具有低植酸含量的低芥酸菜子蛋白质产物(“c702”)的制作方法
【专利摘要】通过用钙盐水溶液，优选氯化钙溶液，提取低芥酸菜子种子或低芥酸菜子油料种子粉，以引起来自所述种子或粉的低芥酸菜子蛋白质的溶解，生产具有至少约60重量%(Nx6.25)d.b.，优选至少约90重量%，更优选至少约100重量%的蛋白质含量和低植酸含量的低芥酸菜子蛋白质产物。
【专利说明】具有低植酸含量的低芥酸菜子蛋白质产物(“C702”)
发明领域
[0001]本发明涉及低芥酸菜子蛋白质产物的生产。
[0002]发明背景
低芥酸菜子油料种子和由从低芥酸菜子种子回收低芥酸菜子油而产生的低芥酸菜子油料种子粉(meal) —般含有抗营养因子。本发明涉及用于处理低芥酸菜子种子或低芥酸菜子油料种子粉的程序，以制备具有低含量的抗营养因子特别是植酸的低芥酸菜子蛋白质产物。此类产物对于多种营养应用，包括作为用于动物营养的代乳品中的成分，将是有价值的。
[0003]发明概述
依照本发明的一个方面，提供了制备低芥酸菜子蛋白质产物的方法，所述低芥酸菜子蛋白质产物具有基于干重(d.b.)至少约60重量％ (N X 6.25)，优选至少约90重量％且更优选至少约100重量％的蛋白质含量，所述方法包括:
(a)使用钙盐水溶液提取低芥酸菜子种子或低芥酸菜子油料种子粉，以引起来自所述种子或粉的低芥酸菜子蛋白质的溶解，并且提供低芥酸菜子蛋白质水溶液，
(b)如果对低芥酸菜子种子完成提取，则将所述低芥酸菜子蛋白质水溶液与用尽的低芥酸菜子油料种子粉或残留的种子材料和油分离，
(C)任选地浓缩经分离的低芥酸菜子蛋白质水溶液，
(d)任选地渗滤经浓缩的低芥酸菜子蛋白质溶液，和
(e)任选地干燥经浓缩且渗滤的低芥酸菜子蛋白质溶液。
[0004]所得到的产物具有低植酸含量和高营养价值，所述低植酸含量一般小于约1.5重量％，优选小于约0.5重量％。
[0005]发明总的描述
提供低芥酸菜子蛋白质产物的方法的起始步骤涉及溶解来自低芥酸菜子油料种子或低芥酸菜子油料种子粉的蛋白质材料。当低芥酸菜子油料种子用作蛋白质来源时，可以将种子磨碎以提供低芥酸菜子油料种子的磨碎的块，由其溶解蛋白质材料。可替代地，可以使用任何适宜设备，例如高剪切泵，对种子进行湿磨，以同时磨碎种子且溶解蛋白质。当低芥酸菜子粉用作蛋白质来源时，所述低芥酸菜子粉可以是由从具有各种水平的非变性蛋白质的低芥酸菜子油料种子去除低芥酸菜子油而产生的任何低芥酸菜子粉，例如由热己烷提取或冷油挤出法而产生的。从低芥酸菜子油料种子去除低芥酸菜子油通常作为与本文描述的蛋白质产物回收程序分开的操作实现。从低芥酸菜子油料种子或低芥酸菜子种子粉回收的蛋白质材料可以是在低芥酸菜子种子中天然存在的蛋白质，或者所述蛋白质材料可以是通过基因操作修饰但具有天然蛋白质的特有疏水和极性性质的蛋白质。
[0006]尽管可以使用其他钙盐的溶液，但使用氯化钙溶液最适宜地实现来自低芥酸菜子蛋白质来源材料的蛋白质溶解。此外，可以使用其他碱土金属化合物，例如镁盐。进一步地，可以使用与另一种盐溶液(例如氯化钠)组合的钙盐溶液，实现从低芥酸菜子蛋白质来源的低芥酸菜子蛋白质的提取。另外，可以使用水或其他盐溶液例如氯化钠，实现从低芥酸菜子蛋白质来源的低芥酸菜子蛋白质的提取，并且随后向在提取步骤中产生的低芥酸菜子蛋白质水溶液添加钙盐。在后续加工前去除在钙盐添加后形成的沉淀物。
