RU2134991C1

RU2134991C1 - Method of plant protein preparing

Info

Publication number: RU2134991C1
Application number: RU97119239A
Authority: RU
Inventors: А.И. Коновалов; Е.Н. Офицеров; Н.А. Соснина; В.Н. Шекуров; В.Ф. Миронов; В.В. Карлин; А.А. Лапин; С.Т. Минзанова; А.Н. Карасева; А.Н. Бережной; А.Я. Мутрисков
Original assignee: Институт органической и физической химии им.А.Е.Арбузова Казанского научного центра РАН; Научно-производственное предприятие "ЭТТА"
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: food industry. SUBSTANCE: the parent raw - above-ground amaranthus herb is soaked in water at ratio = 1:(1-3) by volume, kept at the room temperature for 1-2 h, swollen raw is filtered and loaded into extractor. Process is carried out by continuous countercurrent extraction with sodium hydroxide aqueous solution at pH 8.5-10.0 at hydromodulus 1:(8-10) and continuous reciprocal motion of extractant in extractor at frequency 1-20 cycles per a minute at 30-45 C. Extraction time is 20-40 min. The end product is precipitated with CH₃COOH at pH 3.9-4.5. EFFECT: increased extraction of protein, improved quality. 1 tbl, 13 ex

Description

Изобретение относится к технологии получения белка из растительного сырья и может быть использовано в пищевой промышленности. The invention relates to a technology for producing protein from plant materials and can be used in the food industry.

Одним из важных этапов производства пищевых растительных белков является процесс экстракции. Условия проведения этого процесса предусматривают в значительной степени выход и качество готового продукта. В качестве экстрагентов при экстракции растительных белков используют воду, водные растворы щелочей с pH 8 - 11 (гидроокись Na и Ca), солей (хлористый Ca, Mg, Na, ацетат Ca), кислый, сернокислый Na, соли моно-, ди- и трикарбоновых кислот, мета- и полифосфата и т.п. One of the important stages in the production of edible vegetable proteins is the extraction process. The conditions for this process provide for a significant degree of yield and quality of the finished product. Water, aqueous solutions of alkalis with pH 8 - 11 (Na and Ca hydroxide), salts (Ca, Mg, Na, Ca acetate), acidic, sodium sulfate, mono-, di- and tricarboxylic acids, meta- and polyphosphate, etc.

Экстрактивное выделение белков из сухой зеленой массы растений по данным литературы (1, 2) находится на стадии лабораторных исследований. The extractive isolation of proteins from the dry green mass of plants according to the literature (1, 2) is at the stage of laboratory research.

Известны ряд способов получения белков из шротов семян масличных культур (3 - 8). A number of methods are known for producing proteins from oilseed meal meal (3 - 8).

Известен способ непрерывного выделения соевых белковых веществ из обезжиренного соевого шрота, при котором шрот непрерывно экстрагируют 0,1 - 0,8%-ным водным раствором щелочи (гидрата окиси Na) при 40 - 60^oC. Нерастворимый остаток шрота отделяют на центрифуге. Из экстракта белки осаждают в изоэлектрической точке при pH 4,2 - 4,6 при добавлении 1 - 15%-ного раствора кислоты. Осадок белка от раствора (сыворотки) отделяют на центрифуге. Суспензию белка нейтрализуют и высушивают (9). Однако для такого способа характерен относительно низкий выход белка от потенциального содержания его в шроте (до 50 - 52%). Выход сухого готового продукта находится в пределах 25 - 30% от веса шрота. При экстракции происходит также снижение растворимости и качества белков, т.к. в процессе извлечения не учитывались определенная степень денатурации и растворимость белков в процессе извлечения.A known method for the continuous separation of soy protein substances from defatted soybean meal, in which the meal is continuously extracted with a 0.1 - 0.8% aqueous solution of alkali (NaOH) at 40 - 60 ^o C. The insoluble residue of the meal is separated by centrifuge. Proteins are precipitated from the extract at the isoelectric point at a pH of 4.2-4.6 with the addition of a 1-15% acid solution. The protein precipitate from the solution (serum) is separated in a centrifuge. The protein suspension is neutralized and dried (9). However, this method is characterized by a relatively low yield of protein from its potential content in meal (up to 50 - 52%). The yield of dry finished product is in the range of 25-30% by weight of the meal. During extraction, there is also a decrease in the solubility and quality of proteins, because during the extraction process, a certain degree of denaturation and solubility of proteins during the extraction were not taken into account.

