PL201083B1

PL201083B1 - Sposób wytwarzania preparatu suszonego białka

Info

Publication number: PL201083B1
Application number: PL364382A
Authority: PL
Inventors: David Callam Clark; Tillmann Gerhard Schmelter; Dijk Johannse Henricus Van
Original assignee: Campina Bv
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2009-03-31
Also published as: US20030104118A1; AU3431800A; ATE522147T1; AU2001262134C1; AU6213401A; DK1265495T3; ES2372378T3; AU2001262134B2; NZ521356A; WO2001070042A1; PT1265495E; PL364382A1; AR027692A1; US7276261B2; WO2001070041A1

Abstract

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania preparatu suszonego bia lka, polegaj acego na tym, ze roztwór bia lka o stosunkowo ma lej zawarto sci bia lka, mniejszej ni z 40%, suszy si e na walcach po usieciowaniu bia lek w roztworze bia lka za pomoc a enzymatycznej obróbki transglutaminaz a zwi eksza- j ac lepko sc roztworu bia lka, przy czym zwi ekszona lepko sc mie sci si e w zakresie 1-10 Pa ·s przy szyb- ko sci scinania 100 s -1 w temperaturze 70°C, mierzonej areometrem Physica UD200 za pomoc a po- dwójnej szczeliny o geometrii Z1 DIN lub porównywalnego urz adzenia i gdzie bia lkiem jest kazeina, kazeinian, bia lko serwatki lub ich mieszanina. PL PL PL PL PL PL PL

Description

RZECZPOSPOLITA POLSKA	(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (21) Numer zgłoszenia: 364382	(11) 201083 (13) B1
Yjljf	(22) Data zgłoszenia: 22.03.2001	(51) Int.Cl. A23J 1/20 (2006.01)
	(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: 22.03.2001, PCT/EP01/03436	A23C 1/03 (2006.01)
Urząd Patentowy	(87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:
Rzeczypospolitej Polskiej	27.09.2001, WO01/70042 PCT Gazette nr 39/01

(54)

Sposób wytwarzania preparatu suszonego białka

	(73) Uprawniony z patentu:
(30) Pierwszeństwo:	CAMPINA B.V.,Zaltbommel,NL
23.03.2000,WO,PCT/EP00/02618	(72) Twórca(y) wynalazku:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	David Callam Clark,Bovina,US
13.12.2004 BUP 25/04	Tillmann Gerhard Schmelter,Veghel,NL Johannse Henricus Van Dijk,Odiliapeel,NL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.03.2009 WUP 03/09	(74) Pełnomocnik:
	Wydrzyńska Danuta, PATPOL Sp. z o.o.

⁽⁵⁷⁾ Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania preparatu suszonego białka, polegającego na tym, że roztwór białka o stosunkowo małej zawartości białka, mniejszej niż 40%, suszy się na walcach po usieciowaniu białek w roztworze białka za pomocą enzymatycznej obróbki transglutaminazą zwiększając lepkość roztworu białka, przy czym zwiększona lepkość mieści się w zakresie 1-10 Pa-s przy szybkości ścinania 100 s^-1 w temperaturze 70°C, mierzonej areometrem Physica UD200 za pomocą podwójnej szczeliny o geometrii Z1 DIN lub porównywalnego urządzenia i gdzie białkiem jest kazeina, kazeinian, białko serwatki lub ich mieszanina.

PL 201 083 B1

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania preparatu suszonego białka.

Wytwarzanie proszków białek może odbywać się, na przykład, sposobem suszenia rozpyłowego. Suszenie rozpyłowe można realizować z wyjściowych roztworów o zawartości białek w zakresie 5-20% (udział wagowy). Roztwory białek są często przetwarzane i rozpylane w tych stężeniach, ponieważ ich własności lepkości w zakresie 0,1-0,5 Pa.s (przy szybkości ścinania 100 s^-1 w temperaturze 70°C (reometr Physica UDS200, geometria Z1 z podwójną szczeliną DIN) oznaczają, że można nimi łatwo manipulować i mogą być one pompowane przez standartowe wyposażenie przetwórcze. Suszenie rozpyłowe roztworów o niższych wartościach stężenia białka z tego zakresu może prowadzić do dużego pylenia (tworzenia mgły), które może prowadzić do zmniejszenia wydajności i zwiększonego ryzyka wybuchu pyłu. Dodatkową wadą proszków z suszenia rozpyłowego może być zła zwilżalność i zdolność do dyspergowania suszonych proszków, które mają małą gęstość i mają tendencję do pływania na powierzchni cieczy na bazie wody.

