Спосіб водного екстрагування і фракціонування матеріалу з олійного насіння

1. Спосіб водного екстрагування і фракціонування вихідних матеріалів з олійного насіння, одержаного з насіння рапсу або каноли, який включає: (а) змішування матеріалу з олійного насіння з водним розчином, що має рН більше 2 і менше 12 при концентрації від 10 до 50% (мас./об.) з утворенням суміші, що містить водний розчин, який включає екстрагований білок, дрібні фрагменти твердих фаз серцевини клітин матеріалу з олійного насіння і матеріал волокон, (б) здійснення розділення одержаної суміші шляхом фільтрації або просівання за допомогою сита з одержанням як фільтрату водного екстрату, що включає екстрагований білок і дрібні фрагменти твердих фаз серцевини клітин, і з одержанням твердого залишку екстрагування, що містить матеріал волокон, (в) обробку зазначеного водного екстракту ензимом, збагаченим фітазою, з одержанням екстрагованої дефітинізованої фракції, збагаченої (г) осадження частини білка в зазначеній екстрагобілком, ваній дефітинізованій фракції, збагаченій білком, і (д) обробку зазначеної екстрагованої фракції, що містить осаджений білок, шляхом розділення на тверду фазу і рідину з одержанням дефітинізованої рідкої фракції, що містить розчинні білки, і збагаченої білками дефітинізованої твердої фракції. 2. Спосіб за п.1, який відрізняє ться тим, що водний розчин є водою, яка по суті не містить кислоти, основи чи солі. 3. Спосіб за п.1 або п.2, який відрізняється тим, що дрібні фрагменти твердих фаз серцевини клі 2 (19) 1 3 77942 Даний винахід належить до способу водного екстрагування, фракціонування і ензиматичної обробки матеріалів з олійного насіння з метою вироблення цінних продуктів без істотної кількості малоцінних побічних продуктів і відходів усіх видів. Зокрема, схема фракціонування виробляє, поперше, кормовий інгредієнт, що складається з білкових волокон і призначений головним чином для жуйних тварин, і, по-друге, дефі тинізовану високобілкову фракцію. Зазначена фракція становить інтерес як кормовий інгредієнт для різних видів тварин. На розвиток систем водної обробки і технічних прийомів для виробництва концентратів з високою білковою цінністю і білкових ізолятів (>90% білка) з олійного насіння, таких як соєві боби, були спрямовані значні зусилля. Метою всіх цих існуючи х в даний час систем і прийомів є вироблення окремого продукту з дуже високою білковою цінністю. Цінності небілкового компонента вихідного матеріалу не надавали великого значення чи цей момент узагалі не розглядали. У схемі обробних пристроїв не передбачалося фракціонування вихідного матеріалу на групи цінних продуктів, яке відбувається без вироблення малоцінних побічних продуктів чи відходів усі х видів. Для досягнення ефективного екстрагування і виділення білків у те хнічних методах і обробних системах, що мають своєю метою виробництво окремого продукту з високою білковою цінністю з олійного насіння, часто застосовують високі рівні використання води і хімічних препаратів, таких як солі, кислота чи основа. Системи, що вимагають екстенсивного застосування води і хімічних препаратів, часто дорого коштують. Подальше збільшення витрат зв'язане з видаленням малоцінних побічних продуктів і відходів усіх видів. Насіння рапсу чи каноли (гібрид рапсу з низьким вмістом ерукової кислоти) складається з приблизно 40% олії і 60% компонентів, які не містять олії. При промисловій обробці найбільшу частину олії видаляють з насіння екстрагуванням з розчинником або за допомогою віджимання. В обробному пристрої, основаному на першому варіанті, матеріал, що не містить олії, спочатку присутній у вигляді занурених у розчинник білих пластівців чи вичавок. Звичайно для вироблення кінцевого продукту, прожареного з метою видалення розчинника й іменованого терміном "кормове борошно", розчинник видаляють з білих пластівців за допомогою способу, що включає в себе застосування пари і тепла. Зазначене борошно містить близько 35% білка і надходить у продаж як кормовий інгредієнт, призначений для включення в кормові раціони різних класів тварин, у тому числі свиней, домашнього птаха і рогатої худоби. Білок насіння каноли має відмінну кормову цінність. Він багатий метіоніном і лізином (відповідно, 2% і 5,8% загальної кількості білка) з гарним балансом незамінних амінокислот. В огляді з живильної якості різних джерел білка [Friedman Μ.//J. Agric. Food Chem. – 1996. – 44. – P.6-29] приведені 4 значення коефіцієнта ефективності білка (КЕБ) для білкового концентрату з насіння рапсу (3,29), казеїну (3,13) і соєвого концентрату (1,60). З усіх джерел рослинних білків максимальну величину КЕБ має білковий концентрат з насіння рапсу. Білок з насіння каноли чи рапсу сам по собі має відмінну кормову цінність і, у порівнянні з іншими рослинними білками, може вважатися в цьому розумінні винятком. У публікації [Prendergast A.F. et al.