Ферментативне знесмолювання масляної композиції з використанням суміші фосфоліпаз pla і plс

Реферат: Спосіб знесмолювання масляної композиції, що включає стадію приведення у контакт масляної композиції одночасно з ферментами фосфоліпази А і С, реакція із фосфоліпазою А проходить з більш високою швидкістю, ніж вона проходила б за відсутності фосфоліпази С. UA 97972 C2 (12) UA 97972 C2 UA 97972 C2 5 10 15 20 25 30 Дана заявка стосується ферментативного способу видалення різних фосфоліпідів і лецитинів (разом відомих як «смоли») з рослинних олій для одержання знесмоленого масляного або жирового продукту, який можна використовувати для виробництва харчових продуктів і/або для нехарчових галузей застосування. Більш конкретно, дана заявка стосується способу ферментативної обробки і видалення різних фосфоліпідів і лецитинів, де спосіб можна здійснювати на практиці або для неочищених олій, або для знесмолених водою олій. В одному варіанті здійснення ферментативна реакція або період обробки може складати менше приблизно години. Рівень техніки Неочищені рослинні олії, одержані способами або пресування, або екстракції розчинником, являють собою комплексну суміш з триацилгліцеринів, фосфоліпідів, стеринів, токоферолів, вільних жирних кислот, слідів металів та інших мінорних сполук. Бажано видаляти фосфоліпіди, вільні жирні кислоти і сліди металів, щоб одержати якісну салатну олію з м'яким смаком, світлим кольором і тривалим терміном придатності. Видалення фосфоліпідів приводить майже до всіх втрат, пов'язаних з рафінуванням рослинних олій. Як проілюстровано на фіг. 1, фосфоліпіди містять фосфатну групу на одному з двох кінців гліцеринового кістяка, у той час як триацилгліцерин містить щонайменше одну жирну кислоту. _ Фосфатна група фосфоліпіду є «гідрофільною» або «водолюбною», що означає, що функціональна група X притягається до води. Ланцюги жирних кислот фосфоліпідів R1 і R2 є «ліпофільними» або «ліпідолюбними», що означає, що вони притягаються до ліпідів. Оскільки молекула фосфоліпіду має як гідрофільну функціональну групу, так і ліпофільні ланцюги жирних кислот, вона є відмінним природним емульгатором. Функціональна група фосфоліпідів, що містить фосфат, позначена на фіг. 1 як «X», визначає ступінь їх гідрофільної природи. Функціональна група X на фіг. 1 може належати до будь-якого з декількох різноманітних відомих типів, деякі з яких проілюстровані на фіг. 2. Фосфоліпіди, що містять функціональні групи - холін і - етаноламін, мають більшу афінність до води, у той час як кислоти, кислі солі (кальцію, магнію і заліза), і - інозит мають менші афінності до води. Фосфатидна кислота і солі фосфатидної кислоти є загальновідомими як «негідратовані фосфоліпіди» або NHP. Фосфоліпіди звичайно визначають в олії як «вміст фосфору» у частинах на мільйон. ТАБЛИЦЯ 1 містить типові кількості фосфоліпідів, які є присутніми у насінні основних сільськогосподарських олійних рослин, і розподіл різних функціональних груп у вигляді відсотка фосфоліпідів, які є присутніми в олії. Композиція фосфоліпідів 35 Таблиця 1 Типові рівні і розподіли фосфоліпідів для загальноприйнятого насіння олійних рослин Ρ (ч/млн.) PC (-холін) РЕ (-етаноламін) РА (-кислота) РІ (-інозит) 40 45 Соєва олія 400-1200 12%-46% 8%-34% 2%-21% 2%-15% Олія каноли 200-900 25%-40% 15%-25% 10%-20% 2%-25% Соняшникова олія 300-700 29%-52% 17%-26% 15%-30% 11%-22% Фосфоліпіди можна частково або повністю видаляти з рослинних олій за допомогою декількох різних відомих способів. Найбільш загальноприйнятими у промисловості способами є водне знесмолювання, кисле знесмолювання, лужне рафінування і ферментативне знесмолювання. Водне знесмолювання Даний спосіб звичайно застосовують до неочищених олій, які містять велику кількість гідратованих фосфоліпідів. Завдяки їх м'яким характеристикам, одержані фосфоліпіди можна використовувати як лецитин (природний емульгатор). Олію, одержану таким способом, як правило, позначають у даній галузі як «знесмолену», незважаючи на те, що вона є тільки частково знесмоленою. Оскільки знесмолена водою олія ще містить великі кількості фосфоліпідів, особливо негідратованих фосфоліпідів, застосування інших технологій способу, таких як лужне рафінування або знесмолювання ферментом PLA1, може бути необхідним для одержання готової високоякісної олії, що має високу стабільність і неінтенсивне забарвлення. 