Спосіб одержання білків з нативної суміші речовин, виготовленої з макухи ріпаку

Реферат: Винахід належить до способу вилучення білків з нативних сумішей речовин, виготовлених з макухи ріпаку, який полягає в полягає в доброму подрібненні суміші нативних речовин, виготовлених з макухи ріпаку, і при необхідності використання рідини, що є водою, для утворення рідкої суспензії (І), що додатково містить білки, лецитин, поліфеноли і компоненти твердих речовин, зокрема, оболонок, який характеризується наступними стадіями: І) встановлення значення рН суспензії (І) в лужному діапазоні, таким чином, щоб воно становило понад рН = 9; ІІ) додавання не менше одного водорозчинного органічного розчинника, що є коротколанцюговими аліфатичними спиртами, які вибрані з групи, що складається з метанолу, етанолу і/або пропанолу, після встановлення значення рН, так, щоб за допомогою додавання спирту відбувалося зміщення рівноваги, що сприяє зрушенню екстракції, при цьому водноспиртова лужна дисперсія розділяється всього на чотири фази: масляну фазу, спиртову фазу, фазу білка і тверду фазу з оболонкою і іншими твердими речовинами, де обсяг спирту, що додається на стадії II вибирають таким чином, щоб його вміст в водній дисперсії на стадії II становив менш 45 % за об'ємом, і ІІІ) відділення фази білка (VI) з суспензії після додавання водорозчинного органічного розчинника відповідно до стадії II, де перед відділенням фази білка відбувається відділення твердої фази (ІІІ) від суспензії (І). UA 113177 C2 (12) UA 113177 C2 UA 113177 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід стосується способів одержання білків з нативної суміші речовин. DE 195 29 795 С2 описує спосіб, який дає можливість одержати масла, жири або вуглеводи(парафін, тобто, густу водянисту суспензію розділяють в центрифузі на тверді та рідкі компоненти. До суспензії додають 5-75 % за масою органічного розчинника, в залежності від відсотку водяної суміші. Завданням DE 195 29 795 С2 є відокремлення від водної суспензії прозору масляну речовину, водянисту речовину і звільнену від масла тверду суміш. Це надійний спосіб для одержання масел, вуглеводів (парафіну) та жирів. Відомим способом одержання білків є виготовлення їх при рН в лужному середовищі, або виробництва концентрату білка при рН в кислому середовищі, який переважно застосовується для шроту, добутого з розчину гексан, але, який у поєднанні з способом DE 195 29 795 С2 не застосовується на білково-лецитинову суміш без енергоємної стадії сушіння. З огляду на вище сказане завданням винаходу є одержання більш високої чистоти фази білка. Винахід досягає цієї мети згідно пункту 1 формули. Згідно з винаходом запропоновано спосіб одержання білків з нативних сумішей речовини, особливо з бобових, або ж з ріпакового шроту, в якому суміш речовин спочатку тонко подрібнена і, при необхідності, (якщо не достатня кількість рідини) обробляється шляхом додавання рідини до суспензії, дія наступного процесу: I. Регулювання рН суспензії в лужному діапазоні, тобто при рН вище, ніж 7,0; II. Додавання щонайменше одного водорозчинного органічного розчинника після налаштування лужного середовища рН в лужному діапазоні; III. Відокремлення фази білка від суспензії. Дуже важливим є додержання послідовності цих кроків. При цьому, на відміну від способу DE 195 29 795 С2, перед додаванням водорозчинного органічного розчинника, відбувається встановлення рН суспензії в лужному середовищі. Таким чином, розчинність білків у водному розчині збільшується, вони частково розкладаються. Якщо білки не повністю розчинилися, вони отримують тонкодисперсний стан, стають об'ємніші і перебувають в некомпактному вигляді як інші тверді речовини. Відповідні винайденні способи дають можливість таким чином одержати білки з високим ступенем чистоти, оскільки через збільшення розчинності білків очевидно, що сполуки, наприклад