PL217018B1 - Sposób produkcji preparatów z żółtek jaj ptaków, bogatych w fosfolipidy, witaminy i białka oraz preparaty uzyskane według sposobu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku są preparaty wyizolowane z żółtka jaja o wysokiej wartości biologicznej, bogate w fosfolipidy, długołańcuchowe kwasy tłuszczowe, białka, a także w witaminy oraz sposób ich otrzymywania. Wynalazek w postaci preparatów może znaleźć szerokie zastosowanie w przemyśle żywnościowym, farmaceutycznym i kosmetycznym. Szczególnie przydatny może być w produkcji suplementów diety, nutraceutyków, preparatów funkcjonalnych oraz różnego rodzaju kremów odżywczych.

W ostatnim okresie czasu obserwujemy intensywne poszukiwanie naturalnych surowców do pozyskiwania bioaktywnych substancji w zastosowaniach do suplementów diety. Najdoskonalszym surowcem w tym zakresie wydają się być jaja, zwłaszcza żółtko. Żółtko w swoim składzie chemicznym zawiera 50% wody i 50% suchej substancji, gdzie znajdują się skompleksowane lipoproteidy oraz inne związki proteinowe (16%), a nade wszystko związki lipidowe (32%), w tym fosfolipidy. Ponadto żółtko bogate jest w witaminy, zwłaszcza z grupy B, a także A i E oraz makro i mikropierwiastki (Trziszka 2000). Fosfolipidy żółtka kurzego (głównie lecytyna i kefalina) poprawiają pamięć i zwiększają stężenie acetylocholiny, neuroprzekaźnika, którego poziom obniża się w chorobie Alzheimera (Masuda et al. 1998, Favreliere et al. 2003). Dieta wzbogacona fosfolipidami jaja kurzego poprawia zdolność uczenia się u starych myszy (Lim et al. 2000). Co więcej, fosfolipidy żółtka kurzego mogą odgrywać rolę w profilaktyce niektórych schorzeń neuropsychiatrycznych, szczególnie depresji i demencji, włącznie z chorobą Alzheimera (Bourre et al. 2005). Fosfolipidy żółtka jaja kurzego są istotnym źródłem choliny, która jest ważnym składnikiem dla rozwoju mózgu, funkcji wątroby i profilaktyki nowotworów (Gutierrez et al. 1997). Kwas dokozaheksaenowy (DHA) i kwas arachidonowy (AA) są ważne dla prawidłowego funkcjonowania układu nerwowego, obniżają poziom lipidów we krwi, mają działanie przeciwzakrzepowe, przeciwzapalne i naczyniorozszerzające (Sheppard 2002). Przyjmowanie w codziennej diecie odpowiednio wysokich dawek kwasów tłuszczowych n-6 PUFA, n-3 PUFA oraz MUFA, przy niskiej wartości n-6/n-3 przyczynia się do poprawienia funkcji mózgu oraz systemu sercowo-naczyniowego (Crook i in. 1991, Rosi 2007). Pozytywne działanie lecytyny i kefaliny zawierających wielonienasycone kwasy tłuszczowe (występującej tylko w żółtku) polega m.in. na regulowaniu stężenia cholesterolu LDL we krwi oraz gospodarce triacyloglicerolami, zapobiegającej gromadzeniu się tych związków w ścianach naczyń krwionośnych, co wiąże się z obniżeniem ryzyka wystąpienia chorób serca i miażdżycy. Należy szczególnie podkreślić, że żółtko jaja jest najbogatszym surowcem pochodzenia zwierzęcego w witaminy, zwłaszcza z grupy B, (w tym B12) oraz witaminy A, D, E, K, luteinę i kwas foliowy. Szczególną uwagę przyciągają bioaktywne składniki żółtka, zwłaszcza immunoglobulina i liczne biopeptydy o właściwościach immunoregulatorowych.