В результате многочисленных исследований разработаны технологии, предназначенные для разделения хлоропластных и цитоплазматических белков и получения их из сырой растительной массы. As a result of numerous studies, technologies have been developed for the separation of chloroplast and cytoplasmic proteins and their preparation from raw plant mass.

Известен способ переработки растительного сырья, включающий его измельчение, смешивание с 0,5 - 3,0%-ным водным раствором хлорида Na с температурой 5 - 8^oC, выдерживание сырья при указанной температуре в растворе хлорида Na в течение 8 - 12 часов, отжим жидкой фракции, осаждение целевого продукта путем нагревания жидкой фракции до 80 - 90^oC, фильтрацию целевого продукта и его сушку (10). В качестве растительного сырья используют растения семейства Amaranthaceae. Однако этот способ является не дееспособным для переработки сухого растительного сырья.A known method of processing plant materials, including grinding, mixing with 0.5 - 3.0% aqueous solution of Na chloride with a temperature of 5 - 8 ^o C, keeping the raw material at the specified temperature in a solution of Na chloride for 8 to 12 hours, squeezing the liquid fraction, precipitating the target product by heating the liquid fraction to 80 - 90 ^o C, filtering the target product and drying it (10). As plant materials, plants of the Amaranthaceae family are used. However, this method is not capable of processing dry plant materials.

В отличие от семян в листьях содержатся фенольные и полифенольные соединения, а также другие балластные примеси, которые чаще всего являются антипитательными веществами, факторами окрашивания или вкусовыми компонентами, которые служат препятствием для коммерческой реализации в качестве продукта питания человека. Фенольные и полифенольные соединения находятся в свободном или связанном состоянии. Эти природные соединения способны окисляться до хинонов, которые, в свою очередь, вступают в реакцию с протеинами, образуя нежелательные темноокрашенные соединения, что значительно ограничивает, а иногда исключает применение их в пищевой промышленности. Unlike seeds, the leaves contain phenolic and polyphenolic compounds, as well as other ballast impurities, which are most often anti-nutritional substances, coloring factors, or flavoring components that interfere with the commercial sale of human food products. Phenolic and polyphenolic compounds are in a free or bound state. These natural compounds are able to oxidize to quinones, which, in turn, react with proteins to form undesirable dark-colored compounds, which significantly limits and sometimes excludes their use in the food industry.

Известен способ, в котором для удаления фенольных соединений из белковых продуктов сырье перед экстракцией обрабатывают неденатурирующими полимерными растворителями: n-бутанолом, изопропиловым, этиловым и др. спиртами, перекисью водорода, сульфитами (11). Недостатком известного способа является использование большого объема дорогостоящих растворителей, а также высокое остаточное содержание фенольных соединений в готовом продукте. There is a known method in which, to remove phenolic compounds from protein products, the raw materials are treated with non-denaturing polymer solvents before extraction: n-butanol, isopropyl, ethyl, and other alcohols, hydrogen peroxide, sulfites (11). The disadvantage of this method is the use of a large amount of expensive solvents, as well as a high residual content of phenolic compounds in the finished product.

