从含油种子提取蛋白质的方法
【专利说明】从含油种子提取蛋白质的方法 发明领域
[0001] 本发明涉及从含油种子（Oil seed)粗粉（meal)、优选从冷压的含油种子粗粉 选择性地优先于油提取蛋白质，以生产中间水性蛋白质溶液（intermediate aqueous protein solution)，所述中间水性蛋白质溶液适合制备由天然蛋白质构成的蛋白质分离 物。
[0002] 发明背景
[0003] 含油种子（例如，向日葵、油菜籽（rapeseed)/加拿大油菜籽（canola)、芥菜籽、 玉米种子、亚麻籽）和大豆通常不仅是食用油的极好来源，而且还是蛋白质的极好来源。例 如，加拿大油菜籽是世界上最大的含油种子作物之一，其被认为是第三位的最丰富的食用 油来源。
[0004] 传统上，对于具有相对高的油含量（基于干物质> 35%，油菜籽约40% )的材 料而言，使用机械压榨和溶剂提取的组合来有效提取油[Rosenthal等人，Enzyme and Microbial Technology 19(1996)402-420]。提取油之后，对经压榨的材料进行热处理 以除去溶剂，从而产生油和蛋白质含量分别为干物质的1-5%和40-50%的饼（cake)。 虽然所述饼具有相对高的蛋白质含量，但油提取期间所应用的苛刻条件（即，提高的温 度、溶剂）显著降低了存在的蛋白质的质量。这些苛刻条件导致蛋白质变性，从而负面 影响所纯化的蛋白质的功能性质[Khattab等人，LWT-Food Science and Technology 42(2009) 1119-1124]，从而降低了它们的价值。这些油提取条件不利于蛋白质的质量这一 认识是支持冷压技术改进的因素之一。在冷压期间，不使用溶剂且在温和条件下榨出油，从 而产生质量更好的油和质量更高的含油种子压榨的粗粉。
[0005] 这种粗粉具有相对高的油含量（基于干物质，通常>8%，例如>10% )，且是功能 性得到保留的蛋白质的极好来源。可通过例如水性提取容易地从粗粉中提取这些蛋白质 [Rosenthal 等人，Enzyme and Microbial Technology 19(1996)402_420, Rosenthal 等 人，Trans IChemE, Part C, 76 (1998) 224-230 和 Lawhon 等人，Journal of Food Science 46(1981)912-916]。这类工艺的最大挑战之一是：在提取期间，蛋白质和油被同时提取 [Rosenthal 等人，Trans IChemE, Part C, 76 (1998) 224-230]。这导致含有显著量油的提取 物，所述油在大多数情况下部分作为稳定乳剂存在，从而使其去除相当困难。
[0006] 本发明通过证明可通过使用温和提取方法选择性提取蛋白质来生产富含蛋白质 且几乎（practically)不含脂肪的提取物解决了这个挑战。以下将更详细解释：温和提取 方法是在提取期间产生最低剪切至不产生剪切的提取方法，这对于选择性提取蛋白质而基 本上不提取脂肪很重要。
[0007] 对于从基于干物质具有至少8%油含量的含油种子粗粉中提取蛋白质而言，本发 明的方法特别有用。
[0008] US 2012/0252065描述了从含油种子粗粉制备蛋白质分离物和水解的蛋白质浓缩 物的水性方法。将含油种子粗粉与水性溶剂混合以形成浆体。根据图4A，所使用的混合时 间是1小时，从而导致中间蛋白质水性蛋白质溶液中不期望的脂肪与蛋白质之比。
[0009] US 6, 005, 076描述了制备蛋白质分离物的方法，其包含多个步骤。蛋白质提取通 过将含油种子粗粉与盐溶液混合并在76rpm下混合/搅拌来进行。根据说明书，蛋白质提 取具有在加拿大油菜籽粗粉中溶解一定脂肪的额外效果，这导致脂肪存在于含水相中。其 它步骤之一是从含水相中除去脂肪。