Znane są metody izolowania substancji wchodzących w skład żółtka ze szczególnym uwzględnieniem frakcji plazmy i granul. Metody te często wymagają udoskonalenia, zazwyczaj ukierunkowane są na wyodrębnienie tylko jednego składnika. Z tego powodu substancje i sposoby otrzymywania poszczególnych bioaktywnych składników są stosunkowo drogie. Wraz z pojawianiem się nowych produktów w przemyśle żywnościowym, wzrasta potrzeba zwiększenia efektywności istniejących i rozwoju nowych technologii. Coraz więcej uwagi poświęca się izolacji fosfolipidów z żółtka, gdyż są to nie tylko związki ważne dla funkcji życia człowieka, ale przede wszystkim fosfolipidy żółtka są nieporównywalnie doskonalsze w porównaniu do fosfolipidów roślin oleistych, bowiem poza choliną, zawierają długołańcuchowe n-3 kwasy tłuszczowe. W praktyce relatywnie największa ilość wynalazków poświęcona jest fosfolipidom, natomiast mniej uwagi poświęcano kompleksowi bioaktywnych związków, w tym działaniom synergistycznym fosfolipidów, witamin, antyoksydantów itp. Przykładowo lecytyna połączona z wit. B12 pomaga w rozwoju tkanki nerwowej u dzieci i hamuje rozwój choroby Alzheimera, jest czynnikiem wspomagającym układ krążenia i układ nerwowy. Lecytyna i foswityna, jako naturalne antyoksydanty, zapobiegają starzeniu się i tworzeniu płytek arteriosklerotycznych, tym samym zapobiegają chorobom układu krążenia. Zatem poszukiwanie metod odzysku preparatów wieloskładnikowych ma szczególne znaczenie na rzecz rozwoju nowej generacji suplementów diety. Dlatego można uznać za ważne takie metody izolacji biosubstancji z żółtka jaja, które pozwolą na wytwarzanie wieloskładnikowych preparatów. Proces należy tak pokierować, aby jednocześnie w czasie izolacji fosfolipidów wydzielić inne bioskładniki, zwłaszcza witaminy, co pozwala na zachowanie naturalnej proporcji substancji o wysokiej ich koncentracji jednostkowej. Tego typu preparaty zalicza się do nowej generacji nutraceutyków, czy suplementów diety o wysokich właściwościach prozdrowotnych. Znany jest ze zgłoszenia patentowego nr PL384803 sposób wydzielania fosfolipidów otrzymywanych z żółtek jaj,

PL 217 018 B1 zwłaszcza kurzych. Sposób polega na tym, że najpierw żółtko jaja liofilizuje się. Liofilizowane żółtko ekstrahuje się najpierw eterem dietylowym, a następnie rozpuszczalnikiem organicznym, korzystnie alkoholem metylowym. Oczyszczanie surowej frakcji fosfolipidowej prowadzi się poprzez wytrącenie fosfolipidów z roztworu eterowego za pomocą zimnego acetonu. Otrzymuje się mieszaninę składającej się z lecytyny (89%) i kefaliny (11%), z dużą wydajnością fosfolipidów (9,3 g z 90 g surowego żółtka). Wynalazek ten może znaleźć zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym, spożywczym i kosmetycznym. Znany jest sposób frakcjonowania żółtka jaja będący przedmiotem udzielonego patentu PL191136 pt. „Sposób wytwarzania preparatu foswityny z żółtka jaja. W wynalazku zastosowano rozdział żółtka na plazmę (bogatą w immunoglobulinę Y) oraz na granule zawierające m.in. foswitynę białka mającego zastosowanie, jako naturalny antyoksydant. Znana jest praca (Siepka i in. 2010) przedstawiająca możliwości wielokomponentowego rozfrakcjonowywania żółtka jaja, co umożliwia poprawę wyniku ekonomicznego produkcji biopreparatów z tego surowca. W patencie PL193672 ujawniono sposób wytwarzania zawiesiny fosfolipidów. Rzeczony sposób polega na tym, że mieszaninę lipidów kontaktuje się z niewodnym rozpuszczalnikiem, przy czym mieszanina lipidów zasadniczo rozpuszcza się w niewodnym rozpuszczalniku oraz roztwór z etapu kontaktuje się z roztworem wodnym, z wytworzeniem zawiesiny lipidów. Jednorodna zawiesina fosfolipidów zawierająca mieszaninę lipidów jest użyteczna, jako ultrasonograficzny środek kontrastujący. Sposób otrzymywania czystych fosfatydów i ich zastosowanie w kosmetyce, farmacji i żywieniu przedstawiono w zgłoszeniu patentowym nr PL362845.

