改善的豌豆白蛋白、获得其的方法及其应用与流程

文档序号:19415822发布日期:2019-12-14 00:54阅读:978来源:国知局
本发明涉及一种豌豆白蛋白,其特征在于,其乳化活性得到改善,因为它可以乳化每克白蛋白多于600ml的玉米油。本发明还涉及一种用于获得所述根据本发明的豌豆白蛋白的方法。最后,本发明涉及所述根据本发明的豌豆白蛋白在工业应用,特别是食品、化妆品和药物应用中的用途。自二十世纪70年代以来,豌豆已经成为了在欧洲并且主要在法国最广泛发展的豆科种子植物,尤其是作为动物饲料还有人类消费的食物的蛋白质资源。豌豆包含按重量计大约27%的蛋白质物质。术语“豌豆”在此被认为是其最广泛的意义,并且具体包括“光粒豌豆”的所有野生型品种以及“光粒豌豆”和“皱粒豌豆”的所有突变品种,无论所述品种通常的用途如何:人类消费的食物,动物饲料和/或其他用途。在豌豆的成分中,目前最多被开发的那些是淀粉、纤维和蛋白质,也称为惰性成分。对应的开发方法包括初始地通过在捏合机中混合豌豆粉和水来产生粉的悬浮液。在通过离心从该混合物中提取淀粉和纤维后,可获得富含蛋白质的部分或轻质部分。从该部分中,分离物是通过在其等电ph下选择性沉淀蛋白质而获得的;目标是使富含球蛋白的目的蛋白质不溶解。然后对该粉的悬浮液或“乳液”进行分离操作,特别是通过热凝固,该分离操作的目标是使由球蛋白组成的目的蛋白质不溶解。在该方法的这个阶段,有必要进行分离,特别是通过离心倾析,以便分离也称为“絮凝物”的高度富含球蛋白的组合物。该上清液构成了本领域技术人员通常称为“可溶性部分”的物质。首先应当指明的是,术语“可溶性部分”构成了语言上的误用,因为所述部分含有一定数量的不溶性颗粒(如多种多样的胶体,并且还有特别是蛋白质)。这些可溶性部分首先必须通过蒸发进行浓缩,这样使得它们含有的不溶性化合物并且尤其是蛋白质可以被回收。目前,可溶性部分的利用很少;它们几乎唯一地被用作发酵中的氮源,并且被用作家畜的营养饲料,只要所述部分富含纤维。当它发生时,必须注意这种使从最初的豌豆变成富含球蛋白的组合物(絮凝物)的整个方法的产率远不能达到100%。据估计在工业水平上,在可溶性部分中发现了按重量计在5%与25%之间的,但更通常是在大约20%的初始地包含在起始豌豆中的蛋白质。为了回收存在于该可溶性部分中的主要是白蛋白类型的该蛋白质部分,已经进行了数项工作。文献“pilotscalerecoveryofproteinsfromapeawheydischargebyultrafiltration[通过超滤从豌豆乳清排放物中试规模回收蛋白质]”(lei(leigh)gao,lebensm.-wiss.u.-technol.,第34卷,第149-158页,2001年)涉及通过离心随后进行超滤,然后在ph7下中和并喷雾干燥回收豌豆白蛋白。专利申请wo2006/052003又涉及一种用于通过膜过滤,随后通过添加碳酸钙进行中和并干燥来制备源自液体豌豆转化流出物的可溶性多肽的方法。申请人还基于以下顺序开发了专利申请wo2014/118449中描述的方法:a)离心或微滤,b)然后超滤,c)并且最后,任选地反渗透以回收富含白蛋白的部分。乳化特性常规地通过两个指标进行评估:乳化活性(ea)和乳化稳定性(es)。(boye等人2010a)。乳化活性(ea)被定义为在乳液破乳或相转化之前可以分散在含有一定量乳化剂的水性溶液中的最大油量(sherman,1995)。