//Nort. Aquacult. – 1994. – 10. – P.15-20] показано, що де фітинізований білковий концентрат з насіння рапсу зміг замістити 100% високоякісного рибного кормового борошна в кормовому раціоні райдужної форелі, не виявивши негативного впливу на процес росту і кормову ефективність риби. Коли білки як компонент кормового борошна застосовують у звичайній формі, тварини не цілком використовують білкову кормову цінність білка з насіння каноли чи рапсу. Кормове борошно з нелущеного насіння каноли, прожареного з метою видалення розчинника, містить високі рівні кількості волокна. Волокно має невелику кормову цінність для таких тварин, як риба, курчата і поросята, і, таким чином, знижує, вміст білка .й енергії в кормовому борошні. Крім того, зв'язані з волокном антиживильні фактори, такі як фенольні сполуки, можуть впливати на життєдіяльність тварин з однокамерним шлунком, таких як свині, курчата і риба. Процес прожарювання, використаний під час готування кінцевого продукту з кормового борошна, зменшує розчинність білка борошна і, як було показано, при годівлі курчат знижує перетравлюваність лізину [Newkirk R.W. et al.//Poult. Sci. – 2000. – 79. – P.64]. Кормове борошно з каноли містить винятково високі рівні вмісту з фітинової кислоти (приблизно 3% кормового борошна). Ця кислота в насінні є формою запасання фосфору і погано перетравлюється видами тварин з однокамерним шлунком, таких як свині, курчата і риба. Фітинова кислота може утворювати комплекси з мінеральними речовинами, амінокислотами і білками, зменшуючи тим самим перетравлювальну здатність стосовно живильних речовин. Далі, фосфор у молекулі фітинової кислоти у великому ступені некорисний для тварин і видаляється разом з фекаліями. Через таку погану перетравлюваність Ρ у фітаті необхідно складати раціони з вмістом дієтичного фосфору, достатнім для задоволення потреб тварин, і це часто збільшує вартість раціону. На додаток до цього, неперетравлений Ρ у гної може нанести шкоду навколишньому середовищу і є значною проблемою в зонах інтенсивного тваринництва. В цілому, високий вміст волокон і фітату в кормовому борошні з каноли, що виконує функцію джерела білків для тварин з однокамерним шлунком, таких як свині, курчата і риба, обмежує живильну цінність цього продукту. Жуйні тварини, такі як рогата худоба, мають здатність екстрагувати енергію з волокна за допомогою ферментації в рубці. Далі, мікроби рубця можуть ефективно гідролізувати фі тат, тому у ви 5 77942 6 падку годування жуйних тварин потенціал антижирозчинний залишки, і нерозчинний матеріал обровильної дії і нанесення шкоди навколишньому себляють у безперервному режимі кислим розчином редовищу зменшується. Високорозчинний білок до досягнення необхідного екстрагування білка. легко гідролізується і використовується мікробами Екстраговані білки потім виділяють осадженням чи в рубці. Найвищу для жуйних тварин кормову білультрафільтрацією. кову цінність має білок, стійкий до розкладання в У патенті [US, 3635726] описана процедура рубці, але у великому ступені перетравлюваний виробництва соєвого білкового ізоляту шляхом під час наступного проходження через тонку кишекстрагування соєвого вихідного матеріалу в лужку. Як кормові інгредієнти для цих тварин високоних умовах зі значенням рН, що перевищує велирозчинні білки в насінні каноли мають більш низьку чину ізоелектричного рН гліциніну. Після відділенкормову цінність у порівнянні з фракцією, що ня екстракту від нерозчинного залишку рН включає у себе всі відносно нерозчинні білки каекстракту„знижують до ізоелектричного рН гліциніноли. ну, щоб індук увати осадження білка. Сучасні дослідження в цій області фокусуютьУ патенті [US, 4418013] описаний спосіб екстся на способах досягнення ефективного екстрагурагування білка з джерел рослинних білків, який вання білків з вихідного матеріалу на основі олійвключає екстрагування у воді без застосування ного насіння з наступним концентруванням чи хімічних добавок у водному середовищі екстрагувиділенням білка в єдиний високоцінний продукт. вання. Потім розчинний екстракт відокремлюють У патенті [US, 5658714] показано, що білок від твердих фаз і розбавляють в об'ємі охолоджеможна ефективно екстрагувати з рослинного боної води, щоб індукува ти формування білкових рошна, доводячи рН середовища екстрагування частинок. Далі ці частинки видаляють з води і судо інтервалу 7,0-10,0. Потім білок концентрують за шать, формуючи білковий ізолят, що, як вказуєтьдопомогою ультрафільтрації й осаджують, довося, є по суті не