Przedmiotem ww. zgłoszenia jest sposób otrzymywania czystych fosfatydów z mieszanin naturalnych fosfatydów lub ich pojedynczych składników, takich jak lecytyna z soi lub z jaj, a także w procesach transestryfikacji. W patencie PL190759 ujawniono sposób otrzymywania lecytyny surowej z frakcji żółtka, zwłaszcza takich jak granule uzyskane w procesach wytwarzania preparatów globuliny żółtka lub frakcji tłuszczowej powstałej po usunięciu foswityny z granul. W powyższym sposobie granule lub frakcję tłuszczową poddaje się ekstrakcji rozpuszczalnikami organicznymi przy zachowaniu udziałów objętościowych do wagowych powstałej mieszaniny od 2:1 do 10:1. Ekstrakcja może być jednostopniowa lub wielostopniowa i trwa od 5 min. do 120 min. przy utrzymaniu temperatury tego procesu od 20°C do 75°C. Po każdym stopniu lub zakończeniu ekstrakcji mieszanina ulega sedymentacji, tworząc osad, a nad nim warstwę rozpuszczalnika zawierającą lecytynę, która po oddzieleniu jest zagęszczana i schładzana do temperatury poniżej 20°C, aby po wydzieleniu się z niej frakcji oleistej oddzielić ją od rozpuszczalnika. Z pozostałego rozpuszczalnika usuwa się trójglicerydy i wydziela pozostałe w nim fosfolipidy.

W zgłoszeniu patentowym nr PL389996 opisano postępowanie przy izolacji fosfolipidów z żółtek jaj z uwzględnieniem odpowiedniego zestawu linii technologicznej. Przedstawiono warunki prowadzenia ekstrakcji w warunkach nadkrytycznych CO2 oraz ekstrakcję chemiczną bez ujawniania warunków jej prowadzenia. Istnieje, więc, nadal problem odpowiedniego prowadzenia ekstrakcji chemicznej w skali przemysłowej w celu uzyskania funkcjonalnych produktów z jaj. Proces powinien charakteryzować się prostotą, ograniczeniem do niezbędnych operacji, możliwością pozyskiwania różnych produktów z jednego surowca charakteryzujących się wysoką czystością. Nieoczekiwanie przedstawiony problem rozwiązał prezentowany wynalazek.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania preparatu bogatego w fosfolipidy oraz preparatu bogatego w białka z żółtka jaj zawierający etapy przygotowania surowca oraz ekstrakcję charakteryzujący się tym, że obejmuje:

a) ekstrakcję suszonego żółtka eluentem w postaci alkoholu etylowego o stężeniu powyżej 90%, korzystnie 90 - 96% alkoholu etylowego z udziałem 10 - 20% alkoholu izopropylowego w celu uzyskania preparatu bogatego w fosfolipidy, witaminy i frakcje białkowe.

b) zagęszczanie frakcji poekstrakcyjnej w celu uzyskania preparatu bogatego w białka poekstrakcyjne, korzystnie za pomocą wirówki odśrodkowej.

Korzystnie sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że ekstrakcja z etapu a) obejmuje mieszanie do homogennej postaci i separację części płynnych od stałych z wykorzystaniem prasy filtracyjnej, przy ciśnieniu 2 - 4 MPa i temp. 293 - 303K.

Korzystniej sposób wg wynalazku charakteryzuje się tym, że ekstrakcja z etapu a) obejmuje oddzielenie części płynnej (alkoholowej) po procesie filtracji do systemu wyparnego w celu wydzielenia frakcji alkoholowej z uwzględnieniem procesu rozpoczynającego się od temp. 323K i podciśnieniu 0,06 MPa.

PL 217 018 B1

Korzystniej sposób wg wynalazku charakteryzuje się tym, że zagęszczanie frakcji poekstrakcyjnej z etapu b) obejmuje suszenie, korzystanie w suszarni tacowej i rozdrabnianie.

