej 9, takie jak siarczan dodecylowo-sodowy. Jest on skuteczny w ilości np. 0,001 % wagowych w odniesieniu do oleju, jeżeli doda się go do roztworu enzymatycznego przed zemulgowaniem w oleju.

Dodanie dalszych enzymów, przede wszystkim proteinaz i amylaz, często oddziaływuje korzystnie. Także dodatki proteinowe mogą być korzystne wskutek pewnego działania powierzchniowo czynnego.

Temperatura w przypadku tej obróbki enzymatycznej nie stanowi ograniczenia. Odpowiednią jest temperatura 20 - 80°C. Optymalną jest temperatura 50°C, lecz krótkotrwale można ogrzewać też do temperatury 70°C. Czas trwania obróbki zależy od temperatury i wraz z rosnącą temperaturą może być skrócony. Z reguły wystarczający jest czas trwania 0,1 - 10 godzin, korzystnie 1 - 5 godzin. Szczególnie przydatne okazało się postępowanie etapowe, w którym pierwszy etap przeprowadza się w temperaturze 40 - 60°C, a drugi etap przeprowadza się w wyższej temperaturze w zakresie 50 - 80°C. Dla przykładu postępowanie prowadzi się najpierw w ciągu 3 godzin w temperaturze 50°C, po czym miesza się w ciągu 1 godziny w temperaturze 75°C.

Po zakończeniu tej obróbki roztwór enzymatyczny wespół z wchłoniętymi weń produktami rozpadu NHP oddziela się od fazy olejowej, korzystnie drogą odwirowania. Ponieważ enzymy te odznaczają się wysoką stabilnością, a ilość wchłoniętych produktów rozpadu jest mała, można ten sam roztwór enzymatyczny kilkakrotnie stosować ponownie.

Korzystnie sposób ten prowadzi się metodą ciągłą. W przypadku celowej drogi nieprzerwanego postępowania olej w pierwszym mieszalniku emulguje się z roztworem enzymatycznym, w jednym lub kilku kolejno następujących reaktorach, ewentualnie w rosnącej temperaturze, poddaje reakcji w warunkach burzliwego poruszania, po czym w wirówce oddziela się wodny roztwór enzymatyczny. Aby uniknąć nagromadzania się produktów rozpadu w roztworze enzymatycznym, można jego część na bieżąco zastępować przez świeży roztwór enzymatyczny i tę resztę zawracać do procesu.

170 548

Otrzymany olej wykazuje zawartość fosforu poniżej 5 ppm i tym samym nadaje się do fizycznej rafinacji na olej jadalny. Dzięki uzyskanej niskiej zawartości żelaza ma on dobre przesłanki na osiągnięcie po rafinacji wysokiej odporności na utlenianie.

Podane niżej przykłady objaśniają bliżej sposób według wynalazku.

Przykład I. 1 litr odśluzowanego oleju sojowego o resztkowej zawartości 130 ppm fosforu ogrzewa się w kolbie kulistej do temperatury 50°C. 0,1 g czystej fosfolipazy A2 o aktywności 10000 jednostek/g (1 jednostka fosfolipazy A2 w temperaturze 40°C wobec pH = 8 uwalnia z żółtka 1 μmol kwasu tłuszczowego na 1 minutę), 1 g cytrynianu sodowego i 20 mg siarczanu dodecylowo-sodowego rozpuszcza się w 33,3 g wody (pH około 5,2) i roztwór ten w oleju emulguje się w postaci kropelek o średnicy 0,1 pm. W tym celu olej za pomocą zewnętrznej pompy wirnikowej przetłacza się trzykrotnie w ciągu 1 minuty. Po obróbce trwającej w ciągu 3 godzin stwierdza się w odwirowanej próbce zawartość-NHP rzędu 34 ppm fosforu. Po podwyższeniu temperatury do 75°C i po jednogodzinnej dalszej obróbce zawartość- NHP obniża się do 3 ppm fosforu. Tak obrobiony olej stosuje się wówczas do rafinacji fizycznej.

Przykład II. Postępowanie z przykładu I powtarza się z tą różnicą, że zamiast fosfolipazy A2 stosuje się 1 g preparatu fosfolipazy B z Corticium species (doświadczalny produkt firmy Amano, bez danych o aktywności). Zawartość fosforu w oleju sojowym zmniejsza się do poniżej 1 ppm.