Proszki wytwarzane przez suszenie na walcach odznaczają się wyższymi gęstościami oraz polepszoną zwilżalnością i własnościami dyspergowania. Jednak te proszki białek mają mniej korzystny profil smakowy i mają ciemniejszy kolor niż ich odpowiedniki suszone rozpyłowo. Te wady mogą być przypisane wysokiemu stężeniu białek (około 40 %) potrzebnemu do skutecznego suszenia na walcach.

Obniżenie zawartości substancji stałych lub stężenia białek (podobnych jak w suszeniu rozpyłowym) do, np. 20%, w procesie suszenia na walcach, powinno rozwiązać ten problem. Jednak roztwory białek w zakresie stężeń 5-20% (udział wagowy) nie nadają się, jako takie, do suszenia na walcach. Stają się one zbyt ciekłe po nałożeniu na rolki ogrzewane parą i rozpływają się do postaci zbyt cienkiej powłoki, która przypala się na walcach. Uzyskana powłoka nie może być skutecznie usunięta z walca w postaci cią głej folii przez noże stosowane do tego celu, lecz białka usuwane są raczej jako przyżółcony pył. Alternatywnie, można stosować suszarkę typu dwuwalcowego (podwójną), w której roztwór biał ek poddawany suszeniu jest zawarty w „basenie” mię dzy dwoma walcowymi bębnami. Jednak długi czas pozostawania w tym basenie w podwyższonej temperaturze powoduje podobne wady białka (brązowienie), jakie obserwuje się w procesie suszenia roztworu o dużym stężeniu w suszarce z pojedynczym walcem. Dodatkowo, warunki te sprzyjają powstawaniu lizynoalaniny (LAL), co nie jest pożądane.

Celem obecnego wynalazku jest więc zapewnienie nowego sposobu suszenia białek, w którym unika się wyżej podanych wad.

Cel ten uzyskuje się sposobem obejmującym suszenie na walcach roztworu białek o stosunkowo małej zawartości białek, mniejszej niż 40% (udział wagowy), korzystnie znacznie mniejszej niż 40% (udział wagowy), w którym białka w roztworze sieciuje się wiązaniami kowalencyjnymi. Zawartość białek wynosi korzystnie 15-25% (udział wagowy), bardziej korzystnie około 20% (udział wagowy). Ta zawartość białek odpowiada lepkości w zakresie 1-10 Pa.s (podwójna szczelina, geometria Z1, szybkość ścinania 100 s^-1 w temperaturze 70°C). Niespodziewanie stwierdzono, że roztwory białek o takiej stosunkowo małej zawartości białek wykazują lepkość po usieciowaniu na tyle wystarczającą, aby nadawały się do suszenia na walcach. Suszenie na walcach jest o wiele prostszą technologią niż suszenie rozpyłowe i wymaga znacznie mniej skomplikowanych urządzeń. Tak więc jest mniej prawdopodobne, że nastąpi wadliwe działanie czy zakłócenia pracy wyposażenia, niż w przypadku suszenia rozpyłowego.

Dodatkowo, nie jest wymagana suszarka typu dwuwalcowego, ponieważ roztwór preparatu usieciowanego białka ma teraz wystarczająco dużą lepkość, aby mógł być stosowany w suszarce z jednym walcem. Powoduje to, ż e nie są potrzebne dodatkowe koszty inwestycyjne na specjalne technologie suszenia.

Białka można sieciować w różny sposób. Korzystne jest jednak, żeby były one sieciowane za pomocą obróbki enzymatycznej. Szczególnie odpowiednim enzymem sieciującym jest transglutaminaza, chociaż nadają się także i inne enzymy, takie jak peroksydazy (takie jak peroksydaza z mleka, proksydaza z chrzanu czy peroksydaza ze szpiku), lakkazy lub monoaminooksydazy. Dodatkowo, jako enzymy sieciujące można stosować proteazy, gdy ich działanie peptydolityczne jest odwrócone, co można uzyskać w szczególnych warunkach, znanych jako tak zwana reakcja „plastein”. Sieciowania dokonuje się przed suszeniem na walcach przez poddanie reakcji odpowiedniej ilości białka działaniu enzymu sieciującego przez odpowiedni czas reakcji. Dla każdego białka można określić doświadczalnie odpowiednie warunki procesu. Jednak, jako generalną zasadę przyjmuje się, że ilość białka

PL 201 083 B1 wynosi 5-30% (udział wagowy), ilość sieciującego enzymu wynosi 0,01-20 jednostek na gram białka a czas reakcji wynosi 0,5-12 godzin.

