專利名稱：用脫脂油料作物種子及脫脂豆類種子制取蛋白質提取物的方法
技術領域：
本發明涉及一種用脫脂油料作物種子或脫脂豆類種子，尤其脫脂黃豆，以高產率制取對人類營養具有優良應用性能的蛋白質提取物，又不以富集蛋白質和碳水化合物的廢水形式產生廢物的方法。
已知，用脫脂油料作物種子粉或脫脂豆類種子粉制取蛋白質提取物，需經水相堿性浸提蛋白質;分離出不溶性殘留物后向所得浸出液中添加酸，在等電點沉淀出大部分蛋白質;在蛋白質沉淀后，分離成蛋白質糊及殘液;在等電點用水洗滌蛋白質，并隨后分離成洗滌過的蛋白質提取物和洗滌水;中和洗滌過的蛋白質提取物并予以干燥各步驟。從經濟上看，使用該方法的主要問題在于耗水量大，連帶又需利用分離蛋白質提取物后剩下的殘液。解決此問題有幾種不同可能性-將殘液濃縮成漿狀物或者濃縮到完全干燥，并將之用作牲口飼料成分。此方法由于能耗高和投資費用大而不合實用。
-壓氧菌及/或需氧菌發酵，生成生物氣體或生物物質。由于要用生物可降解的物質(2-3%)進行較大程度的稀釋，并由于待處理的量大，同樣需用龐大的設備和相應的巨大投資費用。
在上清液同蛋白質洗滌水匯合后直接進行回輸是不可能的，這是因為一來可浸提蛋白質的收率大幅度下降，二來由于浸提條件(堿性)和沉淀條件(酸性)的交替變化和因之不得不進行的中和反應，使上清液中的鹽含量增大。
因此，用脫脂油料作物種子和脫脂豆類種子制取蛋白質提取物工藝運用的原則性缺點是，只能一次性利用浸提水，而且清除廢物的費用高。
本發明的目的在于，研制一種用脫脂油料作物種子和脫脂豆類種子，優先用脫脂黃豆或法國野豌豆，在實際上更為有效的條件下，以高收率和質量指標來制取蛋白質提取物的方法。
本發明以該任務為基礎，創造了用脫脂油料作物種子和脫脂豆類種子制取蛋白質提取物的工藝條件，在這些條件下，不必再從工藝中輸出任何水溶液。
按本發明，為用脫脂油料作物種子或脫脂豆類種子，優先用脫脂黃豆來制取蛋白質提取物，先以氫氧化鈣調節堿性pH值進行浸提，然后添加磷酸，在預先沉淀出碳酸鈣及/或磷酸鈣并在必要時將之分離后，再在等電點沉淀蛋白質。將分離蛋白質后所產生的上清液加熱到80-150℃，并在此溫度下，添加氫氧化鈣，除去剩余的磷酸。同時，有一部分在等電點不能沉淀的溶解蛋白質和可溶性碳水化合物共沉淀下來。經如此處理過的上清液同洗滌過蛋白質的洗滌水匯合，并作為蛋白質浸提介質回輸到浸提循環中。浸提蛋白質的條件是，pH7-9，固液比1∶7至1∶12，溫度20-70℃，以及浸提時間5-30分鐘。正如所發現的那樣，此工藝規程提供了這樣的可能性，即以高收率和以在簡單的浸提工藝規程后制取的合格質量的蛋白質提取物，而不使在循環中流動的浸提介質富集鹽。所以，舉例來說，盡管有鈣離子存在，但對蛋白質的溶解度(以NSI值表示)則無不良影響，這是因為，在沉淀時，不溶性磷酸鈣已首先在堿性pH范圍沉淀出來，致使鈣離子不能在必需的濃度再同要沉淀的蛋白質發生交互作用。在此情況下，難溶的磷酸鈣又在蛋白質沉淀物中出現，并保留在其中。藉原子吸收光譜學測定的鈣離子濃度，在洗滌過的蛋白質提取物中為0.34%，同時需注意的是，原始含量為0.25%。
