专利名称：用脱脂油料作物种子及脱脂豆类种子制取蛋白质提取物的方法
技术领域：
本发明涉及一种用脱脂油料作物种子或脱脂豆类种子，尤其脱脂黄豆，以高产率制取对人类营养具有优良应用性能的蛋白质提取物，又不以富集蛋白质和碳水化合物的废水形式产生废物的方法。
已知，用脱脂油料作物种子粉或脱脂豆类种子粉制取蛋白质提取物，需经水相碱性浸提蛋白质;分离出不溶性残留物后向所得浸出液中添加酸，在等电点沉淀出大部分蛋白质;在蛋白质沉淀后，分离成蛋白质糊及残液;在等电点用水洗涤蛋白质，并随后分离成洗涤过的蛋白质提取物和洗涤水;中和洗涤过的蛋白质提取物并予以干燥各步骤。从经济上看，使用该方法的主要问题在于耗水量大，连带又需利用分离蛋白质提取物后剩下的残液。解决此问题有几种不同可能性-将残液浓缩成浆状物或者浓缩到完全干燥，并将之用作牲口饲料成分。此方法由于能耗高和投资费用大而不合实用。
-压氧菌及/或需氧菌发酵，生成生物气体或生物物质。由于要用生物可降解的物质(2-3%)进行较大程度的稀释，并由于待处理的量大，同样需用庞大的设备和相应的巨大投资费用。
在上清液同蛋白质洗涤水汇合后直接进行回输是不可能的，这是因为一来可浸提蛋白质的收率大幅度下降，二来由于浸提条件(碱性)和沉淀条件(酸性)的交替变化和因之不得不进行的中和反应，使上清液中的盐含量增大。
因此，用脱脂油料作物种子和脱脂豆类种子制取蛋白质提取物工艺运用的原则性缺点是，只能一次性利用浸提水，而且清除废物的费用高。
本发明的目的在于，研制一种用脱脂油料作物种子和脱脂豆类种子，优先用脱脂黄豆或法国野豌豆，在实际上更为有效的条件下，以高收率和质量指标来制取蛋白质提取物的方法。
本发明以该任务为基础，创造了用脱脂油料作物种子和脱脂豆类种子制取蛋白质提取物的工艺条件，在这些条件下，不必再从工艺中输出任何水溶液。
按本发明，为用脱脂油料作物种子或脱脂豆类种子，优先用脱脂黄豆来制取蛋白质提取物，先以氢氧化钙调节碱性pH值进行浸提，然后添加磷酸，在预先沉淀出碳酸钙及/或磷酸钙并在必要时将之分离后，再在等电点沉淀蛋白质。将分离蛋白质后所产生的上清液加热到80-150℃，并在此温度下，添加氢氧化钙，除去剩余的磷酸。同时，有一部分在等电点不能沉淀的溶解蛋白质和可溶性碳水化合物共沉淀下来。经如此处理过的上清液同洗涤过蛋白质的洗涤水汇合，并作为蛋白质浸提介质回输到浸提循环中。浸提蛋白质的条件是，pH7-9，固液比1∶7至1∶12，温度20-70℃，以及浸提时间5-30分钟。正如所发现的那样，此工艺规程提供了这样的可能性，即以高收率和以在简单的浸提工艺规程后制取的合格质量的蛋白质提取物，而不使在循环中流动的浸提介质富集盐。所以，举例来说，尽管有钙离子存在，但对蛋白质的溶解度(以NSI值表示)则无不良影响，这是因为，在沉淀时，不溶性磷酸钙已首先在碱性pH范围沉淀出来，致使钙离子不能在必需的浓度再同要沉淀的蛋白质发生交互作用。在此情况下，难溶的磷酸钙又在蛋白质沉淀物中出现，并保留在其中。藉原子吸收光谱学测定的钙离子浓度，在洗涤过的蛋白质提取物中为0.34%，同时需注意的是，原始含量为0.25%。
此外，本发明预先规定，钙离子也可在本来的蛋白质沉淀之前单独除去。为此，通入气态二氧化碳，使pH值从8。0降到7.5，因为在此情况下，沉淀下来的蛋白质仅占2%。藉随后进行的蛋白质与磷酸的共沉淀，得到一蛋白质提取物，其钙离子含量为0.25%，即原始值。一般来说，该逐级沉淀工艺方法包括磷酸钙或碳酸钙和蛋白质的二级分离，但这不是必需的，因为蛋白质提取物的质量要求符合国际上推荐的要求。调节pH值所需的钙离子，也可以氧化钙或石灰水的形式来添加。是否以固态形式或悬浮液添加氧化钙或氢氧化钙在此是不重要的。