Aktywność właściwą transglutaminazy określa się z wykorzystaniem sposobu opisanego przez

J. E. Folk'a i P. W. Cole, (1996), J. Biol. Chem. 241, strony 5518-5525.

Zgodnie z wynalazkiem, sposób wytwarzania preparatu suszonego białka, polega na tym, że roztwór białka o stosunkowo małej zawartości białka, mniejszej niż 40%, suszy się na walcach po usieciowaniu białek w roztworze białka za pomocą enzymatycznej obróbki transglutaminazą zwiększając lepkość roztworu białka, przy czym zwiększona lepkość mieści się w zakresie 1-10 Pa.s przy szybkości ścinania 100 s^-1 w temperaturze 70°C, mierzonej areometrem Physica UD200 za pomocą podwójnej szczeliny o geometrii Z1 DIN lub porównywalnego urządzenia i gdzie białkiem jest kazeina, kazeinian, białko serwatki lub ich mieszanina.

Ilość białka wynosi 5-30 % wagowych, korzystnie 10-25 %, a korzystniej 20%.

Ilość transglutaminazy wynosi 0,01-20 jednostek na gram białka, korzystnie 0,01 jednostek na gram białka.

Czas reakcji wynosi 0,5-12 godzin.

Proszek otrzymany sposobem według wynalazku różni się od proszku białka suszonego rozpyłowo tym, że odznacza się wyższą gęstością, polepszoną zwilżalnością i zdolnością do dyspergowania. Proszek otrzymany sposobem według wynalazku może być scharakteryzowany za pomocą lepkości i analizy mikroskopowej. Lepkość produktu po ponownym roztworzeniu proszku w wodzie do zawartości 20% białka zmienia się między 1 a 20 Pa.s. Różnice w wyglądzie pod mikroskopem między proszkiem suszonym na walcach i proszkiem suszonym rozpyłowo przedstawiają Fig. 5 i 6.

Proszek otrzymany sposobem według wynalazku może być stosowany jako środek wiążący wodę, środek emulgujący, środek zwiększający lepkość, środek polepszający teksturę lub środek stabilizujący.

Sposób według wynalazku może być w zasadzie przeprowadzony dla wszystkich białek, które są podatne na sieciowanie za pomocą odpowiedniego enzymu. Przykłady białek, które można suszyć zgodnie z wynalazkiem obejmują białka z mleka, takie jak kazeina i kazeiniany oraz ich enzymatyczne pochodne, białka z serwatki, w szczególności α-laktoalbuminę, β-laktoglobulinę i inne białka zwierzęce, takie jak białko jaj i białka krwi lub białka osocza, białka roślinne, takie jak białka z soi, białka z ryżu, białka z ziemniaków i białka zbożowe, takie jak białka z pszenicy, obejmujące gluten, gluteninę, gliadynę i ich frakcje rozpuszczalne lub deamidowane, białka z kukurydzy, obejmujące zeinę i jej rozpuszczalne frakcje, białka z jęczmienia, obejmujące hordeiny i ich rozpuszczalne frakcje. Stwierdzono, że sposób nadaje się szczególnie do suszenia kazeinianów.

W celu sterowania procesem suszenia, roztwór zawierający usieciowane białko może być ogrzewany, w celu tymczasowego nastawienia lepkości, jak to się typowo robi w operacjach suszenia. Korzystnie ogrzewanie prowadzi się do około 120°C, po czym roztwór nakłada się bezpośrednio na walce ogrzewane do w przybliżeniu takiej samej temperatury.

Określenie „usieciowane białko (a)”, stosowane w obecnym zgłoszeniu, rozumie się jako oznaczające „co najmniej dwie cząsteczki białka, zawierające co najmniej jedno wiązanie kowalencyjne między nimi”.

Wynalazek ilustrują przykłady, których nie należy rozumieć jako ograniczających wynalazek.

W przykładach powoływane są następujące figury:

Fig. 1: ciągła warstwa białka wytworzona na suszarce walcowej z roztworu usieciowanego białka zgodnie z wynalazkiem;

Fig. 2: to sama suszarka walcowa, jaka została pokazana na Fig. 1, na której uwidoczniona jest lepkość preparatu usieciowanego białka;

Fig. 3: nieciągła warstwa białka wytworzona na suszarce walcowej z roztworu nieusieciowanego roztworu białka;

Fig. 4: taka sama suszarka, jaką pokazano na Fig. 3, w której jest wykazane, że lepkość preparatu nieusieciowanego białka jest niewystarczająca do utrzymania roztworu na bębnie suszarki walcowej;

Fig. 5: fotografia mikroskopowa usieciowanego kazeinianu sodu suszonego na suszarce walcowej i

Fig. 6: fotografia mikroskopowa kazeinianu sodu suszonego roz pyłowo.