乳白蛋白以其高乳化活性而闻名。尽管迄今为止取得了进步,豌豆白蛋白的乳化活性是有利的,但仍低于仍然是参考的乳白蛋白部分的乳化活性。“pilotscalerecoveryofproteinsfromapeawheydischargebyultrafiltration[通过超滤从豌豆乳清排放物中试规模回收蛋白质]”(lei(leigh)gao,lebensm.-wiss.u.-technol.,第34卷,第149-158页,2001年)在其表3中教导,豌豆白蛋白的乳化活性或乳化能力远低于大豆或乳:其中乳化活性小于鸡蛋白蛋白的一半。在本文中还应注意,起泡能力,也就是说产品形成泡沫的倾向,就其本身而言是极好的,但这种对某些应用可能是有利的特性不利于在本发明的背景下寻求的特性。实际上,当这些化合物必须经历膜过滤步骤时,泡沫的形成可能是有问题的,然后必须进行化学消泡剂的添加。由于这种较低的乳化活性,豌豆白蛋白不能完全替代乳蛋白,并且特别是在一些食品应用中,如冷切或咖啡增白剂,或甚至某些医药或化妆品应用中的乳白蛋白。已经提出了几种改善这种乳化活性的方法。“foamingandemulsifyingpropertiesofpeaalbuminfractionsandpartialcharacterisationofsurface-activecomponents[豌豆白蛋白部分的起泡和乳化特性以及表面活性组分的部分表征]”(lu等人,j.sci.food.agric.[食品与农业科学杂志],80:1964-1972,2000)教导,豌豆白蛋白的乳化特性在酸性ph下最大,并且因此有必要进行复杂的分馏过程,以便得到称为pa2的亚部分以改善豌豆白蛋白的乳化特性。其他复杂且昂贵的策略涉及例如酶促水解或化学修饰。然而,这些方法仍然是复杂且昂贵的。值得称赞的是,申请人已经知道如何分离具有改善的乳化特性的豌豆白蛋白,设计了一种简单的方法来获得它,并开发了到现在为止用先前已知的植物白蛋白无法实现的使用所述改善的豌豆白蛋白的食品、化妆品和药物应用。因此,本发明的第一个主题由一种豌豆白蛋白组成,其特征在于其乳化活性是每克白蛋白大于600ml的玉米油。优先地,该乳化活性将是每克白蛋白大于800ml的玉米油。更优先地,该乳化活性将是每克白蛋白大于1000ml的玉米油。在本申请中,术语“豌豆白蛋白”旨在意指在豌豆的各种成分的水性分级过程中提取的水溶性蛋白质部分(参见例如申请人的专利ep1400537)。乳化活性被定义为在乳液破乳或相转化之前可以分散在含有一定量乳化剂的水性溶液中的最大油量(sherman,1995)。为了对其进行量化,申请人开发了一种测试,该测试使得可以容易、快速且可重复地对其进行量化。此方法包括进行以下步骤:1.将0.2g产品样品分散在20ml水中。2.用ultraturaxikat25装置以9500转/分钟(rpm)的速度将溶液均质化持续30秒。3.在与前一步骤2相同的条件下,在均质化下加入20ml由嘉吉公司(cargill)以名称amphora销售的玉米油。4.在3100g下离心5分钟。a.如果获得了良好的乳液,也就是说乳液没有破乳或相转化,则从步骤1再次开始测试,其中水和玉米油的量增加50%。b.如果获得了不良的乳液,例如乳液的相分离、破乳或相转化,则从步骤1再次开始测试,其中水和玉米油的量减少50%。因此,迭代地确定可以乳化的最大油量(qmax,以ml为单位)。