此外，本發明預先規定，鈣離子也可在本來的蛋白質沉淀之前單獨除去。為此，通入氣態二氧化碳，使pH值從8。0降到7.5，因為在此情況下，沉淀下來的蛋白質僅占2%。藉隨后進行的蛋白質與磷酸的共沉淀，得到一蛋白質提取物，其鈣離子含量為0.25%，即原始值。一般來說，該逐級沉淀工藝方法包括磷酸鈣或碳酸鈣和蛋白質的二級分離，但這不是必需的，因為蛋白質提取物的質量要求符合國際上推薦的要求。調節pH值所需的鈣離子，也可以氧化鈣或石灰水的形式來添加。是否以固態形式或懸浮液添加氧化鈣或氫氧化鈣在此是不重要的。
對本發明重要的是，對添加到工藝中供浸提用的上清液加熱。通過加熱，通常在上清液中積聚的胰蛋白酶抑制劑就會失去活性，另外也隨之消了毒。如果不加熱，胰蛋白酶抑制劑的活性就會在產品中不斷提高。如果經短時間加熱到100℃，例如藉注入蒸汽，趁熱添加氫氧化鈣，以調節隨后進行的浸提所需的8.0pH值，則在蛋白質沉淀的同時發生剩余磷酸的沉淀。體積龐大的沉淀物同時帶下一部分已溶解的種子中所含有機化物質，從而使上清液中干物質含量約減少20-30%。不需要對該沉淀物進行分離因為它可在隨后的浸提級中同不溶性殘余物一起予以分離。經上述加熱并添加氫氧化鈣處理過的熱上清液(95℃)同約20℃的溫熱蛋白質洗滌水混合，該混合液供隨后的脫脂種子粉浸提用。經與種子粉混合，產生浸提達到最高所需的溫度50℃，從而對總的能量需求不必再花費附加能量。蛋白質的洗滌在pH4.5時，以這樣的洗液比例進行，因浸提介質與水結合從工藝中分離出的不溶性殘余物和蛋白質提取物中因含有水而引起的浸提介質虧缺可得到補償。一般，視蛋白質分離方法而定，將洗液比調節在1∶4至1∶6。在浸提過程中，在第4次循環使用后，將經加熱并添加氫氧化鈣后的上清液中溶解的種子所含物質，以干物質計，達到7.0-7.5%的恒定值。該值在上清液與蛋白質洗滌水混合后，降至4%左右。
按該工藝原則制取的蛋白質提取物，不論已進行的循環次數，均含蛋白質90-92%(以干物質計)，幾乎與蛋白質溶解度持平。中和過的蛋白質提取物中的NSI值在95%和100%之間。蛋白質收率同樣與循環使用無關，在一次浸提時處于同在通常以氫氧化鈉溶液和鹽酸進行蛋白質浸提和沉淀的浸提方法情況下相當的范圍之內。
因此，用本發明溶液不論在數量方面，還是在質量方面看，均是可以不受限制地制取蛋白質提取物。而且重要的優點在于，不產生廢水。由于以后不再需要進行費用龐雜的上清液清除工作，因而彌補了磷酸比常規方法中所用鹽酸價格較高所致的額外費用有余。此外，與迄今已知工藝相比，其優點是，水的用量減少和防止了設備的腐蝕。常規方法所用的鹽酸由于會引起所謂的小孔腐蝕而必需使用高合金鋼。與此相反，磷酸在鋼鐵部件表面形成一層難溶的磷酸鐵膜層，它可防止進一步腐蝕。
從營養生理學的觀點來看，還要強調，用該工藝可成功地制取少食鹽或無食鹽的蛋白質提取物。這是因為在浸提過程中，既無鈉離子存在，又無氯離子存在。中和除了氫氧化鈉溶液外同樣也可用其它溶液來進行，從而從營養學觀點來看，最終產品在特殊應用情況下要比按常規技術制取的更有價值。
本發明想來可用下面的兩個實施例來更為詳細地予以闡明。