对本发明重要的是，对添加到工艺中供浸提用的上清液加热。通过加热，通常在上清液中积聚的胰蛋白酶抑制剂就会失去活性，另外也随之消了毒。如果不加热，胰蛋白酶抑制剂的活性就会在产品中不断提高。如果经短时间加热到100℃，例如藉注入蒸汽，趁热添加氢氧化钙，以调节随后进行的浸提所需的8.0pH值，则在蛋白质沉淀的同时发生剩余磷酸的沉淀。体积庞大的沉淀物同时带下一部分已溶解的种子中所含有机化物质，从而使上清液中干物质含量约减少20-30%。不需要对该沉淀物进行分离因为它可在随后的浸提级中同不溶性残余物一起予以分离。经上述加热并添加氢氧化钙处理过的热上清液(95℃)同约20℃的温热蛋白质洗涤水混合，该混合液供随后的脱脂种子粉浸提用。经与种子粉混合，产生浸提达到最高所需的温度50℃，从而对总的能量需求不必再花费附加能量。蛋白质的洗涤在pH4.5时，以这样的洗液比例进行，因浸提介质与水结合从工艺中分离出的不溶性残余物和蛋白质提取物中因含有水而引起的浸提介质亏缺可得到补偿。一般，视蛋白质分离方法而定，将洗液比调节在1∶4至1∶6。在浸提过程中，在第4次循环使用后，将经加热并添加氢氧化钙后的上清液中溶解的种子所含物质，以干物质计，达到7.0-7.5%的恒定值。该值在上清液与蛋白质洗涤水混合后，降至4%左右。
按该工艺原则制取的蛋白质提取物，不论已进行的循环次数，均含蛋白质90-92%(以干物质计)，几乎与蛋白质溶解度持平。中和过的蛋白质提取物中的NSI值在95%和100%之间。蛋白质收率同样与循环使用无关，在一次浸提时处于同在通常以氢氧化钠溶液和盐酸进行蛋白质浸提和沉淀的浸提方法情况下相当的范围之内。
因此，用本发明溶液不论在数量方面，还是在质量方面看，均是可以不受限制地制取蛋白质提取物。而且重要的优点在于，不产生废水。由于以后不再需要进行费用庞杂的上清液清除工作，因而弥补了磷酸比常规方法中所用盐酸价格较高所致的额外费用有余。此外，与迄今已知工艺相比，其优点是，水的用量减少和防止了设备的腐蚀。常规方法所用的盐酸由于会引起所谓的小孔腐蚀而必需使用高合金钢。与此相反，磷酸在钢铁部件表面形成一层难溶的磷酸铁膜层，它可防止进一步腐蚀。
从营养生理学的观点来看，还要强调，用该工艺可成功地制取少食盐或无食盐的蛋白质提取物。这是因为在浸提过程中，既无钠离子存在，又无氯离子存在。中和除了氢氧化钠溶液外同样也可用其它溶液来进行，从而从营养学观点来看，最终产品在特殊应用情况下要比按常规技术制取的更有价值。
本发明想来可用下面的两个实施例来更为详细地予以阐明。
实施例1将100KgNSI值为75的脱脂黄豆粉先悬浮于900l水中并加热到50℃。用氢氧化钙悬浮液将黄豆粉悬浮液调节到pH8.0。浸提时间为20分钟。尔后，用滗析器同不溶性残余物分离，并用盘式分离器除去浸出液中未曾分离掉的固体物。添加20%磷酸使蛋白质从所得到的澄清浸出液中沉淀出来。用喷射式分离器分离富含蛋白质的沉淀物，得到上清液和尚未洗涤过的蛋白质提取物。直接向上清液喷注蒸汽，将之加热到90℃，然而添加氢氧化钙悬浮液，直至pH值达到8.0。沉淀出来的蛋白质提取物用冷水按1∶5的比例在pH4.5时洗涤并分离。使约20℃的洗涤水同已处理过的上清液混合，并在该浸提溶液中重新悬浮脱脂黄豆粉。pH值藉添加氢氧化钙悬浮液调节到8.0，然后按如上所述继续处理。该循环可任意多次重复进行。经洗涤的蛋白质提取物用氢氧化钠溶液调至pH7.0，使之中和，必要时予以消毒并接着喷雾干燥。
表1中列出了第1、4及12次循环时的收率、浸出部分分配及质量特性。
实施例2按实施例1处理100kg脱脂黄豆粉。其中向分离出不溶性固体物后所得的浸出液中通入二氧化碳，直至pH值达7.5。用澄清分离器分离沉淀物，添加磷酸，从浸出液中沉淀出蛋白质，并用喷射式分离器进行分离。如在实施例1中那样来处理上清液，并回输到循环中。蛋白质提取物干燥物中的蛋白质含量，在第15次循环后为92.5%，钙离子含量为0.25%，而实施例1为0.34%。
表1循环浸出部分量(kg)蛋白质(%)干燥物NSITIA绝对相对①(%) mg/g绝对1.浸出液7003.9861.3处理前上清液5800.649.93.47处理后上清液5800.467.02.78洗涤水3200.151.0蛋白质提取物 32 91.2②51.4 100 43.74.浸出液7004.5361.4处理前上清液5801.3018.37.34处理后上清液5801.0214.36.72洗涤水3200.181.1蛋白质提取物 31 90.8②50.3 100 41.312.浸出液7004.8266.2处理前上清液580、1.4419.87.62处理后上清液5801.0414.27.00洗涤水3200.181.1蛋白质提取物 32 91.8②52.5 99.2 32.2(1)以黄豆粉的蛋白质含量为基准(2)以干燥物为基准关于可护护性审查结果和技术经济效益评价的报告1.该情况报告以IRZ进行的专利检索(委托号1404/75及9、3、8、7、9、9、9、9、9、3、8、7、01)为依据，该检索包括DD、DE及US诸国专利文献，以及A23C、A21D、A23J及A23L小类。