因此,乳化活性是每克产品可以乳化的玉米油的最大量。乳化活性=(qmax/0.2)×100本发明的第二个主题由一种用于处理豌豆可溶性部分的方法组成,该方法使得可以获得豌豆白蛋白,该方法包括:a.提供豌豆可溶性部分,b.随后是对该豌豆可溶性部分进行真空脱气的步骤,c.随后是该脱气的可溶性部分的微滤或离心以得到微滤渗透物或离心上清液的步骤,d.随后是先前的微滤渗透物或先前的离心上清液的超滤以得到超滤渗余物的步骤,e.随后是该超滤渗透物的反渗透以得到来源于该反渗透的渗透物和渗余物的任选步骤,f.随后中和在步骤d)或e)期间获得的渗余物的ph,g.随后uht热处理步骤f)的中和的渗余物,h.随后干燥步骤g)的热处理的渗余物。因此,第一步骤由提供豌豆可溶性部分组成。术语“豌豆可溶性部分”旨在意指从豌豆粉的水性乳液中提取淀粉、内部纤维和球蛋白后获得的残留溶液(参见例如申请人的专利ep1400537)。因此,第二步骤由真空脱气步骤组成。这里的目的是通过真空处理除去豌豆可溶性部分的溶解气体。适合的装置可以是例如spxderox滑道。使可溶性部分经受例如在45℃与55℃之间,优选大约50℃的入口温度,并经受低压条件。所施加的“真空”例如对应于在0.05巴与0.15巴之间,优先大约0.1巴的压力。该步骤使得可以省去常规进行的降低白蛋白功能特性的消泡剂的添加。根据本发明的方法的第三步骤是微滤或离心步骤,该步骤直接对源自前一步骤的脱气的豌豆可溶性部分进行。该步骤具体地具有分离富含白蛋白的蛋白质部分的目标。当第三步骤是离心时,本领域技术人员可以使用任何用于利用离心力进行分离的设备,如离心机、卧式倾析器、平板离心机或沉降盘离心机。当第三步骤是微滤时,优选地是切向膜微滤。更具体地,切向微滤优选地是用具有0.01μm至1μm,优选0.05μm至0.5μm的孔隙度的陶瓷膜进行的。任选地,通过本领域技术人员已知的任何技术,该微滤或离心步骤之前可以是这些包含在淀粉植物的可溶性部分中的不溶性颗粒的絮凝步骤。根据本发明的方法的第四步骤由超滤步骤d)组成,该步骤对微滤渗透物或对离心上清液进行。在一方面,其使得可以获得富含白蛋白的超滤渗余物,并且在另一方面,可以获得富含糖和盐的超滤渗透物。任选地,可以在该超滤步骤的上游添加任选的浓缩步骤,这使得可以减少水的量并有利于超滤步骤。为此,本领域技术人员可以例如使用蒸发器或反渗透。更具体地,建议用截留阈值在5与20千道尔顿(kda)之间,优选5或10kda的膜进行超滤,保持跨膜压低于4巴。然后,根据本发明的方法可以包括任选的第五步骤:它是对超滤渗透物进行的反渗透。申请人建议用氯化钠截留率在氯化钠截留率的97%与99.9%之间的膜进行该渗透。第六步骤由在搅拌下通过加入碱来中和前一步骤的渗余物组成。优先地,将渗余物调节至在6与8之间。更优先地,将渗余物的ph调节至在6.5与7.5之间。优先地,所使用的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾或氨水。更优先地,所使用的碱是氢氧化钠。应当注意,应避免使用碳酸盐,因为它对所获得的白蛋白部分的味道具有有害作用。第七步骤由uht热处理先前中和的渗余物组成。处理温度在130℃与150℃之间,优先140℃。处理时间在5与15秒之间,优先10秒。第八步骤是通过本领域技术人员已知的任何技术最终干燥渗余物。优先地,将使用单级喷雾干燥器。