через домішки з целюлози або оболонок, послаблюються. Спосіб може використовуватися для одержання білків. Крім того, його можна використати для видобутку масла з суміші речовин. Ці масла можуть бути відділенні у окрему фазу шляхом додавання розчинника на стадії б. Наступними перевагами винаходу є предмет виробничих вимог винаходу. Перевага слідує після стадії II, тобто розчину білків, вилучення твердих речовин, або нерозчинних відкладень перед фактичним відокремленням білкової фази і, рідше, масляної фази під час окремих стадій. Величина рН на стадії І переважно рівна або вища, ніж рН = 9. У зв'язку з чим задумане зрушення рН на стадії І в лужному діапазоні особливо добре ослабляє або розчиняє білки у водних розчинах. Таким чином можна досягнути кращого відокремлення білкової фази від твердого залишку. Особливо сприятливі умови для розчинення білків, досягаються при рН вище, ніж рН = 9, і, зокрема, при значенні рН від рН 10±0,5. Як водорозчинна органічна речовина на стадії II, вона представляється коротколанцюговим аліфатичним спиртом. Це стосується в першу чергу легко доступних спиртів, такі як метанол, етанол або пропанол, які є широко доступними. Оскільки додавання розчинника супроводжується зменшенням розчинності білків, перевагою є те, що вміст водорозчинного органічного розчинника в суспензії після додавання водорозчинного спирту на етапі II становить менше ніж 45 % за об'ємом, переважно < 15 об. %. Через підвищену концентрацію, вище 45 % за обсягом, спиртного розчинника відокремлені масла витісняються із проміжної фази між фазою білка та водною фазою. Це ускладнює процес відокремлення фази масла та призводить до гірших результатів - нижче 45 % за об'ємом. Білки залишаються спресовані та змішуються із фазою твердих речовин. Особливо підходить для розділення твердої фази - поділ у відцентровому полі. Для відокремлення фази твердих тіл також може використовуватись декантатор. Після відокремлення твердих частинок, суміш із водно-спиртового розчину та білків, рідше масляна фаза, розміщуються в центр водної форми. Зараз спосіб відокремлення цінних компонентів, тобто фази білка та фази масел, залежить від бажання. Виокремлення щонайменше фази білка на стадії III переважно проводять із етапом 111-1, падінням фази білка шляхом встановлення значення рН. В наслідок чого в розчин розміщуються тверда фаза та одна або дві рідкі фази, які можуть бути розділені під час наступної стадії ІІІ-2 в відцентровому 1 UA 113177 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 полі на масляну фазу, фазу білка і спиртово-водну фазу. Це, переважно, може здійснюватись безпосередньо шляхом трифазного сепаратора. Осадження білкової фази переважно проводять через зниження рН до ізоелектричної точки. При цьому окремі осадженні білки можуть об'єднуватись, що дозволяє їм ще краще відокремлюватись від рідкої фази. Для поліпшення чистоти фази білка, вони можуть бути промиті після відокремлення шляхом встановлення рН на стадії IV. Одержаний білок є "нативним" і вільний від поліфенолів Далі винахід буде пояснено на основі варіанту здійснення з посиланням на додані креслення. Вони зображають: Фігура 1. схема проведення даного способу. Далі спосіб за винаходом здійснюється з посиланням на конкретну послідовність кроків, показаних на фіг.1. Вихідним матеріалом є нативна суміш органічних речовин, найчастіше використовуються бобові, рапс або мікроорганізми. Цю суміш зазвичай спочатку подрібнюють та, при необхідності, шляхом доливання води або іншої рідини, наприклад органічного розчинника, перетворюють на рідку суспензію. Ця суміш І може бути виготовлена з макухи олійних культур шляхом додавання води. Також суспензія І добувається із ріпаку та соєвих бобів. Крім масел вона містить ще й білки. На додаток до цього суспензія І може мати в своєму складі лецитин, поліфеноли і компоненти твердих речовин, таких