實施例1將100KgNSI值為75的脫脂黃豆粉先懸浮于900l水中并加熱到50℃。用氫氧化鈣懸浮液將黃豆粉懸浮液調節到pH8.0。浸提時間為20分鐘。爾后，用潷析器同不溶性殘余物分離，并用盤式分離器除去浸出液中未曾分離掉的固體物。添加20%磷酸使蛋白質從所得到的澄清浸出液中沉淀出來。用噴射式分離器分離富含蛋白質的沉淀物，得到上清液和尚未洗滌過的蛋白質提取物。直接向上清液噴注蒸汽，將之加熱到90℃，然而添加氫氧化鈣懸浮液，直至pH值達到8.0。沉淀出來的蛋白質提取物用冷水按1∶5的比例在pH4.5時洗滌并分離。使約20℃的洗滌水同已處理過的上清液混合，并在該浸提溶液中重新懸浮脫脂黃豆粉。pH值藉添加氫氧化鈣懸浮液調節到8.0，然后按如上所述繼續處理。該循環可任意多次重復進行。經洗滌的蛋白質提取物用氫氧化鈉溶液調至pH7.0，使之中和，必要時予以消毒并接著噴霧干燥。
表1中列出了第1、4及12次循環時的收率、浸出部分分配及質量特性。
實施例2按實施例1處理100kg脫脂黃豆粉。其中向分離出不溶性固體物后所得的浸出液中通入二氧化碳，直至pH值達7.5。用澄清分離器分離沉淀物，添加磷酸，從浸出液中沉淀出蛋白質，并用噴射式分離器進行分離。如在實施例1中那樣來處理上清液，并回輸到循環中。蛋白質提取物干燥物中的蛋白質含量，在第15次循環后為92.5%，鈣離子含量為0.25%，而實施例1為0.34%。
表1循環浸出部分量(kg)蛋白質(%)干燥物NSITIA絕對相對①(%) mg/g絕對1.浸出液7003.9861.3處理前上清液5800.649.93.47處理后上清液5800.467.02.78洗滌水3200.151.0蛋白質提取物 32 91.2②51.4 100 43.74.浸出液7004.5361.4處理前上清液5801.3018.37.34處理后上清液5801.0214.36.72洗滌水3200.181.1蛋白質提取物 31 90.8②50.3 100 41.312.浸出液7004.8266.2處理前上清液580、1.4419.87.62處理后上清液5801.0414.27.00洗滌水3200.181.1蛋白質提取物 32 91.8②52.5 99.2 32.2(1)以黃豆粉的蛋白質含量為基準(2)以干燥物為基準關于可護護性審查結果和技術經濟效益評價的報告1.該情況報告以IRZ進行的專利檢索(委托號1404/75及9、3、8、7、9、9、9、9、9、3、8、7、01)為依據，該檢索包括DD、DE及US諸國專利文獻，以及A23C、A21D、A23J及A23L小類。
除此以外，還有選擇地對各國專利文獻的A23J1/14小組進行了檢索DD84058-248049DE1492959-3619402US3442656-4687793SU291394-1285648WO79/00121-85/00502EP0012485-1804092.未查到與該發明主題相關的其他發明。