1 UA 97972 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У способі водного знесмолювання воду (1-5% мас/мас.) додають до неочищеної олії при 6075°С з інтенсивним перемішуванням. Потім олію обережно перемішують від 15 до 60 хвилин для полегшення гідратації фосфоліпідів, які є присутніми в олії. Гідратація фосфоліпідів або «смол» викликає набрякання і агломерацію смол у вигляді флокулянта. Флокулянт являє собою емульсію або суміш гідратованих смол і олії. Емульсія має специфічну щільність, більш високу, ніж у олії, і її можна відділити осадженням, фільтрацією або промисловою практикою центрифугування. Центрифугуванням одержують два потоки, знесмоленої водою олії і вологих смол. Способом водного знесмолювання видаляють переважно тільки гідратовані фосфоліпіди. Фосфоліпіди, що залишилися (50-250 ч/млн.), визначені як солі фосфатидної кислоти і/або РІ, можна видаляти у подальших операціях переробки. Відділені вологі смоли присутні в емульгованій масляній суміші, яка містить щонайменше одну молекулу триацилгліцерину (або олії) на кожні дві молекули фосфоліпіду (або смоли). Таку емульговану олію неможливо фізично відділити або виділити з емульсії, і її розглядають як пов'язану зі способом втрати. Смоли можна висушити і продавати як харчовий лецитин, але звичайно їх використовують як побічний продукт для інших галузей застосування, таких як корм для тварин або у промисловому способі, зі зменшеною економічною-цінністю. Втрата олії у ході емульгації є значною, з негативним внеском у загальний економічний баланс вартості способу для рафінованої олії. Кисле знесмолювання Даний спосіб звичайно застосовують для неочищених олій, коли метою є повне видалення фосфоліпідів. Одержану олію у промисловості звичайно називають «супер-знесмоленою» або «повністю знесмоленою». Неочищену олію обробляють 250-2000 ч/млн. фосфорної кислоти або лимонної кислоти при 60-90°С з інтенсивним перемішуванням. Кислоті дають взаємодіяти із солями NHP протягом періоду 10-90 хвилин. Кислота поліпшує гідрофільні властивості NHP, таким чином, сприяючи їх видаленню. Потім воду (1-5% мас/мас.) додають до обробленої кислотою неочищеної олії при 60-75°С з інтенсивним перемішуванням. Потім олію обережно перемішують від 15 до 60 хвилин для полегшення гідратації фосфоліпідів. Гідратація фосфоліпідів або «смол» викликає набрякання і агломерацію смол у вигляді флокулянта. Флокулянт являє собою емульсію або суміш гідратованих смол і олії. Емульсія має специфічну густину, більш високу, ніж у олії, і її можна відділити осадженням, фільтрацією або промисловою практикою центрифугування. Центрифугуванням одержують кислу знесмолену олію і вологу смолу. Способом кислого знесмолювання видаляють більшість фосфоліпідів, але ще залишається досить (25-100 ч/млн.) у знесмоленій олії для необхідності додаткової обробки. Для застосування у галузях харчової промисловості, знесмолену олію звичайно піддають знебарвлюванню і дезодоруванню за способом, відомим у промисловості як «фізичне рафінування». Смоли, оброблені кислотою, більше не придатні для харчового лецитину. Як і у способі водного знесмолювання, відділені і безводні смоли у способі знесмолювання кислотою містять щонайменше одну молекулу триацилгліцерину (або олії) на кожні дві молекули фосфоліпіду (або смоли). Таку емульговану олію неможливо фізично відділити або виділити, і її розглядають як пов'язану зі способом втрати, з негативним внеском у загальний економічний баланс вартості способу для рафінованої олії. Лужне рафінування Даний спосіб звичайно застосовують для неочищених або знесмолених водою олій, коли метою є видалення всіх фосфоліпідів і вільних жирних кислот. Неочищену або знесмолену водою олію обробляють 200-1000 ч/млн. фосфорної кислоти або лимонної кислоти при 60-90°С з інтенсивним перемішуванням. Кислоті дають взаємодіяти з солями NHP від 10 до 90 хвилин. Кислота поліпшує гідрофільні властивості NHP, таким чином, сприяючи їх видаленню. Розбавлений розчин гідроксиду натрію (10-18% мас/мас.) додають до обробленої кислотою олії при 65-75°С. Кількість гідроксиду натрію (лугу) базується на кількості вільних жирних кислот, які є присутніми в олії, так само як на надлишку 0,05-0,20% на підставі сухої речовини. Лужний розчин