W kolejnej korzystnej realizacji wynalazku sposób charakteryzuje się tym, że ekstrakcja na etapie a) obejmuje odparowanie alkoholu i odbieranie sterylnego produktu bogatego w fosfolipidy, witaminy i frakcje białkowe do wykorzystania jako suplement diety, preparat biomedyczny lub kosmetyczny, korzystnie przed odparowaniem następuje wytrącanie trójglicerydów w postaci kryształów w wyniku schłodzenia roztworu poniżej 278,15K i pozostawieniu na kilka godzin.

Drugim przedmiotem wynalazku jest preparat bogaty w fosfolipidy, witaminy i frakcje białkowe otrzymany według sposobu według wynalazku charakteryzujący się tym, że zawiera 70 - 85% fosfolipidów, najczęściej 75%, w których składzie występują kwasy tłuszczowe nasycone 35 - 45%, nienasycone 55 - 65%, w tym n-3 = 7 - 12% i n-6 = 13 - 18%.

Trzecim przedmiotem wynalazku jest preparat proteinowo-lipidowy bogaty w białka otrzymany według sposobu według wynalazku charakteryzujący się tym, że zawiera w suchej substancji 70 - 85 białka, 5 - 25% frakcji tłuszczowych oraz 3 - 10% innych frakcji organicznych i związków mineralnych.

W prezentowanym wynalazku wykorzystano częściowo model linii technologicznej ujawniony w zgłoszeniu patentowym PL389996, z tą różnicą, że dodatkowo uwzględniono zestaw maszyn i urządzeń do izolacji nie tylko czystych fosfolipidów, ale także z jednej strony na pozyskanie specjalnego preparatu zawierającego możliwie wszystkie ważne biosubstancje żółtka, w tym głównie fosfolipidy, frakcje polipeptydowe oraz witaminy i z drugiej strony wysokowartościowy preparat proteinowy powstały z frakcji poekstrakcyjnej. Stosowana instalacja wraz z wyposażeniem jest wykonana w standardzie wymaganym od producentów żywności i zawiera typowe urządzenia technologiczne, takie jak pompy, zbiorniki, mieszalniki, prasę i system wyparny, spełniają wymagania techniczne wraz z dopuszczeniem do kontaktu z żywnością. Proces ekstrakcji prowadzony jest w instalacji półtechnicznej lub przemysłowej z uwzględnieniem zestawu następujących urządzeń:

1. Mieszalnik z systemem higienicznego doprowadzenia suszonego żółtka i alkoholu,

2. Prasa filtracyjna do wydzielania frakcji stałych od płynnych,

3. System wyparny do odzyskiwania z frakcji płynnej preparatu (1) bogatego w fosfolipidy, będącego przedmiotem wynalazku i wydzielenia eluentu (alkoholu),

4. System separacyjny frakcji stałej, w tym wirówka odśrodkowa i suszarnia tacowa do odzyskania białek poekstrakcyjnych - preparat (2),

5. Zestaw rozdrabniający frakcji poekstrakcyjnej białek (granulator, młyn np. krzyżakowo-bijakowy),

6. System pomp i rur do transportu procesowego.

Uzyskane według wynalazku produkty biotechnologiczne o wysokiej wartości dodanej i potencjalnych możliwościach eksportowych są alternatywą dla tradycyjnego, spożywczego wykorzystania jaj. Wspomniane produkty spełniają wymagania stawiane bezpiecznym składnikom żywności ze względu na wykorzystanie fizycznych metod rozdziału i niestosowanie chemicznych środków toksycznych. Stwarza to szansę poprawy rentowności ważnego sektora gospodarki żywnościowej, jakim jest przetwórstwo jaj, ale nade wszystko produkty będące przedmiotem wynalazku znajdą szerokie zastosowanie w branżach suplementów diety (nowej generacji), preparatów biomedycznych i kosmetyków.

Przedmiotowy sposób produkcji biopreparatów uwzględnia w jednym zintegrowanym procesie ekstrakcji wytworzenie dwóch grup preparatów, w tym:

a) preparat zawierający mieszaninę bioaktywnych składników (w tym fosfolipidy, witaminy, frakcje polipeptydowe),

b) białka poekstrakcyjne, będące preparatem proteinowo-lipidowym o wysokiej wartości biologicznej.