3.及4、該發明用脫脂油料種子粉，尤其用脫脂黃豆粉制取蛋白質提取物的解決措施提及一種浸提工藝，其中通常產生的、富集了可溶性種子所含物質的上清液，在分離蛋白質后不必從流程中排放掉。藉氫氧化鈣或氧化鈣同磷酸結合起來用于浸提或沉淀，隨后分離出剩余的磷酸，通過添加氫氧化鈣或氧化鈣產生的熱，為使上清液可同蛋白質洗滌水一起回輸到工藝中，用來浸提蛋白質創造了先決條件。因此，保證了一種用水最少的無廢產物工藝系統，因此可取消通常處理大大增加經濟負擔的上清液用的廢水凈化裝置。其它優點是，避免使用鹽酸作蛋白質沉淀劑，而從營養生物學角度看，則是有可能制取低鹽或無鹽蛋白質制劑。在重復循環使用時，尚未觀察到在制取蛋白質的質量方面和數量方面有任何不利影響。有此發明，SKET公司作為蛋白質制取設備的生產者，就能以競爭企業所沒有的決定性優越性擠身于市場中。因為，我們認為，這是首創的方法，可使浸提蛋白質用的水完全而任意多次重復循環使用，并可用國際上常規的制取蛋白質提取物的工藝線來實施的工藝。作為附加設備，只需安裝向上清液噴注水蒸汽的加熱段和各種輔助計量調節單元。
5.該發明是瑪格德堡國營企業SKET和雷布呂卡ZfE之間為綜合開發油料作物種子用于人類食物，按計劃承擔合同義務的研究工作結果。它是瑪格德堡國營企業SKET和柏林INGAN許可證貿易的主要組成部分。
權利要求
1.用脫脂油料作物種子及脫脂豆類種子，經在堿性PH范圍內浸提蛋白質，在等電點沉淀出大部分蛋白質，用水洗滌沉淀出來的蛋白質，接著將之中和并干燥，來制取蛋白質提取物的方法，其特征在于，添加氫氧化鈣或氧化鉦來調節浸提蛋白質用的水相浸提介質的堿性PH范圍，在沉淀和分離碳酸鈣及/或磷酸鈣以后，在等電點沉淀蛋白質，將分離出蛋白質后的上清液加熱到80-150℃，并在該溫度下，添加碳酸鈣或氧化鈣以除去剩余磷酸，在這當中一部分溶于其中并在等電點不沉淀的蛋白質和溶于其中的碳水化合物共沉淀，然后使這樣處理過的上清液同洗滌過蛋白質的洗滌水匯合，并作為蛋白質浸提介質回輸到浸提循環中。
2.權利要求1所述的方法，其特征在于，蛋白質的浸提在pH7-9，溫度20-70℃，滯留時間5-30分鐘及固液比1∶7至1∶12的條件下進行。
3.權利要求1及2所述的方法，其特征在于，氫氧化鈣或氧化鈣以固體形式或以懸浮液添加。
4.權利要求1至3所述的方法，其特征在于，沉淀逐漸進行，而且在進行沉淀時，首先添加二氧化碳，將pH值降到7.5所沉淀出來碳酸鈣予以分離，并接著添加磷酸，在等電點進行蛋白質沉淀。
5.權利要求1至4所述的方法，其特征在于，鈣離子同蛋白質一起藉添加磷酸進行沉淀，并分離出沉淀物。
6.權利要求1至5所述的方法，其特征在于，將上清液在加熱并添加氫氧化鈣或氧化鈣后，同沉淀物分離，并接著同洗滌過蛋白質的洗滌水匯合。
全文摘要
本發明涉及一種用脫脂油料作物種子及脫脂豆類種子，尤其是脫脂黃豆制取蛋白質提取物的無廢產物的工藝方法。按本發明，將脫脂油料作物種子粉或脫脂豆粉在氫氧化鈣存在下，于堿性pH范圍內進行浸提，并用磷酸使蛋白質從浸出液中沉淀下來，將分離出蛋白質后的清液加熱，用氫氧化鈣調節到堿性pH值，使之同洗滌過蛋白質提取物的洗滌水匯合，并重新輸至浸提循環。這種回輸可任意地經常重復進行，不會形成富集種子中所含物質的廢水。
文檔編號A23J1/14GK1041263SQ8910775
公開日1990年4月18日 申請日期1989年9月15日 優先權日1988年9月21日
發明者喬基姆·波爾, 格哈特·米西, 馬齊爾格, 克里斯托福·埃弗斯曼, 里賈納·邦克爾, 弗蘭克·德特萊夫·溫德, 杰拉爾德·卡斯珀斯, 弗蘭克·紐珀特 申請人:馬格德堡“愛恩斯特·臺爾曼”國營重型機械制造聯合企業