як оболонки, вміст яких, як і в масляній фазі, так і в частині білка, має бути як найнижчим. У першій стадії А, зміщення відбувається до рН суспензії І, шляхом додавання розчину натрій гідроксид в лужному діапазоні. Після чого розчинність білка збільшується, і білки, в значній мірі, розкладаються. Однак невелика кількість білків все ще може залишатися нерозчинною у водній суспензії, оскільки їх розчинність уповільнюється через наявність масел та лецитину. Значення рН дисперсії переважно вище, ніж рН = 9 після стадії І, особливо добрим результатом є коли величина рН дисперсії при рН = 10. У другому способі В лужну дисперсію змішують з коротколанцюговим аліфатичним спиртом. Зазвичай цей спирт добувають із групи спиртів, що мають в своєму складі метанол, етанол і/або пропанол. Через додавання спирту відбувається зміщення рівноваги розчинності. Це сприяє так званому зсуву екстракції, в якій масла з подрібнених нативних компонентів при додаванні спирту зміщуються. При цьому водно-спиртова лужна дисперсія II розділяється всього на чотири фази: масляну фазу, спиртову фазу, фазу білка та фазу твердого тіла із оболонкою та іншими твердими речовинами. Обсяг доданого спирту вибирають переважно таким чином, щоб його вміст в водній дисперсії на стадії II складав менш ніж 45 %. При цьому вміст спирту, який становить 515 % за обсягом являється особливо сприятливим для одержання чистого поділу фаз між фазою білка і оболонки. Важливо ослабити зв'язки з іншими речовинами, скажімо від домішку з целюлози, наприклад з оболонки, так, щоб у відцентрованому полі поділ водно-спиртової лужної першої дисперсії II відбувався кількома етапами описаних вище. Під час стадії С, після додавання спиртного розчину, відбувається перше розчинення, де фаза твердого тіла з оболонкою та іншими компонентами з багатофазовою першою дисперсією відділяється. Цей процес стадії С здійснюється для фактичного поділу білків і сприяє відокремленню від небажаних твердих тіл. Такий поділ твердих частинок, як відцентрований поділ відбувається переважно в декантаторі. Після поділу виникає чиста тверда фракція III і багатофазна друга дисперсія IV з щонайменше верхньої масляної фази, водно-спиртової середньої фази і нижньої суспендованої фази білка. Під час завершального кроку D, тобто стадії IV, відбувається осадження білків через встановлення рН в діапазоні ізоелектричної точки фази білка, де формується багатофазова третя дисперсія V, одна фаза білка та твердого тіла і дві водянисті фази: масляна та водноспиртова фази. Після осадження білків, під час процесу етапу Е, або стадії V, відбувається другий поділ. Проте цього разу, фаза білка, масляна фаза і водно-спиртна фаза відокремлюються одна від одної. Зазвичай це відбувається завдяки відцентровій сепарації. Після процесу стадії Е утворюються фаза білка, масляна фаза та водно-спиртна фаза під час одного або декількох етапів. 2 UA 113177 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Під час наступної додаткової стадії F спирт IX з водно-спиртної фази VII може бути відновленим низхідним потоком випаровування. В результаті залишком від процесу являється водний розчин X. Під час досліду одержання речовин (масел та білків) було показано, що можна досягнути кращого процесу поділу складників, ще вищої чистоти компонентів та, зокрема, одержати білки. Зайві домішки, такі як поліфеноли й лецитин, збагатились особливо високою мірою в водноспиртовому розчині VIII, причому поліфеноли розчиняються взагалі, або ж присутні лише у зникаючих маленьких частинках у відокремленій, при необхідності промитій, білковій фазі. Крім того, було виявлено, що одночасне додавання лугу та спирту, а також зміна стадій І і II, як описано в п.1, не призводить до достатнього розчинення білків, і тому одна ізоляція однієї, звільненої від домішок, фази білка є недостатньою і призводить до незначного виділення білка. Чітко виражається кращий поділ між фазою білка та фазою твердих тіл після додавання лужного розчину під час стадії І або А, що формує першу дисперсію II з кількома етапами наступним чином: Найвища фаза: масло (жовтого кольору) Друга фаза: водно-спиртна фаза (темно коричневого кольору) Третя фаза: фаза білка з частково розчиненим білком (біло-жовта фаза) Осад: тверда фаза з оболонок і т.