[0010] Klockeman 等人（1997, J. Agric. Food Chem，45, 3867-3870, Isolation and characterization of defatted canola meal protein)描述了通过在 180_200rpm下揽动 60分钟来从商业化己烷脱脂加拿大油菜籽粗粉中提取蛋白质。
[0011] W0 95/27406描述了通过将基于脱脂（不含脂肪）大豆的材料悬浮在水中并使悬 浮物经受酶处理来生产基于膳食大豆的产品的方法。
[0012] GB 2461093描述了从油质植物材料制备植物蛋白质浓缩物的方法，其包括使用非 极性溶剂（例如己烷）和使用乙醇。
[0013] GB 1 502 959描述了通过使用有机溶剂处理脱油的油质种子材料以生产蛋白质 浓缩物和提取物溶液的方法。
[0014] Rosenthal 等人（I"8, Trans iChemE,第 76 期，C 部分，Simultaneous aqueous extraction of oil and protein from soybean:mechanisms for process design)石开究 了从大豆粉水性提取油和蛋白质。蛋白质和油的提取率显示出密切相关。图10显示了搅 动速度对从大豆粉提取油和蛋白质的影响。
【附图说明】
[0015] 图1 :作为蛋白质和油的提取率的函数的脂肪与蛋白质之比。
[0016] (A)具有基于干重（DWB)为1%的油含量、DWB为38%的蛋白质含量和92%的干 物质（DM)的脱脂油菜籽饼；
[0017] ⑶具有DWB为2. 6%的油含量、DWB为36. 2%的蛋白质含量和89. 2%的DM的 脱月旨油菜轩饼[Shahidi F, Canola and Rapeseed:Production, Chemistry, Nutrition and Processing Technology. 1990Van Nostrand Reinhold, ISBN 0-442-00295-5]；
[0018] (C)具有DWB为5%的油含量、DWB为38%的蛋白质含量和92%的DM的脱脂油菜 籽饼；
[0019] (D)具有DWB为5%的油含量、DWB为38%的蛋白质含量和92%的DM的冷压油菜 籽饼。
[0020] 实粗线：油提取率为5% ;
[0021] 短划线：油提取率为10% ;
[0022] 点划线：油提取率为20% ;
[0023] 实细线：油提取率为50% ;
[0024] 灰线：油提取率为80%。
[0025] 插图：脂肪与蛋白质之比具有低值的区域被放大。使用方程（3)来计算脂肪与蛋 白质之比（参见实验部分）。
[0026] 图2 :在搅拌的容器中期间的脂肪与蛋白质之比（也参见实施例3)。
[0027] 图3 :示意性提取柱。
[0028] 发明概沐
[0029] 在一个其实施方式中，本发明提供从含油种子粗粉生产中间水性蛋白质溶液的方 法，所述蛋白质溶液具有至少1:12的脂肪与蛋白质之比，所述方法包括：使基于干物质具 有至少8%的油含量的含油种子粗粉经受重力引起的固-液提取，以及任选地收集产生的 中间水性蛋白质溶液。
[0030] 在另一个实施方式中，本发明提供中间水性含油种子蛋白质溶液，其具有至少 1:12的脂肪与蛋白质之比。所述中间水性含油种子蛋白质溶液例如通过上述方法获得。
[0031] 在又一实施方式中，本发明提供最低剪切条件（例如重力引起的固_液提取）在 从含油种子粗粉中选择性地优先于油提取蛋白质中的用途。
[0032] 本发明还提供获得含油种子蛋白质分离物的方法，所述方法包括浓缩和沉淀（使 用标准的方法学）中间水性含油种子蛋白质溶液。
[0033] 发明详沐
[0034] 本发明证明，可通过使用温和提取方法选择性提取蛋白质来从压榨的含油种子粗 粉中提取富含蛋白质且几乎不含脂肪的提取物。温和提取方法是在提取期间产生最低剪切 至不产生剪切的提取方法，这对于选择性提取蛋白质而基本上不提取脂肪很重要。
[0035] 通过多步骤方法来生产含油种子蛋白质分离物。一般而言，这种从含油种子生产 蛋白质分离物的方法包括：