Ww. preparaty pozyskuje się z suszonego żółtka jaj ptaków, zwłaszcza kurzych w procesie ekstrakcji chemicznej z użyciem jako eluentu alkoholu etylowego z możliwym dodatkiem alkoholu izopropylowego.

Prezentowane poniżej wykonanie wynalazku służy jedynie jego przykładowej ilustracji i nie ma za zadanie jego ograniczenia.

P r z y k ł a d 1

Dostarczony materiał (żółtko wysuszone metodą rozpyłową lub podczas procesu liofilizacji) powoli wprowadza się do zbiornika (z płaszczem wodnym) zaopatrzonego w mieszadło, do którego wcześniej przepompowano eluent (100% ilości przewidzianej w procesie ekstrakcji, która umożliwi zachowanie odpowiedniego ilorazu rozcieńczenia) o odpowiednim stężeniu, najlepiej powyżej 90% etanolu. Zachowano proporcje suszonego żółtka do eluentu od 1:3 do 1:4. Proces mieszania i eksPL 217 018 B1 trakcji trwa 60 - 90 min, przy zachowaniu odpowiednich obrotów mieszadła i odpowiedniej temperatury procesu tak, aby w fazie finalnej uzyskać homogenną mieszaninę.

Po uzyskaniu homogennej mieszaniny przepompowuje się ją do prasy filtracyjnej przy stałym mieszaniu. Prasa filtracyjna zaopatrzona jest w przekładki z materiału filtracyjnego o niskiej przepuszczalności powietrza oraz system membran pneumatycznych umożliwiających odciśnięcie maksymalnej ilości eluentu z placka filtracyjnego. System orurowania instalacji umożliwia proces cyrkulacji zawiesiny żółtka przez prasę filtracyjną z zawracaniem odcieku do zbiornika procesowego i przebiega w ciśnieniu 2 - 2,5 MPa w czasie 60 - 120 min., aż do całkowitego wydzielenia części stałej (placka) od części płynnej (klarownej). W następnej kolejności prowadzi się proces z tzw. odzyskiem, czyli z przekserowaniem strumienia odcieku do systemu wyparnego w celu przeprowadzenia ewaporacji i oddzielania alkoholu od frakcji stałej będącej przedmiotem wynalazku (ovo-biopreparat bogaty w fosfolipidy). Proces ewaporacji rozpoczyna się przy temp. powyżej 323K i podciśnieniu 0,06 MPa. Po osiągnięciu tych wartości należy dążyć do optymalizacji procesu, który z założenia nie jest stabilny. Zakłada się przeciętną wydajność na poziomie 20% frakcji ovo-biopreparatu bogatego w fosfolipidy, o czystości wyrażonej jako substancja nierozpuszczalna w acetonie w zakresie 70 - 85% najczęściej 75%. Pozostałą część stanowią białka poekstrakcyjne, które po wysuszeniu i rozdrobnieniu stanowią preparat proteinowo-lipidowy o wysokich właściwościach biologicznych.

P r z y k ł a d 2

Przyjmuje się postępowanie jak w przykładzie 1, z tym, że jako eluentu stosuje się 96% etanol z 10 - 20% udziałem alkoholu izopropylowego.

Po zakończeniu procesu cyrkulacji pomiędzy zbiornikiem procesowym, a prasą filtracyjną uzyskaną mieszaninę alkoholową kieruje się na sita wibracyjne o porowatości 125 pm, a następnie uzyskany odciek przepompowywany jest do systemu wyparnego. Produkt finalny w postaci ovo-biopreparatu bogatego w fosfolipidy i witaminy o mazistej konsystencji i barwie pomarańczowo-brunatnej umieszczany jest w odpowiednich zbiornikach i kierowany do konfekcjonowania lub dalszej obróbki. Pozostałość poekstrakcyjna odsiew - białka poekstrakcyjne poddawane są odwirowywaniu z wykorzystaniem wirówki odśrodkowej w celu zwiększenia odzysku eluentu, a osad poddawany jest suszeniu w suszarni komorowej. Po procesie suszenia białka są rozdrabniane z wykorzystaniem granulatora lub młyna krzyżakowo - bijakowego i poddaje się konfekcjonowaniu. Preparat proteinowy może być wykorzystany bezpośrednio w przemyśle żywnościowym, jako odżywka, np. dla sportowców. Ponadto może być poddawany innym procesom modyfikującym, zwiększając jego właściwości funkcjonalne.