本发明的第三个也是最后一个主题由所述豌豆白蛋白的用途组成,以便在非乳制咖啡增白型食品应用中乳化大量油,特别是在乳蛋白被完全替代的情况下;用于临床营养的富含蛋白质和脂质的uht饮料,尤其是完全或部分替代乳蛋白;或冰淇淋,尤其是完全或部分替代乳蛋白。根据本发明的白蛋白还使得可以设想在药物和化妆品领域中的应用。下列实例使得可以更好地说明本申请,然而并不限制其范围。实例实例1该实例说明了根据现有技术wo2014/118449的豌豆白蛋白(将其称为pa)的生产。第一步骤是获得豌豆可溶性部分。通过在配备有100pm网格的alpine锤磨机上研磨去皮饲用豌豆初始地制备豌豆粉。然后将300kg固体含量为87%的粉在水中浸泡至基于干基的25%最终浓度,ph6.5。然后将1044kg固体含量为25%的粉悬浮液(即,因此为261kg干粉)与500kg水一起引入14级水力旋流器组中。其在第5级处进料粉悬浮液。该分离导致获得对应于第1级输出物的轻质相。其由蛋白质、内部纤维和可溶性物质的混合物组成。水力旋流器出口处的该轻质含有混合物,总计142kg基于干基:纤维,按重量计大约14.8%,即21kg基于干基;蛋白质;按重量计大约42.8%,即60.8kg基于干基;以及可溶性物质,按重量计大约42.4%,即60.2kg基于干基。该部分具有11.4%的固体含量。在工业马铃薯淀粉加工装置中使用的westfalia型离心倾析器上分离纤维。离心倾析器出口处的轻质相含有蛋白质和可溶性物质的混合物,而重质相含有豌豆纤维。重质相含有105kg纤维,这些纤维具有20%固体含量。应当注意,几乎所有纤维实际上都发现于这部分中。就蛋白质和可溶性物质部分而言,其含有1142kg可溶性物质和蛋白质的溶液混合物(具有6%固体含量的部分)。通过将离心倾析器出口处的轻质相调节至ph4.5并在50℃下加热,使蛋白质在其等电点处絮凝。使由此絮凝的蛋白质在熟化罐中留置10分钟。在蛋白质沉淀后,进行离心倾析,这使得可以在干燥后回收固体含量为93%的含有56kg球蛋白型蛋白质(86%nx6.25基于干基)的沉淀物,以及含有白蛋白、糖和盐的可溶性部分,该可溶性部分每100g含有2.5g固体,其中27%是蛋白质。然后,将该豌豆可溶性部分泵送通过配备有孔隙率为0.14μm(19个4.5mm的通道)的inside型陶瓷膜的微滤装置。通过过滤,将温度调节至60℃并且跨膜压被保持在0.4与0.6巴之间的值。因此,回收了707升含有2.5g/100g固体的微滤渗透物和1768升含有2.5g/100g固体的微滤渗余物。将550升的微滤渗透物泵送通过超滤装置。该超滤装置配备有bx型陶瓷膜,该陶瓷膜由诺华赛(novasep)公司销售,并且具有15kda的截留阈值(7个6mm的通道)。通过过滤,将温度调节至60℃并且跨膜压被保持在1与3巴之间的值。因此,回收了467升含有2.2g/100g固体的超滤渗透物和33升渗余物。在单级喷雾干燥器类型的喷雾干燥塔上喷雾干燥pa超滤渗余物。入口温度设定点为190℃,并且出口温度在85℃与90℃之间。最终白蛋白部分(喷雾干燥的pa超滤渗余物)的组成在下表中给出:固体含量93.9%蛋白质含量(nx6.25)97g/100g的固体灰分含量0.1g/100g的固体实例2该实例说明了根据本发明的豌豆白蛋白(我们将其称为pa_inv)的生产。直到根据实例1的第一段中描述的步骤获得豌豆可溶性部分之前,该方法是相似的。首先将由此获得的豌豆可溶性组分经过spxderox滑道脱气。