[0007]随着钙盐溶液的浓度增加，来自低芥酸菜子蛋白质来源的蛋白质的溶解程度开始增加直至达到最大值。盐浓度中的任何后续增加不增加溶解的总蛋白质。促成最大蛋白质溶解的钙盐溶液的浓度依赖于有关的盐而改变。通常优选利用小于约1.0 M的浓度值，并且更优选约0.10 -约0.15 M的值。
[0008]在分批方法中，蛋白质的盐溶解在约1°C -约100°C的温度实现，优选约15°C -约70°C，更优选约20°C -约35°C，优选伴随搅动以减少溶解时间，这通常为约1-约60分钟。优选实现溶解以从低芥酸菜子蛋白质来源提取基本上如切合实际那样多的蛋白质，以便提供总体高产物得率。
[0009]在连续方法中，从低芥酸菜子蛋白质来源的低芥酸菜子蛋白质的提取以与实现从低芥酸菜子蛋白质来源连续提取低芥酸菜子蛋白质相容的任何方式执行。在一个实施方案中，使低芥酸菜子蛋白质来源与钙盐溶液连续混合，并且使混合物通过管或导管运输，依照本文所述参数，所述管或导管具有用于足以实现所需提取的滞留时间的长度和流速。在此类连续程序中，盐溶解步骤在约I分钟-约60分钟的时间内实现，优选实现溶解以从低芥酸菜子蛋白质来源提取基本上如切合实际那样多的蛋白质。连续程序中的溶解在约1°C -约100°C之间的温度实现，优选约15°C -约70°C，更优选约20°C -约35°C之间。
[0010]提取一般在约3 -约11，优选约4.5 -约7的pH下进行。根据需要，通过使用任何适宜的酸(通常为盐酸或磷酸)或碱(通常为氢氧化钠)，可以将提取系统(低芥酸菜子蛋白质来源和钙盐溶液)的pH调整至在约3-约11范围内的任何所需值，以用在提取步骤中。
[0011]在溶解步骤过程中在钙盐溶液中的低芥酸菜子蛋白质来源的浓度可以广泛地改变。一般浓度值是约5 -约15% w/v。
[0012]使用盐水溶液的蛋白质提取步骤具有溶解可能存在于低芥酸菜子蛋白质来源中的脂肪的另外作用，这随后导致脂肪存在于水相中。
[0013]由提取步骤产生的蛋白质溶液一般具有约5 -约50 g/L，优选约10 -约50 g/L的蛋白质浓度。
[0014]钙盐水溶液可以包含抗氧化剂。所述抗氧化剂可以是任何适宜的抗氧化剂，例如亚硫酸钠或抗坏血酸。所采用的抗氧化剂的量可以从溶液的约0.01 -约I重量％变化，优选约0.05重量％。所述抗氧化剂用于抑制蛋白质溶液中酚类的氧化。
[0015]随后，可以以任何适宜方式将由提取步骤产生的水相与残留的低芥酸菜子蛋白质来源分离，例如通过采用沉降式离心机或任何合适的筛，继之以盘式离心和/或过滤，以去除残留的低芥酸菜子蛋白质来源材料。可以将分离的残留低芥酸菜子蛋白质来源干燥，以用于处置。可替代地，可以对分离的残留低芥酸菜子蛋白质来源进行加工，以回收一些残留蛋白质。可以用新鲜的钙盐溶液再提取分离的残留低芥酸菜子蛋白质来源，并且将在澄清后获得的蛋白质溶液与起始蛋白质溶液组合，用于如下所述的进一步加工。可替代地，分离的残留低芥酸菜子蛋白质来源可以通过常规等电沉淀程序或任何其他适宜的程序进行加工，以回收残留蛋白质。
[0016]在低芥酸菜子蛋白质水溶液中存在的脂肪可以通过如转让给本受让人的美国专利号5，844，086和6，005, 076中所述的程序去除，所述专利的公开内容引入本文作为参考。如本文描述的，低芥酸菜子蛋白质水溶液可以冷却至约3°C -约TC的温度，以促成脂肪与水相分离，用于通过任何适宜程序的去除，例如通过倾析去除。可替代地，可以通过使用乳油分离器的离心在较高温度去除脂肪，或可以通过任何其他适宜的程序实现分离的蛋白质水溶液的脱脂。一旦脂肪已被去除，低芥酸菜子蛋白质水溶液就可以通过过滤得到进一步澄清。从低芥酸菜子蛋白质水溶液中回收的低芥酸菜子油可以进行加工，以在低芥酸菜子油的商业应用中使用。