п. (чорно-зелена фаза) У цьому випадку спостерігались різні чистоти твердої фази при варіаціях в послідовності стадій І і II або ж стадії А і В. Таким чином, при послідовності етапів, згідно з даним способом винаходу, фаза твердого тіла набула чорно-зелений колір та проявилась невелика кількість білих, власне дещо мармурових, прогалин білка. З іншої сторони йшлося про зворотність послідовності кроків - крок II за кроком І - і з одночасним додаванням спирту і лужного розчину. В іншому випадку спостерігалось більш інтенсивніше набуття мармурового кольору та небажане змішування двох фаз, тобто фази білка і твердого тіла. Після відцентрованого поділу твердих тіл етапу III, відповідно стадії способу С, та зниження значення рН до ізоелектричної точки для осадження білків - стадія IV, тобто стадія способу Р, наступні фази розміщуються в багатофазову третю дисперсію V: Найвища фаза: масло (жовтого кольору) Друга фаза: водно-спиртна фаза (темно коричневого кольору) Третя фаза: фаза білка з частково розчиненим білком (біло-жовта фаза) Тепер білки так само як і масла можуть бути відокремлені в подальшому відцентровому процесі поділу під час стадії способу Е. При цьому незвичайним було те, що більшість лецитину і поліфенолу які досі посилюються, було знайдено в білкової фазі; в даний час концентруються в водно-спиртовій фазі, в той час як фаза білка проявляє більш високу чистоту. В подальшому можна відмовитись від використання інертного газу. Замість масляної фази VI, можуть, наприклад, жири або вуглеводи (парафін) таким же чином бути відокремлені від суспензії. Під час досліду в якості проби було використано ріпак для того, щоб добути білок. Відповідно до аналізу дана ріпакова макуха (100 г) складалась з 90 % за масою сухої речовини, з якої 31,77 % були білки, 18.31 % масла, 1,71 % ПП (поліфенол) і близько 10 % води. Ріпакову макуху (100г) з початку було добре подрібнено за допомогою змішувача стригальної машинки з додаванням 415г дистильованої води та перероблено на рідку суспензію, де потім шляхом додавання 10 % лужного розчинника відбулось встановлення рН суспензії 10 в лужному діапазоні (стадія А). Після чого суспензію протягом 30 хвилин обережно перемішують. Потім додають до цієї маси 78,5г спирту як водорозчинного органічного розчинника після встановлення рН суспензії. Далі суспензію протягом 2 хв. при 40 °C зневоднюють і з фракцій центрифуги відокремлюють фазу білка, яка осіла в хімічному стакані в якості нижнього шару, над чистими відокремленими оболонками з об'ємною часткою 40 %. Таким чином, можна відокремити частину білка 18,28г (68,3 %), який був в значній мірі вільний від поліфенолу. Втім вміст білка чистий від домішок, особливо чітко спостерігається звільнення від оболонок та від інших видимих елементів. Це показує значну перевагу додержання стадій зсуву рН, додавання водорозчинного органічного розчинника і потім безпосередньо або після подальших проміжних стадій с) відділення фази білка, оскільки фаза білка є особливо чистою. І. Суспензія II. Багатофазова перша дисперсія III. Фаза твердого тіла 3 UA 113177 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 IV. Багатофазова друга дисперсія V. Багатофазова третя дисперсія VI. Фаза білка VII. Масляна фаза VIII. Водно-спиртовий розчин IX. Спирт X. Водний розчин Стадія способу А встановлення значення рН Стадія способу В додавання водорозчинного органічного розчинника Стадія способу С відокремлення Стадія способу D встановлення значення рН Стадія способу Е відокремлення Стадія способу F випарювання низхідного потоку речовини. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб вилучення білків з нативних сумішей речовин, виготовлених з макухи ріпаку, який полягає в доброму подрібненні суміші нативних речовин, виготовлених з макухи ріпаку, і при необхідності - використанні рідини, що є водою, для утворення рідкої суспензії (І), що додатково містить білки, лецитин, поліфеноли і компоненти твердих речовин, зокрема оболонок, який характеризується наступними стадіями: I) встановлення значення рН суспензії (І) в лужному діапазоні таким чином, щоб воно становило понад рН=9, II) додавання не менше одного водорозчинного органічного розчинника, що є коротколанцюговими аліфатичними спиртами, які вибрані з групи, що складається з метанолу, етанолу і/або пропанолу, після встановлення значення рН, так, щоб за допомогою додавання спирту відбувалося зміщення рівноваги, що сприяє зрушенню екстракції, при цьому водноспиртова лужна дисперсія розділяється всього на чотири фази: масляну фазу, спиртову фазу, фазу білка і тверду фазу з оболонкою і іншими твердими речовинами, де обсяг спирту, що додається на стадії II вибирають таким чином, щоб його вміст в водній дисперсії на стадії II становив менше 45 % за об'ємом, і ІІІ) відділення фази білка (VI) з суспензії після додавання водорозчинного органічного розчинника відповідно до стадії II, де перед відділенням фази білка відбувається відділення твердої фази (ІІІ) від суспензії (І). 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відокремлення масляної фази (VII), жирів або вуглеводів із суміші йде після стадії II. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що відбувається відокремлення масляної фази під час однієї або декількох стадій. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що відбувається відокремлення в одному трифазному декантаторі або принаймні в двох стадіях в двофазному декантаторі. 5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що значення рН на стадії І рН=10±0,5. 6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що встановлення лужної рН суспензії (І) здійснюється шляхом додавання лужного розчину. 7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що лужним розчином є розчин натрію гідроксид. 8. Спосіб за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняється тим, що водорозчинний органічний розчин на етапі II є лінійним аліфатичний спиртом. 9. Спосіб за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що вміст водорозчинного органічного розчинника в суспензії (І) після додавання водорозчинного розчинника на стадії II становить менше ніж 15 %. 10. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що відокремлення фази твердого тіла (III) проводять у відцентровому полі. 11. Спосіб за будь-яким з пп. 1-10, який відрізняється тим, що поділ твердої фази (III) здійснюється за допомогою декантатора. 12. Спосіб за будь-яким з пп. 1-11, який відрізняється тим, що відокремлення принаймні білкової фазина стадії III здійснюється за допомогою наступних стадій: IV) виділення фази білка (VI) шляхом доведення значення рН, і V) відцентрова сепарації фази білка (VI), водно-спиртової фази (VIII) і, при необхідності, масляної фази (VII). 13. Спосіб за п. 12, який відрізняється тим, що осадження фази білка (VI) відбувається шляхом зниження рН до ізоелектричної точки білка. 4 UA 113177 C2 5 14. Спосіб за будь-яким з пп. 1-13, який відрізняється тим, що фаза білка (VI) промивається після ізоляції на стадії III. 15. Спосіб за будь-яким з пп. 1-14, який відрізняється тим, що після стадії III здійснюється відновлення спирту (IX) з водно-спиртової фази (VIII). 16. Спосіб за будь-яким з пп. 1-15, який відрізняється тим, що відновлення спирту (IX) здійснюється випаровуванням низхідного потоку. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5