所述spxderox滑道的控制参数如下:供给压力巴0.88出口压力巴2.73t℃供给℃50.5t℃出口℃42.8t℃冷凝器℃37真空设定点巴0.1储罐液位设定点%60撤回至na7的流量l/h750入口溶解的o2mg/l9出口溶解的o2mg/l0.1通过测量入口和出口处的溶解氧验证正确的脱气。然后,将该脱气的豌豆可溶性部分泵送通过配备有孔隙率为0.14μm(19个4.5mm的通道)的inside型陶瓷膜的微滤装置。通过过滤,将温度调节至60℃并且跨膜压被保持在0.4与0.6巴之间的值。将渗透物泵送通过超滤装置。该超滤装置配备有bx类陶瓷膜,该陶瓷膜由诺华赛公司销售,并且具有15kda的截留阈值(7个6mm的通道)。通过过滤,将温度调节至60℃并且跨膜压被保持在1与3巴之间的值。进行由重复3次组成的3次渗滤,向一定体积的渗余物中添加一定体积的净化脱碳水,随后进行超滤,直到获得渗透物中的固体含量小于0.5%sc。然后在搅拌下,通过加入50%的浓缩氢氧化钠将获得的超滤渗余物校正至ph6.8。然后,对中和的超滤渗余物施加uht热处理,包括在140℃的温度下经过vomatec滑道持续约10秒钟的接触时间,并且然后在大约90℃的真空下闪蒸。最后,在单级喷雾干燥器类型的喷雾干燥塔上喷雾干燥在uht热处理的出口处获得的溶液。入口温度设定点为190℃,并且出口温度在85℃与90℃之间。将获得的豌豆白蛋白粉末称为pa_inv。其组成在下表中给出:固体含量94.4%蛋白质含量(nx6.25)94g/100g的固体灰分含量2.5g/100g的固体实例3该实例旨在描述用于测量先前在实例1(根据现有技术)和实例2(根据本发明)中获得的豌豆白蛋白的乳化活性(ea)的方案:1.将0.2g产品样品分散在20ml水中。2.用ultraturaxikat25装置以9500转/分钟(rpm)的速度将溶液均质化持续30秒。3.在与前一步骤2相同的条件下,在均质化下加入20ml由嘉吉公司以名称amphora销售的玉米油。4.在3100g下离心5分钟。a.如果获得了良好的乳液,也就是说乳液没有破乳或相转化,则从步骤1再次开始测试,其中水和玉米油的量增加50%。b.如果获得了不良的乳液,例如乳液的相分离、破乳或相转化,则从步骤1再次开始测试,其中水和玉米油的量减少50%。因此,迭代地确定可以乳化的最大油量(qmax,以ml为单位)。因此,乳化活性是每克产品可以乳化的玉米油的最大量。乳化活性=(qmax/0.2)×100实例4该实例旨在提供两种豌豆白蛋白pa(根据现有技术的实例1)和pa_inv(根据本发明的实例2)以及还有几种白蛋白、植物和乳制品以及参考市售球蛋白的比较。清楚地看到,使用根据本发明的白蛋白,成功地实现了是现有技术的豌豆白蛋白的两倍以上的乳化活性值。该新值使得可以设想与动物蛋白(如源自鸡蛋或乳的白蛋白)可能具有的应用类似的应用。实例5:根据本发明获得的白蛋白在咖啡增白剂类型的食品应用中的用途:该实例通过呈现旨在完全替代常规使用的酪蛋白酸钠的“咖啡增白剂”(咖啡的乳替代品)的生产结果,说明了由根据本发明的豌豆白蛋白提供的食品应用的可能性。各种混合物的组成在下表中给出,以最终组合物的粗重量百分比表示。为了制备它们,请遵循以下程序:·在搅拌下将椰子油加热至80℃,并添加dimodanhp以溶解甘油单酯。·将90%的水加热至50℃,并在搅拌下添加蛋白质。·将磷酸盐溶解在剩余的10%的水中。·将磷酸盐和葡萄糖浆溶液加入到装有蛋白质水性溶液的容器中。