[0017]可替代地，可以通过任何适宜程序，例如使用三相倾析器，将低芥酸菜子蛋白质水溶液同时与油相和残留低芥酸菜子种子材料分离。随后，可以通过过滤得到进一步澄清低芥酸菜子蛋白质水溶液。
[0018]低芥酸菜子蛋白质水溶液可以用任何合适的消泡剂例如食物级别的非基于硅酮的消泡剂进行处理，以减少在进一步加工时形成的泡沫的体积。采用的消泡剂的数量一般为大于约0.0003% w/v。可替代地，所述数量的消泡剂可以在提取步骤中加入。
[0019]低芥酸菜子蛋白质水溶液可以用吸附剂例如粉状活性炭、粒状活性炭或聚乙烯吡咯烷酮进行处理，以去除有颜色和/或有气味的化合物。此类吸附剂处理可以在任何适宜条件下执行，一般在分离的蛋白质水溶液的环境温度。对于粉末活性炭，采用约0.025% -约5% w/v的量,优选约0.05% -约2% w/v的量。当聚乙烯卩比咯烧酮用作颜色吸附剂时，可以使用约0.5% -约5% w/v的量，优选约2% -约3% w/v的量。可以通过任何适宜方式，例如通过过滤，将吸附剂从低芥酸菜子蛋白质溶液去除。
[0020]如果纯度足够，则可以将所得的低芥酸菜子蛋白质水溶液直接干燥，以产生低芥酸菜子蛋白质产物。为了提供具有降低的杂质含量和减少的盐含量的低芥酸菜子蛋白质产物，例如低芥酸菜子蛋白质分离物，可以在干燥前如下所述加工所述低芥酸菜子蛋白质水溶液。
[0021]随后可以使低芥酸菜子蛋白质水溶液浓缩，以增加其蛋白质浓度，同时维持其离子强度基本上恒定。一般实现此类浓缩，以提供具有至少约50 g/L，优选至少约200 g/L的蛋白质浓度的浓缩的低芥酸菜子蛋白质溶液。
[0022]浓缩步骤可以以与分批或连续操作相容的任何适宜方式实现，例如通过采用任何适宜的选择性膜技术，例如超滤或渗滤，使用具有合适分子量截断(MWCO)的膜例如中空纤维膜或螺旋缠绕膜，顾及不同膜材料和构型，所述分子量截断例如约3，000 -约1，000, 000道尔顿，优选约5，000 -约100，000道尔顿，并且对于连续操作，尺寸确定为当蛋白质水溶液经过膜时允许所需浓缩程度。
[0023]如众所周知，超滤和相似的选择性膜技术允许低分子量种类从中经过，同时阻止较高分子量种类从中经过。低分子量种类不仅包括钙盐的离子种类，而且还包括从来源材料提取的低分子量材料，例如碳水化合物、色素、低分子量蛋白质和抗营养因子。膜的分子量截断通常是顾及不同膜材料和构型而选择为确保显著比例的蛋白质保留在溶液中，同时允许污染物经过。
[0024]随后可以对浓缩的低芥酸菜子蛋白质溶液实施使用水或稀释盐水溶液的渗滤步骤。渗滤溶液可以处于其天然pH、等于待渗滤的蛋白质溶液pH的pH或在3 - 11之间的任何pH值。此类渗滤可以使用约1-约40体积的渗滤溶液实现，优选约2-约25体积的渗滤溶液。在渗滤操作中，通过与渗透物(permeate) —起经过膜从浓缩的低芥酸菜子蛋白质溶液去除进一步数量的污染物。可以实施渗滤操作直至没有显著进一步数量的污染物或可见颜色存在于渗透物中，或直至渗余物已充分纯化，以便在干燥时提供具有至少约90重量％ (N X 6.25) d.b的蛋白质含量的低芥酸菜子蛋白质分离物。此类渗滤可以使用与用于浓缩步骤相同的膜实现。然而，若需要，则渗滤步骤可以使用具有不同分子量截断的单独的膜实现，考虑不同膜材料和构型，例如具有约3，000 -约1，000, 000道尔顿范围中的分子量截断的膜，优选约5，000 -约100，000道尔顿。