нейтралізує вільні жирні кислоти (утворюючи натрієві мила), нейтралізує надлишок кислоти і з утвореними натрієвими милами сприяє гідратації і емульгуванню усіх фосфоліпідів, що залишилися. Розчин гідроксиду натрію/олії перемішують протягом приблизно 10 хвилин, потім розділяють осадженням, фільтрацією або промисловою практикою центрифугування. Центрифугуванням одержують оброблену лугом олію і сировину для одержання мила. Оброблену лугом олію потім «промивають» за допомогою 10-20% пом'якшеної води при 90-95°С і знову центрифугують. Олія з центрифуги відома як «однократно рафінована», а вода загальновідома як «змивна вода». Для застосування у галузях харчової промисловості «однократно рафіновану» олію звичайно 2 UA 97972 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 піддають знебарвлюванню і дезодоруванню для одержання салатної олії. Альтернативою промиванню водою є обробка обробленої лугом олії абсорбуючим силікагелем і відфільтровування залишкових мил і фосфоліпідів, не видалених початковим центрифугуванням. Як і для способів знесмолювання водою і кислотою, відділені і безводні смоли у способі лужного рафінування містять одну молекулу триацилгліцерину (або олії) на кожні дві молекули фосфоліпіду (або смоли). Таку емульговану олію неможливо фізично відділити або виділити, і її розглядають як пов'язану зі способом втрати. Крім того, гідроксид натрію буде вступати у реакцію з нейтральною олією, утворюючи мила, таким чином, додатково зменшуючи загальний вихід олії з негативним внеском у загальний економічний баланс вартості способу для рафінованої олії. Ферментативна обробка Іншим способом рафінування, застосовуваним у промисловості рослинної олії, є «ферментативне рафінування» або «ферментативне знесмолювання». Ферментативне знесмолювання використовують, коли метою є повне видалення фосфоліпідів. Як правило, ферментативні обробки для знесмолювання попереднього рівня техніки здійснювали на практиці для олій, які були попередньо знесмолені одним з інших способів, звичайно водним знесмолюванням. Для застосування у галузях харчової промисловості ферментативно знесмолену олію потім піддають знебарвлюванню і дезодоруванню способом, відомим у промисловості як «фізичне рафінування». Ферментативне знесмолювання забезпечує кращий вихід олії, ніж водне, кисле або лужне знесмолювання, з поліпшеними економічними результатами. Ферментативна реакція змінює природу фосфоліпіду, відщеплюючи деякі з частин фосфоліпіду. Це зменшує емульгуючі властивості фосфоліпідів, таким чином втрачається менше олії, коли смоли відділяють від олії, таким чином, зберігаючи олію. Ферменти, що мають активність стосовно фосфоліпідів, звичайно називають «фосфоліпазами». Типи фосфоліпаз базуються на положенні у молекулі фосфоліпіду, з яким вступає у реакцію фермент, і відомі як PLA1, PLA2, PLC і PLD. Положення у молекулі фосфоліпіду, з якими вступають у реакцію різні типи фосфоліпаз, проілюстровані на фіг. 3. На фіг. З можна бачити, що різні типи фосфоліпаз будуть утворювати різні сполуки при взаємодії з фосфоліпідами. Крім того, кожний тип фосфоліпази має свою власну швидкість реакції і свої власні умови реакції стосовно рН, % води і температури. Для PLA при використанні окремо, як правило, необхідний час реакції щонайменше приблизно 4 години, у той час як для PLC при використанні окремо, як правило, необхідний час реакції приблизно одна година. Відомо, що ферментативну обробку слід проводити при рН, меншому або рівному 8, щоб мінімізувати небажане омилення олії, однак PLA має оптимальний рН реакції 4,5, у той час як PLC має оптимальний рН реакції 7,0. Кожний фермент має також різну термостійкість. Ферменти PLA будуть денатурувати приблизно при 50°С, у той час як ферменти PLC будуть денатурувати приблизно при 65°С. Послідовності амінокислот з фосфоліпазною активністю широко опубліковані у літературі та описані у патентах, і опубліковано, що деякі з них мають активність стосовно фосфоліпідів, які присутні у рослинних оліях. Все це відомо у даній галузі. Одним з комерційних ферментних продуктів PLA1 з фосфоліпазною активністю є фосфоліпаза з Novozymes A1 Lecitase® Ultra. Відомо, що цей продукт утворює полярні лізофосфоліпіди і полярні жирні кислоти при змішуванні зі знесмоленою олією з 1-1,5% буфера лимонна кислота-NaOH у воді, при 4,5