除此以外，还有选择地对各国专利文献的A23J1/14小组进行了检索DD84058-248049DE1492959-3619402US3442656-4687793SU291394-1285648WO79/00121-85/00502EP0012485-1804092.未查到与该发明主题相关的其他发明。
3.及4、该发明用脱脂油料种子粉，尤其用脱脂黄豆粉制取蛋白质提取物的解决措施提及一种浸提工艺，其中通常产生的、富集了可溶性种子所含物质的上清液，在分离蛋白质后不必从流程中排放掉。藉氢氧化钙或氧化钙同磷酸结合起来用于浸提或沉淀，随后分离出剩余的磷酸，通过添加氢氧化钙或氧化钙产生的热，为使上清液可同蛋白质洗涤水一起回输到工艺中，用来浸提蛋白质创造了先决条件。因此，保证了一种用水最少的无废产物工艺系统，因此可取消通常处理大大增加经济负担的上清液用的废水净化装置。其它优点是，避免使用盐酸作蛋白质沉淀剂，而从营养生物学角度看，则是有可能制取低盐或无盐蛋白质制剂。在重复循环使用时，尚未观察到在制取蛋白质的质量方面和数量方面有任何不利影响。有此发明，SKET公司作为蛋白质制取设备的生产者，就能以竞争企业所没有的决定性优越性挤身于市场中。因为，我们认为，这是首创的方法，可使浸提蛋白质用的水完全而任意多次重复循环使用，并可用国际上常规的制取蛋白质提取物的工艺线来实施的工艺。作为附加设备，只需安装向上清液喷注水蒸汽的加热段和各种辅助计量调节单元。
5.该发明是玛格德堡国营企业SKET和雷布吕卡ZfE之间为综合开发油料作物种子用于人类食物，按计划承担合同义务的研究工作结果。它是玛格德堡国营企业SKET和柏林INGAN许可证贸易的主要组成部分。
权利要求
1.用脱脂油料作物种子及脱脂豆类种子，经在碱性PH范围内浸提蛋白质，在等电点沉淀出大部分蛋白质，用水洗涤沉淀出来的蛋白质，接着将之中和并干燥，来制取蛋白质提取物的方法，其特征在于，添加氢氧化钙或氧化钲来调节浸提蛋白质用的水相浸提介质的碱性PH范围，在沉淀和分离碳酸钙及/或磷酸钙以后，在等电点沉淀蛋白质，将分离出蛋白质后的上清液加热到80-150℃，并在该温度下，添加碳酸钙或氧化钙以除去剩余磷酸，在这当中一部分溶于其中并在等电点不沉淀的蛋白质和溶于其中的碳水化合物共沉淀，然后使这样处理过的上清液同洗涤过蛋白质的洗涤水汇合，并作为蛋白质浸提介质回输到浸提循环中。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于，蛋白质的浸提在pH7-9，温度20-70℃，滞留时间5-30分钟及固液比1∶7至1∶12的条件下进行。
3.权利要求1及2所述的方法，其特征在于，氢氧化钙或氧化钙以固体形式或以悬浮液添加。
4.权利要求1至3所述的方法，其特征在于，沉淀逐渐进行，而且在进行沉淀时，首先添加二氧化碳，将pH值降到7.5所沉淀出来碳酸钙予以分离，并接着添加磷酸，在等电点进行蛋白质沉淀。
5.权利要求1至4所述的方法，其特征在于，钙离子同蛋白质一起藉添加磷酸进行沉淀，并分离出沉淀物。
6.权利要求1至5所述的方法，其特征在于，将上清液在加热并添加氢氧化钙或氧化钙后，同沉淀物分离，并接着同洗涤过蛋白质的洗涤水汇合。
全文摘要
本发明涉及一种用脱脂油料作物种子及脱脂豆类种子，尤其是脱脂黄豆制取蛋白质提取物的无废产物的工艺方法。按本发明，将脱脂油料作物种子粉或脱脂豆粉在氢氧化钙存在下，于碱性pH范围内进行浸提，并用磷酸使蛋白质从浸出液中沉淀下来，将分离出蛋白质后的清液加热，用氢氧化钙调节到碱性pH值，使之同洗涤过蛋白质提取物的洗涤水汇合，并重新输至浸提循环。这种回输可任意地经常重复进行，不会形成富集种子中所含物质的废水。
文档编号A23J1/14GK1041263SQ8910775
公开日1990年4月18日 申请日期1989年9月15日 优先权日1988年9月21日
发明者乔基姆·波尔, 格哈特·米西, 马齐尔格, 克里斯托福·埃弗斯曼, 里贾纳·邦克尔, 弗兰克·德特莱夫·温德, 杰拉尔德·卡斯珀斯, 弗兰克·纽珀特 申请人:马格德堡“爱恩斯特·台尔曼”国营重型机械制造联合企业