[0025]可替代地，渗滤步骤可以应用于浓缩前的低芥酸菜子蛋白质水溶液或部分浓缩的低芥酸菜子蛋白质水溶液。渗滤也可以在浓缩过程期间的多个点上应用。当渗滤在浓缩前应用或应用于部分浓缩的溶液时，所得到的经渗滤的溶液随后可以另外进行浓缩。
[0026]在此，浓缩步骤和渗滤步骤可以以这样的方式实现，使得随后回收的低芥酸菜子蛋白质产物含有小于约90重量％蛋白质(N X 6.25) d.b.，例如至少约60重量％蛋白质(N X 6.25) d.b.。通过部分浓缩和/或部分渗滤所述低芥酸菜子蛋白质水溶液，可能仅部分地去除污染物。这种蛋白质溶液随后可以进行干燥，以提供具有较低纯度水平的低芥酸菜子蛋白质产物。
[0027]在渗滤步骤的至少部分过程中，抗氧化剂可以存在于渗滤介质中。所述抗氧化剂可以是任何适宜的抗氧化剂，例如亚硫酸钠或抗坏血酸。在渗滤介质中采用的抗氧化剂的量依赖于所采用的材料，并且可以从约0.01到约I重量％变化，优选约0.05重量％。抗氧化剂用于抑制低芥酸菜子蛋白质溶液中存在的酚类的氧化。
[0028]任选的浓缩步骤和任选的渗滤步骤可以在任何适宜的温度实现，一般为约2V -约60°C，优选约20°C -约35°C，并且进行实现所需的浓缩和渗滤程度的时间段。所使用的温度和其他条件在某种程度上依赖于用于实现膜加工的膜设备、所需的溶液的蛋白质浓度和污染物向渗透物移动的效率。
[0029]需要时，可以通过任何适宜的方式，例如过滤，精制任选浓缩且任选渗滤的低芥酸菜子蛋白质溶液，以去除任何残留微粒。
[0030]若需要，则可以对任选浓缩且任选渗滤的低芥酸菜子蛋白质溶液实施进一步的脱脂操作，如美国专利号5，844，086和6，005, 076中所述。可替代地，任选浓缩且任选渗滤的低芥酸菜子蛋白质溶液的脱脂可以通过任何其他适宜的程序实现。
[0031]作为上述吸附剂处理的替代方案，可以对任选浓缩且任选渗滤的低芥酸菜子蛋白质溶液实施吸附剂处理。在此，可以使用粉状活性炭以及粒状活性炭(GAC)或聚乙烯吡咯烷酮。
[0032]吸附剂处理步骤可以在任何适宜的条件下执行，一般在任选浓缩且任选渗滤的低芥酸菜子蛋白质溶液的环境温度。对于粉状活性炭，可以使用约0.025%-约5%w/v，优选约0.05% -约2% w/v的量。当聚乙烯吡咯烷酮用作颜色吸附剂时，可以使用约0.5% -约5% w/v,优选约2%-约3% w/v的量。可以通过任何适宜的方式,例如通过过滤,从任选浓缩且任选渗滤的低芥酸菜子蛋白质溶液去除吸附剂。
[0033]可以对任选浓缩且任选渗滤的低芥酸菜子蛋白质溶液实施巴氏灭菌，以减少微生物负荷。这样的巴氏灭菌可以在任何所需的巴氏灭菌条件下实现。一般地，使任选浓缩且任选渗滤的低芥酸菜子蛋白质溶液加热至约55°C -约70°C的温度，优选约60°C -约65°C，进行约30秒-约60分钟，优选约10 -约15分钟。随后可以冷却巴氏灭菌的蛋白质溶液以用于如下所述的进一步加工，优选冷却至约25°C -约40°C的温度。