Przykład porównawczy. Postępowanie z przykładu I powtarza się z tą różnicą, że zamiast fosfolipazy A2 stosuje się 1 g preparatu fosfolipazy C (doświadczalny produkt firmy Amano, bez danych o aktywności). Zawartość fosforu w oleju sojowym zmniejsza się tylko do 45 ppm.

W przypadku zastosowania 1 g preparatu fosfolipazy D o aktywności 1250 jednostek fosfolipazowych/g (produktu firmy Sigma Chemie GmbH, Deisenhofen) osiąga się zawartość fosforu równą 48 ppm. Zastosowanie 1 g kwaśnej fosfatazy (produktu firmy Sigma Chemie OmbH, Deisenhofen) daje w wyniku zawartość fosforu równą 47 ppm.

Prawie taką samą zawartość fosforu stwierdza się, gdy postępowanie przeprowadzi się bez dodatku enzymu.

Przykład III. 1 litr odśluzowanego oleju sojowego o resztkowej zawartości 110 ppm fosforu ogrzewa się w kolbie kulistej do temperatury 75°C. Wobec energicznego mieszania za pomocą mieszadła łopatkowego o średnicy 5 cm z prędkością 700 obrotów/min, dodaje się 10 ml wody, zawierającej 1 g kwasu cytrynowego, i nadal miesza się w ciągu 1 godziny. Następnie chłodzi się do temperatury 40°C i dodaje 0,1 g fosfolipazy A2 o jakości podanej w przykładzie I oraz roztwór w 20 ml 0,1 molowego buforu octanowego o pH = 5,5. Po dalszym 5-godzinnym energicznym mieszaniu fazę wodną odwirowuje się. Otrzymany olej zawiera 2 ppm fosforu i nadaje się do rafinacji fizycznej. Zmiany innych wartości znamionowych wynikają z podanej niżej tabeli.

Tabela

Cecha.	Olej wyjściowy	Olej obrobiony
Fosfor	110 ppm	2 ppm
Żelazo	3,3 ppm	< 0,1 ppm
Wapń	65,4 ppm	5,3 ppm
Magnez	38,4 ppm	< 0,1 ppm
Liczba nadtlenkowa	18,3	18,50
Liczba kwasowa	0,91	1,10
Liczba zmydlenia	191,2	190,4

Przykład IV. Postępowanie z przykładu III powtarza się z tą różnicą, że zamiast fosfolipazy A2 stosuje się 1 g preparatu z trzustki (pankreatyna o aktywności 800 jednostek fosfolipazowych/g). Preparat ten zawiera fosfolipazę A2, proteinazę, amylazę, lipazę. Zawartość fosforu zmniejsza się po poniżej 1 ppm. Wskutek oddziaływania lipazy występuje tylko nieznaczny wzrost liczby kwasowej z wartości 0,91 do wartości 1,49.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (13)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób zmniejszania zawartości fosforo- i żelazonośnych składników w olejach roślinnych i zwierzęcych, drogą enzymatycznego rozpadu za pomocą fosfolipazy, znamienny tym, że olej roślinny lub zwierzęcy o zawartości fosforu 50 - 250 ppm traktuje się wobec odczynu o wartości pH = 4-6 za pomocą zemulgowanego na drobne kropelki, wodnego roztworu fosfolipazy At, A2 lub B aż do osiągnięcia zawartości fosforu poniżej 10 ppm, i tę fazę wodną oddziela się od traktowanego oleju.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się olej wstępnie odśluzowany, zwłaszcza olej odśluzowany na mokro.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo stosuje się cytrynian, taki jak cytrynian litowca, wapnia lub amonu.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo stosuje się emulgator.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że postępowanie prowadzi się w temperaturze 20 - 80°C.
6. 6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się olej sojowy, korzystnie wstępnie odśluzowany.
7. 7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się olej rzepakowy lub słonecznikowy, korzystnie wstępnie odśluzowany.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wodny roztwór fosfolipazy emulguje się w oleju na kropelki o wielkości poniżej 10 tum
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wodny roztwór fosfolipazy po oddziaływaniu oddziela się od traktowanego oleju i stosuje ponownie.
10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że postępowanie prowadzi się periodycznie.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że postępowanie prowadzi się nieprzerwanie.
12. 12. Sposób według zastrz. 1, albo 10, albo 11, znamienny tym, że postępowanie prowadzi się dwuetapowo i że pierwszy etap przeprowadza się w temperaturze 40 - 60°C, a drugi etap przeprowadza się w wyższej temperaturze 50 - 80°C.
13. 13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo wprowadza się kwas cytrynowy.