Известен способ, предусматривающий обработку сырья водным раствором ферментного препарата с последующим отделением растворимого белка и выделением его осаждением в изоточке, при этом в качестве ферментного препарата используют фермент целловиридин ГЗХ или пектофоетидин ГЗХ при отношении фермент : шрот не менее 4 • 10². Ферментацию проводят при непрерывном перемешивании и термостатировании при pH 4,0 - 1,3, температуре 32 - 38^oC в течение 8 - 15 ч (12). Далее реакционную смесь обрабатывают умеренно концентрированным раствором едкого натра (до pH 10,0 - 10,5) и проводят экстракцию белка при 58 - 60^oC в течение 45 - 75 мин.A known method is provided for treating a raw material with an aqueous solution of an enzyme preparation, followed by separation of the soluble protein and isolating it in a fine precipitate, while the enzyme preparation uses the enzyme celloviridin GZH or pectofoetidin GZH with an enzyme: meal ratio of at least 4 • 10 ² . Fermentation is carried out with continuous stirring and thermostating at a pH of 4.0 - 1.3, a temperature of 32 - 38 ^o C for 8 - 15 hours (12). Next, the reaction mixture is treated with a moderately concentrated sodium hydroxide solution (to pH 10.0 - 10.5) and the protein is extracted at 58-60 ^° C for 45 - 75 minutes.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту (прототип) является способ получения белковых препаратов, заключающийся в том, что сырье (преимущественно семена чечевицы) измельчают, проводят экстракцию раствором гидроокиси Na 0,05 - 0,07%-ной концентрации при жидкостном коэффициенте 1 : 10, температуре 28 - 30^oC в течение 20 - 30 минут, осаждение ведут CH₃COOH до достижения pH 4,7 - 5,2, двойную промывку осуществляют водой до pH 6 - 7, влагу удаляют сушкой (13).The closest in technical essence and the achieved effect (prototype) is a method for producing protein preparations, namely, that the raw materials (mainly lentil seeds) are crushed, extraction is carried out with a solution of Na hydroxide of 0.05 - 0.07% concentration at a liquid ratio of 1 : 10, at a temperature of 28 - 30 ^o C for 20 - 30 minutes, the precipitation is carried out with CH ₃ COOH until a pH of 4.7 - 5.2 is reached, double washing is carried out with water to a pH of 6 - 7, moisture is removed by drying (13).

Цель предлагаемого изобретения - создание способа, позволяющего при обработке сухого растительного сырья получать белок улучшенного качества (без антипитательных веществ) и повышение выхода конечного продукта. The purpose of the invention is the creation of a method that allows the processing of dry plant materials to obtain improved quality protein (without anti-nutritional substances) and increase the yield of the final product.

Поставленная цель достигается предлагаемым способом получения белка из растительного сырья, который заключается в том, что перед загрузкой в экстрактор сухое измельченное растительное сырье (надземная часть травы амаранта) замачивают в воде при соотношении 1 : 1 - 3 (по объему). Полученную смесь перемешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 1 - 2 часов, затем смесь фильтруют и набухшее сырье загружают в экстрактор (14), а далее ведут процесс непрерывной противоточной экстракции водным раствором гидроокиси натрия при pH 8,5 - 10,0, при гидромодуле 1 : 8 - 10 и непрерывном возвратно-поступательном движении экстрагента с частотой 1 - 20 циклов в минуту при температуре 30 - 45^oC и удельной скоростью протока 1,66 - 3,33 ч^-1. Время пребывания сырья в экстракторе 20 - 40 минут. Осаждение целевого продукта ведут CH₃COOH при pH 3,9 - 4,5.This goal is achieved by the proposed method for producing protein from plant materials, which consists in the fact that before loading into the extractor dry powdered plant materials (aerial part of amaranth grass) are soaked in water at a ratio of 1: 1 - 3 (by volume). The resulting mixture is stirred and kept at room temperature for 1 - 2 hours, then the mixture is filtered and the swollen feed is loaded into the extractor (14), and then the process of continuous countercurrent extraction with an aqueous solution of sodium hydroxide is carried out at a pH of 8.5 - 10.0, at a hydraulic module 1: 8-10 and continuous reciprocating motion of the extractant with a frequency of 1 to 20 cycles per minute at a temperature of 30 - 45 ^o C and a specific flow rate of 1.66 - 3.33 h ^-1 . The residence time of the raw material in the extractor is 20 to 40 minutes. The precipitation of the target product is CH ₃ COOH at a pH of 3.9 to 4.5.

Заявляемый способ переработки растительного сырья иллюстрируется следующими примерами. The inventive method of processing plant materials is illustrated by the following examples.