P r z y k ł a d 3

Pozyskany eluent po procesie ekstrakcji opisanego jak w przykładach 1 i 2 wychładza się w komorze chłodniczej do temperatury poniżej 5°C.

Po procesie odzysku eluentu z wykorzystaniem prasy filtracyjnej lub wirówki odśrodkowej alkohol, w którym rozpuszczone są fosfolipidy przepompowuje się do zbiornika i umieszcza w komorze chłodniczej gdzie jest wychładzany do temperatury poniżej 5°C i pozostawiony na kilka godzin. Powyższy zabieg pozwala na poprawę czystości preparatu fosfolipidowego gdyż częściowemu wykrystalizowaniu ulegają trójglicerydy. Po wychłodzeniu eluent dekantuje się znad osad i przepompowuje się do instalacji wyparnej w celu oddestylowania rozpuszczalnika, a z pozyskanym produktem finalnym postępuje się jak opisano w przykładzie 2. Wytrącony osad trójglicerydów i cholesterolu może być wykorzystany w diagnostyce laboratoryjnej.

Claims (6)

1. Sposób wytwarzania preparatu bogatego w fosfolipidy oraz preparatu bogatego w białka z żółtka jaj zawierający etapy przygotowania surowca oraz ekstrakcję, znamienny tym, że obejmuje:

a) ekstrakcję suszonego żółtka eluentem w postaci alkoholu etylowego o stężeniu powyżej 90%, korzystnie 90 - 96% alkoholu etylowego z udziałem 10 - 20% alkoholu izopropylowego w celu uzyskania preparatu bogatego w fosfolipidy, witaminy i frakcje białkowe, przy czym obejmuje ona mieszanie do homogennej postaci i separację części płynnych od stałych z wykorzystaniem prasy filtracyjnej, przy ciśnieniu 2 - 4 MPa i temp. 293 - 303K.

b) zagęszczanie frakcji poekstrakcyjnej w celu uzyskania preparatu bogatego w białka poekstrakcyjne, korzystnie za pomocą wirówki odśrodkowej.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ekstrakcja z etapu a) obejmuje oddzielenie części płynnej (alkoholowej) po procesie filtracji do systemu wyparnego w celu wydzielenia frakcji alkoholowej z uwzględnieniem procesu rozpoczynającego się od temp. 323K i ciśnieniu 0,06 MPa.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zagęszczanie frakcji poekstrakcyjnej z etapu b) obejmuje suszenie, korzystanie w suszarni tacowej i rozdrabnianie.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ekstrakcja na etapie a) obejmuje po odparowaniu alkoholu odbieranie sterylnego produktu bogatego w fosfolipidy, witaminy i frakcje białkowe do wykorzystania jako suplement diety, preparat biomedyczny lub kosmetyczny, przy czym korzystnie przed odparowaniem następuje wytrącanie trójglicerydów w postaci kryształów w wyniku schłodzenia roztworu poniżej 278,15K i pozostawieniu na kilka godzin.

5. Preparat bogaty w fosfolipidy, witaminy i frakcje białkowe otrzymany według sposobu zdefiniowanego w zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera 70 - 85% fosfolipidów, korzystnie 75%, w których

PL 217 018 B1 składzie występują kwasy tłuszczowe nasycone 35 - 45%, nienasycone 55 - 65%, w tym n-3 = 7 - 12% i n-6 = 13 - 18%.

6. Preparat proteinowo - białkowy bogaty w białka otrzymany według sposobu zdefiniowanego w zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera w suchej substancji 70 - 85% białka, 5 - 25% frakcji tłuszczowych oraz 3 - 10% innych frakcji organicznych i związków mineralnych.