[0034]随后可以通过任何适宜的技术，例如喷雾干燥或冷冻干燥，将由任选的浓缩步骤、任选的渗滤步骤、任选的吸附剂处理步骤、任选的脱脂步骤和任选的巴氏灭菌步骤而产生的低芥酸菜子蛋白质溶液干燥成干燥形式，以提供具有至少约60重量％ (N X 6.25)d.b.的蛋白质含量的低芥酸菜子蛋白质产物，优选具有至少约90重量％蛋白质(N X 6.25)的蛋白质含量的低芥酸菜子蛋白质分离物，优选至少约100重量％蛋白质(N X 6.25)。
[0035]通过本文描述的程序获得的低芥酸菜子蛋白质产物的蛋白质概况可以受到在提取步骤中利用的低芥酸菜子蛋白质来源的加工史影响。低芥酸菜子蛋白质来源的加工，例如由低芥酸菜子油料种子生产低芥酸菜子粉，特别是使材料暴露于升高温度，可以减少提取的蛋白质的数量且影响提取的蛋白质种类比例。如果低芥酸菜子蛋白质来源在高温提取以形成低芥酸菜子蛋白质溶液，则可以观察到类似效应。通过本文描述的程序获得的低芥酸菜子蛋白质产物可以由任何比例的2S、7S和/或12S蛋白质构成。优选地，低芥酸菜子蛋白质产物含有大致相等比例的2S和7S，伴随较小含量的12S。此类蛋白质概况提供必需氨基酸的供应，这导致产物的高营养价值。
[0036]本文采用的程序提供具有低植酸含量的低芥酸菜子蛋白质产物，所述低植酸含量一般小于约1.5重量％,优选小于约0.5重量％。
实施例
[0037]实施例1:
这个实施例举例说明了在中试规模上由低芥酸菜子粉生产低芥酸菜子蛋白质产物。
[0038]使60 kg低芥酸 菜子粉与600 L的0.15 M CaCl2溶液在环境温度组合，并且搅动30分钟以提供蛋白质水溶液。通过离心去除残留固体，以生产具有‘b’重量％的蛋白质含量的‘a’ L离心滤液(centrate)。
[0039]通过在约‘e’ °C的温度操作，在具有100，000道尔顿分子量截断的聚醚砜(PES)膜上浓缩，使‘c’ L的离心滤液的体积减少至‘d’ L0在这一点上，用‘g’ L的RO水渗滤具有‘f’重量％的蛋白质含量的蛋白质溶液，其中渗滤操作在约‘h’ °C进行。随后使所得到的经渗滤的溶液在约‘i’ °C进一步浓缩，以提供‘ j’ kg的具有‘k’重量％的蛋白质含量的经渗滤的浓缩蛋白质溶液，这代表‘I’重量％的起始离心滤液的得率。将经渗滤的浓缩蛋白质溶液在‘m’ °〇巴氏灭菌‘η’分钟，随后干燥以获得发现具有‘o’重量％ (N X 6.25) d.b的蛋白质含量的产物。将该产物命名为‘P’ C702。
[0040]参数‘a’至‘P，详述在下表1中。
【权利要求】
1.一种制备具有基于干重(d.b.)至少约60重量％ (N X 6.25)的蛋白质含量的低芥酸菜子蛋白质产物的方法，其包括: (a)使用钙盐水溶液从低芥酸菜子种子或低芥酸菜子油料种子粉提取低芥酸菜子蛋白质，以提供低芥酸菜子蛋白质水溶液， (b)如果对低芥酸菜子种子进行提取，则将所述低芥酸菜子蛋白质水溶液与用尽的低芥酸菜子油料种子粉或残留的种子材料和油分离， (C)任选地浓缩所述分离的低芥酸菜子蛋白质水溶液， (d)任选地渗滤所述浓缩的低芥酸菜子蛋白质溶液，和 (e)任选地干燥所述浓缩且渗滤的低芥酸菜子蛋白质溶液，以提供具有至少约60重量％ (N X 6.25) d.b.的蛋白质含量的低芥酸菜子蛋白质产物。
2.权利要求1的方法，其中所述钙盐水溶液是氯化钙水溶液。
3.权利要求1的方法,其中所述钙盐水溶液的浓度小于约1.0 M，优选约0.1 -约0.15M0