Пример 1. 40 г сухого измельченного сырья - надземных частей травы амаранта заливают водой в соотношении 1 : 1 (по объему), полученную смесь перемешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 1 часа, затем смесь фильтруют. Набухшее сырье загружают в экстрактор и ведут процесс непрерывной противоточной экстракции водным раствором гидроокиси натрия при pH 8,5 и гидромодуле 1 : 8 и при непрерывном возвратно-поступательном движении экстрагента с частотой 5 циклов в минуту при температуре 35^oC. Время пребывания сырья в экстракторе 20 минут, после чего экстракт центрифугируют (фильтруют). В полученный фильтрат вводят уксусную кислоту до pH 3,9. После осаждения целевого продукта, которое завершается в течение 10 минут, его фильтруют и сушат при комнатной температуре. Известными методами определяют содержание белка в сухом остатке, а также долю важнейших аминокислот в этом белке. Данные анализа приведены в табл. 1.Example 1. 40 g of dry crushed raw materials - aerial parts of amaranth grass is poured with water in a ratio of 1: 1 (by volume), the resulting mixture is stirred and kept at room temperature for 1 hour, then the mixture is filtered. The swollen feed is loaded into the extractor and the process of continuous countercurrent extraction is carried out with an aqueous solution of sodium hydroxide at pH 8.5 and a 1: 8 hydraulic module and with continuous reciprocating movement of the extractant with a frequency of 5 cycles per minute at a temperature of 35 ^o C. The residence time of the raw material in the extractor 20 minutes, after which the extract is centrifuged (filtered). Acetic acid was added to the resulting filtrate to a pH of 3.9. After precipitation of the target product, which is completed within 10 minutes, it is filtered and dried at room temperature. Known methods determine the protein content in the dry residue, as well as the proportion of the most important amino acids in this protein. The analysis data are given in table. 1.

Пример 2. 40 г сухого измельченного сырья - надземных частей травы амаранта заливают водой в соотношении 1 : 2 (по объему), полученную смесь перемешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 1,5 ч, затем смесь фильтруют. Набухшее сырье загружают в экстрактор и ведут процесс непрерывной противоточной экстракции водным раствором гидроокиси натрия при pH 9,0 и гидромодуле 1 : 9 и при непрерывном возвратно-поступательном движении экстрагента с частотой 10 циклов в минуту при температуре 40^oC. Время пребывания сырья в экстракторе 30 минут, после чего экстракт фильтруют (центрифугируют). В полученный фильтрат вводят уксусную кислоту до pH 4,2. После осаждения целевого продукта, которое завершается в течение 20 минут, его фильтруют и сушат при комнатной температуре.Example 2. 40 g of dry crushed raw materials - the aerial parts of amaranth grass is poured with water in a ratio of 1: 2 (by volume), the resulting mixture is stirred and kept at room temperature for 1.5 hours, then the mixture is filtered. The swollen feed is loaded into the extractor and a continuous countercurrent extraction is carried out with an aqueous solution of sodium hydroxide at a pH of 9.0 and a hydraulic module of 1: 9 and with a continuous reciprocating movement of the extractant with a frequency of 10 cycles per minute at a temperature of 40 ^o C. The residence time of the raw material in the extractor 30 minutes, after which the extract is filtered (centrifuged). Acetic acid was added to the obtained filtrate to a pH of 4.2. After the precipitation of the target product, which is completed within 20 minutes, it is filtered and dried at room temperature.

Пример 3. 40 г сухого измельченного сырья - надземных частей травы амаранта заливают водой в соотношении 1 : 3 (по объему), полученную смесь перемешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 2 ч, затем смесь фильтруют. Набухшее сырье загружают в экстрактор и ведут процесс непрерывной противоточной экстракции водным раствором гидроокиси натрия при pH 10,0 и гидромодуле 1 : 10 и непрерывном возвратно-поступательном движении экстрагента с частотой 20 циклов в минуту, при температуре 45^oC. Время пребывания сырья в экстракторе 40 минут, после чего экстракт фильтруют (центрифугируют). В полученный фильтрат вводят уксусную кислоту до pH 4,5. После осаждения целевого продукта его фильтруют и сушат при комнатной температуре.Example 3. 40 g of dry crushed raw materials - aerial parts of amaranth grass is poured with water in a ratio of 1: 3 (by volume), the resulting mixture is stirred and kept at room temperature for 2 hours, then the mixture is filtered. The swollen raw material is loaded into the extractor and the process of continuous countercurrent extraction with an aqueous solution of sodium hydroxide at pH 10.0 and a hydraulic module of 1: 10 and continuous reciprocating movement of the extractant with a frequency of 20 cycles per minute, at a temperature of 45 ^o C. 40 minutes, after which the extract is filtered (centrifuged). Acetic acid was added to the resulting filtrate to a pH of 4.5. After precipitation of the target product, it is filtered and dried at room temperature.