·用均质器以10000rpm将dimodanhp/油溶液预乳化5分钟。·将两种溶液在均质器中于75℃下在160巴下混合,直到获得乳化溶液。·在80℃下巴氏杀菌5秒钟。为了定量乳液质量,使用来自马尔文公司(malvern)的粒度分析仪3000测量粒度。dmode代表乳化颗粒的平均尺寸。清楚地看到,仅根据本发明的豌豆白蛋白pa_inv使得可以获得平均尺寸小于1微米的乳化颗粒。实例6:根据本发明获得的白蛋白在用于饮食营养、运动营养或临床营养的uht即饮(或rtd)饮料类型的食品应用中的用途该实例通过呈现旨在部分(大约50%)替代常规使用的酪蛋白酸钠的用于主流营养、饮食营养、运动营养或临床营养的uht即饮饮料的生产结果,说明了由根据本发明的豌豆白蛋白提供的食品应用可能性。该实例提供了包含按重量计大约10%蛋白质的组合物,但根据本发明的豌豆白蛋白也适用于蛋白质含量范围按重量计在5%与15%之间,或甚至按重量计20%的组合物。同样,更高的油含量是可能的;对于本领域技术人员而言,用根据本发明的豌豆白蛋白调整配方就足够了。考虑到根据本发明的白蛋白的乳化特性,也可以设想完全替代乳蛋白。各种混合物的组成在下表中给出,以最终组合物的重量百分比表示。为了制备它们,请遵循以下程序:·干燥混合粉末状产品(蛋白质、麦芽糖糊精和蔗糖)。·将水加热至50℃,添加先前制备的粉末混合物,用silverson高剪切混合器在50℃下以3500rpm分散30分钟,添加香草调味剂。·将卵磷脂和油放在单独的容器中;搅拌并加热至50℃。·在水合30分钟后,使用高剪切混合器将该卵磷脂/油溶液添加到第一混合物(蛋白质、麦芽糖糊精和蔗糖)中持续5分钟(10000rpm)。·分两步在200巴和75℃下均质化(第二步骤过程中为30%)。·在142℃下执行uht处理5秒。·冷却并在4℃下储存。为了定量乳液质量,使用来自马尔文公司的粒度分析仪3000测量粒度。dmode代表乳化颗粒的平均尺寸。清楚地看到,仅根据本发明的豌豆白蛋白pa_inv使得可以获得与用乳制品来源的酪蛋白获得的参考品一样好(小于1微米)的dmode。实例7:根据本发明获得的白蛋白在旨在用于日常消费的“豌豆奶”或“植物奶”类型的食品应用中的用途该实例通过呈现旨在用于日常消费的“豌豆奶”或“植物奶”类型的饮料的生产结果,说明了由根据本发明的豌豆白蛋白提供的食品应用可能性。各种混合物的组成在下表中给出。为了制备它们,请遵循以下程序:·将水和结冷胶在90℃的水中混合直到完全溶解,必要时搅拌。·冷却至70℃。·加入其他成分(油、向日葵卵磷脂和香草调味剂除外)直到完全溶解,必要时搅拌。·加热向日葵油并加入卵磷脂。·在高剪切混合器搅拌下加入油/卵磷脂混合物和香草调味剂。·使用高压均质器在270巴(第一步骤)和30巴(第二步骤)下在75℃下使溶液均质化。·在142℃下通过uht处理灭菌5秒。·包装并且在4℃下储存。为了定量乳液质量,使用来自马尔文公司的粒度分析仪3000测量粒度。dmode代表乳化颗粒的平均尺寸。清楚地看到,仅根据本发明的豌豆白蛋白pa_inv使得可以获得与用豌豆球蛋白获得的参考品一样好(小于1微米)的dmode。现有技术的豌豆白蛋白无法获得小于1微米且类似于球蛋白参考品的乳化小球的dmode:仅根据本发明的豌豆白蛋白使得可以这样做。当前第1页12
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