[0036] _获得含油种子
[0037] _对含油种子进行筛选、清洗和任选地脱壳
[0038] -从脱壳的含油种子中至少部分地（溶剂或冷）提取油，产生油产物和至少部分脱 脂的含油种子粗粉
[0039] -使所述油产物与所述部分脱脂的含油种子粗粉分离
[0040]-提取所述部分脱脂的含油种子粗粉以使所述部分脱脂的含油种子粗粉中的蛋白 质溶解，这通常也使所述部分脱脂的含油种子粗粉中的（部分）剩余脂肪溶解
[0041] _将水性蛋白质溶液与残留的含油种子粗粉分离以获得中间水性蛋白质溶液；如 上文所概述，这种溶液通常包含共提取的脂肪，因此，在总体生产方法的这个阶段，脂肪与 蛋白质之比通常远高于〇. 5%
[0042] -使产生的中间水性蛋白质溶液经受这样的步骤，例如：
[0043] ?色素去除步骤和/或脂肪去除步骤（这些步骤的顺序可颠倒）
[0044] _浓缩获得的蛋白质溶液以增加蛋白质浓度
[0045] _另外的脂肪去除步骤
[0046] _干燥浓缩的蛋白质溶液以获得含油种子蛋白质分离物；或者，通过改变包括温 度、PH、离子强度、盐浓度和/或溶剂的因素使溶液中的蛋白质沉淀，使蛋白质沉淀物沉降， 使沉淀的蛋白质与残留的含水相分离，以及干燥蛋白质以获得含油种子蛋白质分离物。 [0047] 在油菜籽的情况下，通常利用稀释来使蛋白质沉淀，例如利用冷水稀释以降低所 有组分的溶解度，或进行稀释以将离子强度降至最低，从而降低在相对高的离子强度下可 溶的那些组分的溶解度。
[0048] 或者，直接洗涤并干燥浓缩的蛋白质（即，不沉淀）。
[0049] 根据所使用的确切条件和源材料（即，特定的含油种子粗粉），并非所有步骤都需 要执行且一些步骤可以以不同的顺序执行。此外，并非所有步骤都需要立即和在相同场所 执行。通常，在一个场所中从含油种子提取油（油制造商），且在另一个场所中进行从含油 种子粗粉/饼提取蛋白质。
[0050] 为了避免任何混淆，本发明涉及获得中间水性蛋白质溶液（或者，蛋白质提取物 流或蛋白质提取物，所述术语在本文中可交换使用）的方法，所述中间水性蛋白质溶液即， 作为水性提取（部分脱脂的）含油种子粗粉之后的直接生成产物的蛋白质溶液。取决于温 和提取的类型和这种温和提取是否以分批或连续方式进行，在得到中间水性蛋白质溶液之 前可需要进行固/液提取。换言之，中间水性蛋白质溶液是包含溶解的源自（部分脱脂的） 含油种子粗粉的蛋白质的蛋白质溶液，其是提取的直接结果。中间水性蛋白质溶液是尚未 经受浓缩、沉淀和/或干燥的蛋白质级分。换言之，中间水性蛋白质溶液是在提取步骤结束 时存在于固/液混合物中的液相。为了避免任何误解，中间水性蛋白质溶液不是作为脱脂、 脱油或脱乳脂（decreaming)步骤的结果的蛋白质溶液，例如离心后获得的提取物。本文所 述的中间水性蛋白质溶液不同于现有技术的蛋白质提取方法中所产生的浆体。术语"浆体" 通常是指这样的含油种子粗粉，其已与水性溶剂充分混合（或搅动）从而形成含有溶解蛋 白质和蛋白质悬浮物、油和任选地液体中的纤维和抗营养化合物的液体。
[0051] 蛋白质中间溶液中脂肪的存在是不期望的，因为这导致部分作为稳定乳剂存在的 蛋白质提取物。此外，脂肪的存在可导致在蛋白质和脂肪/乳剂的进一步分离期间蛋白质 产物损失。中间蛋白质溶液中（高水平）脂肪的存在可导致终产物（蛋白质分离物）中相 对高的脂肪含量，这也是不期望的。本发明通过证明可通过使用温和的蛋白质提取方法选 择性提取蛋白质来生产富含蛋白质且几乎不含脂肪的提取物来解决这些问题。
[0052] 本发明提供从含油种子粗粉生产中间水性蛋白质溶液的水性方法，所述蛋白质溶 液具有至少1:12的脂肪与蛋白质之比，所述方法包括：使基于干物质具有至少8%的油含 量的含油种子粗粉在最低剪切条件下经受水性提取，优选重力引起的固_液提取，以及任 选地收集产生的中间水性蛋白质溶液。
[0053] 换言之，本发明提供从基于干物质具有至少8%的油含量的含油种子粗粉中选择 性提取蛋白质（优先于油）的方法，所述方法包括：使所述粗粉在最低剪切条件下经受