Пример 4 (сравнительный). Проводят как пример 2, но процесс непрерывной противоточной экстракции водным раствором гидроокиси натрия ведут при pH 8,0, при гидромодуле 1 : 7 и температуре 30^oC. Данные анализа представлены в таблице 1.Example 4 (comparative). Carried out as example 2, but the process of continuous countercurrent extraction with an aqueous solution of sodium hydroxide is carried out at a pH of 8.0, with a water module of 1: 7 and a temperature of 30 ^o C. The analysis data are presented in table 1.

Пример 5 (сравнительный). Осуществляют как пример 2, но процесс непрерывной противоточной экстракции водным раствором гидроокиси натрия ведут при pH 12,5, при гидромодуле 1 : 15 и температуре 55^oC.Example 5 (comparative). Carried out as example 2, but the process of continuous countercurrent extraction with an aqueous solution of sodium hydroxide is carried out at a pH of 12.5, with a water module of 1: 15 and a temperature of 55 ^o C.

Пример 6 (сравнительный). Осуществляют как пример 2, но осаждение целевого продукта ведут при pH 3,0. Example 6 (comparative). Carried out as example 2, but the precipitation of the target product is carried out at a pH of 3.0.

Пример 7 (сравнительный). Выполняют как пример 2, но осаждение целевого продукта ведут при pH 5,0. Example 7 (comparative). Perform as example 2, but the precipitation of the target product is carried out at pH 5.0.

Пример 8 (сравнительный). Осуществляют как пример 2, но время пребывания сырья в экстракторе 10 минут. Example 8 (comparative). Carried out as example 2, but the residence time of the raw material in the extractor 10 minutes.

Пример 9 (сравнительный). Осуществляют как и пример 2, но время пребывания сырья в экстракторе 60 минут. Example 9 (comparative). Carry out as example 2, but the residence time of the raw material in the extractor 60 minutes.

Как видно из приводимых в таблице 1 данных, использование заявляемого способа позволяет не менее чем на 10% повысить выход белка и его содержание в целевом продукте по сравнению с его содержанием в белковых препаратах, полученных известными способами, а также улучшить качество белка за счет повышения его растворимости. As can be seen from the data given in table 1, the use of the proposed method allows not less than 10% to increase the yield of protein and its content in the target product compared with its content in protein preparations obtained by known methods, as well as to improve the quality of the protein by increasing it solubility.

Отметим, что установленные диапазоны гидромодуля (1 : 8 - 10), температуры (35 - 40^oC), pH (8,5 - 10,0) реакционной среды, время пребывания сырья в экстракторе (20 - 40 минут), ровно как и осаждение при pH 3,9 - 4,5 обеспечивают достижение цели изобретения; выход же за их пределы приводит к заметному снижению содержания белка в экстракте, как это хорошо видно из приводимых в табл. 1 данных для соответствующих режимов переработки растительного сырья.Note that the established ranges of the hydraulic module (1: 8 - 10), temperature (35 - 40 ^o C), pH (8.5 - 10.0) of the reaction medium, the residence time of the raw materials in the extractor (20 - 40 minutes), exactly and precipitation at pH 3.9 to 4.5 ensures the achievement of the objective of the invention; going beyond them leads to a noticeable decrease in the protein content in the extract, as is clearly seen from the table. 1 data for the corresponding modes of processing plant materials.

Предварительная обработка растительного сырья и использование непрерывной противоточной экстракции способствует большей степени извлечения целевого продукта и обеспечивает повышение содержания белка в нем. Pre-treatment of plant materials and the use of continuous countercurrent extraction contributes to a greater degree of extraction of the target product and provides an increase in the protein content in it.