PRZYKŁADY

P r z y k ł a d 1

Suszenie usieciowanego roztworu białka na walcach

PL 201 083 B1

Roztwór kazeinianu sodu (20% udział wagowy; lepkość 300 mPa.s w temperaturze 70°C) poddaje się reakcji z enzymem - transglutaminazą [E. C. 2.3.2.13], stosując 3 jednostki enzymu na gram kazeinianu przez 1 godzinę w temperaturze 50°C. Enzym dezaktywuje się przez obróbkę cieplną (90-120°C odpowiednio przez 30 do 2 minut). Ta obróbka typowo prowadzi do zwiększenia lepkości od 0,1-0,5 Pa.s do 1-10 Pa.s, przy szybkości ścinania 100 s^-1 w temperaturze 70°C (podwójna szczelina, geometria Z1). Pomiary lepkości pokazują, że roztwór usieciowanego kazeinianu wykazuje teraz własności zmniejszania lepkości przy zwiększaniu szybkości ścinania.

Roztwór usieciowanego kazeinianu, który poddany był obróbce, w celu dezaktywacji aktywności enzymu, nakłada się bezpośrednio na suszarkę walcową (przepustowość 10-30 kg na godzinę), pracującą pod ciśnieniem pary 2-3 bary i przy szybkości walców 10-20 obrotów na minutę. Suszarka walcowa jest urządzeniem doświadczalnym, wytwarzanym przez GMF, ukształtowanym jako suszarka z pojedynczym walcem. Bęben ma średnicę 50 cm i długość 50 cm. Pomimo małego stężenia białek, na bębnie tworzy się doskonała warstwa białka, która skutecznie może być usuwana przez wbudowane noże (Fig. 112). Wysuszoną warstwę usuwa się za pomocą wbudowanych noży, wprowadza do urządzenia do mielenia i przesiewa.

Produkt otrzymywany w ten sposób rozpuszcza się ponownie w wodzie do zawartości substancji stałych wynoszącej 20% (udział wagowy). Lepkość roztworu mierzona w warunkach opisanych wyżej wynosi 8,9 Pa.s. Zdjęcie mikroskopowe na Fig. 5 (mikroskop: Wild M20, dyspersja w ksylenie) przedstawia charakterystykę mikroskopową kazeinianu suszonego na walcach - produktu otrzymanego sposobem według wynalazku, pokazując cząsteczki nieregularnego kształtu, które wykazują postrzępione końce.

Fig. 6 przedstawia dla porównania zdjęcie mikroskopowe kazeinianu sodu suszonego rozpyłowo. Cząsteczki stanowią tak zwane globulki rozpyłowe wypełnione kieszeniami powietrznymi.

P r z y k ł a d 2

Przykład porównawczy

Roztwór kazeinianu sodu (20% udział wagowy, lepkość 300 mPa.s w temperaturze 70°C, nieusieciowany), wprowadza się do suszarki walcowej w tych samych warunkach jak w przykładzie 1. Roztwór wydaje się być zbyt rzadki, aby można go było nakładać na bęben we właściwy sposób (Fig. 4). Część nakładanego wsadu ścieka z bębna. Część roztworu wsadu, która pozostaje na bębnie, prowadzi do powstania bardzo cienkiej, nieregularnej i nieciągłej wysuszonej warstwy, wykazującej otwarte łaty (Fig. 3). Wbudowane noże mogą jedynie usuwać cienkie płaty z warstwy i pylisty proszek.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania preparatu suszonego białka, znamienny tym, że roztwór białka o zawartości białka mniejszej niż 40%, suszy się na walcach po usieciowaniu białek w roztworze białka za pomocą enzymatycznej obróbki transglutaminazą zwiększając lepkość roztworu białka, przy czym zwiększona lepkość mieści się w zakresie 1-10 Pa.s przy szybkości ścinania 100 s^-1 w temperaturze 70°C, mierzonej areometrem Physica UD200 za pomocą podwójnej szczeliny o geometrii Z1 DIN lub porównywalnego urządzenia i gdzie białkiem jest kazeina, kazeinian, białko serwatki lub ich mieszanina.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość białka wynosi 5-30% wagowych, ilość transglutaminazy wynosi 0,01-20 jednostek na gram białka a czas reakcji wynosi 0,5-12 godzin.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że ilość białka wynosi 5-30% wagowych, ilość transglutaminazy wynosi 0,01 jednostek na gram białka a czas reakcji wynosi 0,5-12 godzin.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że ilość białka wynosi 10-25%.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że ilość białka wynosi 20%.