4.权利要求1的方法，其中所述提取步骤在约TC-约100°C的温度实现，优选约15°C -约 75°C，更优选约 15°C -约 35°C。
5.权利要求1的方法，其中所述提取步骤在约3-约11，优选约4.5 -约7.0的pH实现。`
6.权利要求1的方法，其中所述钙盐水溶液含有抗氧化剂。
7.权利要求6的方法，其中所述钙盐水溶液中的抗氧化剂浓度为约0.01 -约I重量％，优选约0.05重量％。
8.权利要求1的方法，其中由所述提取步骤产生的所述蛋白质水溶液具有约5-约50g/L，优选10 -约50 g/L的蛋白质浓度。
9.权利要求1的方法，其中至少部分地去除在与残留的低芥酸菜子蛋白质来源分离后，在所述低芥酸菜子蛋白质水溶液中存在的脂肪。
10.权利要求1的方法，其中从所述低芥酸菜子蛋白质水溶液同时去除油和残留的低芥酸菜子来源材料。
11.权利要求1的方法，其中用吸附剂处理由所述分离步骤产生的所述低芥酸菜子蛋白质水溶液，以去除有颜色和/或有气味的化合物。
12.权利要求1的方法，其中实现所述浓缩步骤，以提供具有至少约50g/L，优选至少约200 g/L蛋白质浓度的浓缩的低芥酸菜子蛋白质溶液。
13.权利要求1的方法，其中利用具有约3,000-约1，000，000道尔顿，优选约5,000 -约100，000道尔顿的分子量截断的膜，通过超滤实现所述浓缩步骤。
14.权利要求1的方法，其中使用1- 40体积的渗滤溶液，优选2-25体积的渗滤溶液实现所述渗滤步骤，对于至少部分的所述渗滤步骤，任选地在抗氧化剂的存在下进行。
15.权利要求14的方法，其中使用具有约3,000-约1，000，000道尔顿，优选约5，000 -约100，000道尔顿的分子量截断的膜实现所述渗滤步骤。
16.权利要求14的方法，其中在所述浓缩步骤前，对部分浓缩的低芥酸菜子蛋白质溶液或对完全浓缩的低芥酸菜子蛋白质溶液实施渗滤。
17.权利要求12和权利要求14的方法，其中所述浓缩步骤和/或所述渗滤步骤在约2°C -约60°C，优选约20°C -约35°C的温度实现。
18.权利要求1的方法，其中将所述任选浓缩且任选渗滤的低芥酸菜子蛋白质溶液精制，以去除残留微粒。
19.权利要求1的方法，其中用吸附剂处理所述任选浓缩且任选渗滤的低芥酸菜子蛋白质溶液，以去除有颜色和/或有气味的化合物。
20.权利要求1的方法，其中通过在约55°C-约70°C的温度加热约30秒-约60分钟，优选在约60°C -约65°C的温度加热约10 -约15分钟，将所述任选浓缩且任选渗滤的低芥酸菜子蛋白质溶液巴氏灭菌。
21.权利要求1的方法，其中将所述任选浓缩且任选渗滤的低芥酸菜子蛋白质溶液干燥，以提供具有至少约90重量％ (N X 6.25)，优选至少约100重量％ (N x 6.25)的蛋白质含量的低芥酸菜子蛋白质产物。
22.—种低芥酸菜子蛋白质产物，其通过权利要求1的方法生产。
23.权利要求22的低芥酸菜子蛋白质产物，其具有小于约1.5重量％，优选小于约0.5重量％的植酸含量。``
【文档编号】A23J1/14GK103796529SQ201280032059
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年6月26日 优先权日:2011年6月29日
【发明者】R.维拉森, M.施维策尔, K.I.塞加尔 申请人:伯康营养科学(Mb)公司