Установлено, что предварительной очисткой сырья удаляется 8 -10% экстрактивных веществ (в расчете на сухой вес) различной природы, в том числе сапонины, фенолы, рутин, эфирные масла, воска и др. Предварительная очистка сырья от балластных примесей улучшает питательные свойства белка и его органолептические характеристики. Отмечено, что оптимальное время экстракции 20 - 40 минут, при более длительной экстракции извлекаются балластные примеси, присутствие которых снижает питательную ценность белка. It was found that preliminary purification of raw materials removes 8-10% of extractive substances (calculated on dry weight) of various nature, including saponins, phenols, rutin, essential oils, waxes, etc. Preliminary purification of raw materials from ballast impurities improves the nutritional properties of protein and its organoleptic characteristics. It was noted that the optimal extraction time is 20 to 40 minutes, with longer extraction, ballast impurities are removed, the presence of which reduces the nutritional value of the protein.

Список литературы
1. Годон. Растительный белок. М., 1991, 468 с.List of references
1. Godon. Vegetable protein. M., 1991, 468 p.

2. Пири Н.У. Белки из листьев зеленых растений. Перевод с анг. Ф.Р.Кивкуцана. - М.: Колос, 1980, 191 с. 2. Piri N.U. Squirrels from the leaves of green plants. Translation from English F.R.Kivkutsana. - M .: Kolos, 1980, 191 p.

3. Патент РФ N 2007927, кл. A 23 J 1/14, 1994. 3. RF patent N 2007927, cl. A 23 J 1/14, 1994.

4. Патент РФ N 1796125, кл. A 23 J 1/14, 1993. 4. RF patent N 1796125, cl. A 23 J 1/14, 1993.

5. Патент РФ N 2019977, кл. A 23 J 1/14, 1994. 5. RF patent N 2019977, cl. A 23 J 1/14, 1994.

6. Патент РФ N 1789178, кл. A 23 J 1/14, 1993. 6. RF patent N 1789178, cl. A 23 J 1/14, 1993.

7. Патент РФ N 1692504, кл. A 23 J 1/14, 1991. 7. RF patent N 1692504, cl. A 23 J 1/14, 1991.

8. Патент РФ N 2035162, кл. A 23 J 1/14, 1995. 8. RF patent N 2035162, cl. A 23 J 1/14, 1995.

9. Авт. свид. СССР N 507303, кл. A 23 J 1/14, 1976. 9. Auth. testimonial. USSR N 507303, class A 23 J 1/14, 1976.

10. Патент РФ N 1805870, кл. A 23 J 1/14, 1993. 10. RF patent N 1805870, cl. A 23 J 1/14, 1993.

11. Авт. свид. СССР N 1398126, кл. A 23 J 1/14, 1986. 11. Auth. testimonial. USSR N 1398126, class A 23 J 1/14, 1986.

12. Авт. свид. СССР N 1664245, кл. A 23 J 1/14, 1991. 12. Auth. testimonial. USSR N 1664245, class A 23 J 1/14, 1991.

13. Патент РФ N 1741730, кл. A 23 J 1/14, 1992. 13. RF patent N 1741730, cl. A 23 J 1/14, 1992.

14. Патент РФ N 2045980, кл. B 01 D 11/02, 11/04, 1995.1 14. RF patent N 2045980, cl. B 01 D 11/02, 11/04, 1995.1

Claims

A method of obtaining protein from plant materials, which involves extraction with an aqueous solution of sodium hydroxide, separation of the extract from the insoluble residue, the content of protein from the solution of the extract with acids, separation of the protein, followed by drying of the resulting suspension, characterized in that the feedstock is the aerial part of amaranth grass before loading into the extractor soaked in water at a ratio of 1: 1-3 by volume and kept at room temperature for 1 to 2 hours, then the mixture is filtered, the swollen feed is loaded into the extractor, and then a process of continuous countercurrent extraction with an aqueous solution of sodium hydroxide at a pH of 8.5 - 10.0, with a hydraulic module of 1: 8-10 and continuous reciprocating movement of the extractant in the extractor with a frequency of 1 - 20 cycles per minute at a temperature of 35 - 45 ^o C and the specific flow rate 1.66 - 3.33 h ^-1 , the residence time of the raw material in the extractor 20 - 40 min, followed by precipitation of the target product with acetic acid at a pH of 3.9 - 4.5.