денатурованим. дячи рН фільтрату до 3,5-6,0. Фітат стійкий по відУ міжнародній патентній заявці [WO, 95/27406] ношенню до етапу осадження білків; таким чином, показано, що до водної суспензії вихідного матерійого вміст у кінцевому білковому концентраті, як алу на основі сої можна додати фітазу. В умовах, вказано, менше 1% сухої речовини в білковому контрольованих стосовно рН і температури, вміст ізоляті. фітату знижується до величини 50%. рН відолійного насіння >10:1. У цьому способі для вирохідного потоку лежить в інтервалі 7-9. Цей потік блення білкового концентрату тверді фази в екстрозділяють на розчинну і нерозчинну фракції. Перакті видаляють за допомогою фільтрації, розчиршу з них далі піддають тепловій обробці, щоб нений білок пастеризують, а екстракт пропускають дезактивувати ензими, а розчинені речовини конкрізь мембрану для мікрофільтра з граничною моцентрують за допомогою нанофільтрації і сушать, лекулярною масою >100000. формуючи кінцевий продукт. Нерозчинну фракцію і У патенті [US, 5989600] показано, що розчинфільтрат, сформований під час нанофільтрації, ність рослинних білків можна збільшити обробкою переводять у відходи. джерела такого білка ензимами, наприклад, фітаУ публікації [Tzeng et al..//Journal of Food зою та/або протеолітичними ензимами. Їх з метою Science. – 1990. – 55. – P.1147-1156] описані серії підвищення розчинності білків безпосередньо заекспериментів з фракціонування різних матеріалів стосовують до вихідного матеріалу перед будьз олійного насіння із застосуванням водної схеми якою фазою екстрагування. обробки. Як вихідний матеріал застосовували коУ патенті [US, 3966971] показано, що для померційне кормове борошно з каноли і білі пластівлегшення екстрагування білків до водної дисперсії ці з каноли після екстрагування олії і прожарюванматеріалу джерела рослинних білків можна додати ня, яке видаляє розчинник. Усі процеси кислу фітазу. Для сприяння розчинності білка водекстрагування проводили у водних лужних умовах ну суспензію підтримують при рН, що відповідає з рН, що дорівнює 10 чи перевищує цю величину. мінімальній білковій розчинності для даного білка, У зазначеному способі виділяли залишок неексті піддають варці з кислою фітазою. Суміш піддають рагованих твердих фаз, а рН екстракту доводили тепловій обробці при температурі, достатній для до 3,5, щоб індук увати ізоелектричне осадження дезактивації активності ензиму, а потім відокрембілків. Осаджений білок відокремлювали від розлюють розчинені речовини від нерозчиненого зачинних речовин, що залишаються, за допомогою лишку варки. Зазначено, що розчинений і нерозцентрифугування. Розчинний білок концентрували чинений залишки розділяють, на вибір, ультрафільтрацією і діафільтрацією, застосовуючи центрифугуванням, фільтрацією чи комбінацією мембрану з граничною молекулярною масою цих процедур. Потім рН рідкого екстракту дово10000. Для нерозчинного залишку, ізоелектрично дять до необхідної величини і здійснюють сушіння осадженого білка і розчинного білка, що пройшов, для вироблення кінцевого продукту. ультрафільтрацію, провели аналіз на рівні сухої У патенті [US, 4435319] показано, що білок речовини, білка, фітату і глюкозиноляту. можна екстрагувати з кормового борошна на осВ цих умовах, неекстрагований залишок корнові соняшника за допомогою обробки водної сумового борошна з каноли містив 67% твердої фази спензії борошна кислотою при значенні рН, що і 62% білка, присутніх у ви хідному матеріалі. Вилежить між 4,0 і 7,0. Розділяють розчинний і неходячи з кількості сухої речовини, залишок кормо 7 77942 8 вого борошна мав вміст білка і фітату відповідно Кожен з продуктів має гарну цінність, напри42% і 5,7%; ізоелектрично осаджений білок мав клад, як кормові інгредієнти для різних видів твавміст білка і фітату відповідно 83% і 2%, а розчинрин, таких як риба, свині, курчата і рогата худоба, ний білок мав вміст білка і фітату відповідно 86% і чи харчові інгредієнти, призначені для споживання 1,7% Ізоелектричний і розчинний білки містили людиною. відповідно 22% і 11% загальної кількості білка у Ефективність екстрагування живильних речовихідному матеріалі харчового продукту з каноли. вин, таких як білок, є адекватною виробленню ісУ порівнянні з цими даними, екстрагування білка в тотної кількості високоцінних продуктів, але необлужних умовах було істотно вищим в тому випадхідно дотримуватися компромісу з цінністю ку, коли як вихідний матеріал використовували білі екстрагованого залишку. Цей залишок зберігає пластівці з каноли, не прожарені для видалення гарну цінність як білкове волокно для жуйних тварозчинника У цьому випадку неекстрагований зарин. У високоцінних продуктах вміст волокна й лишок містив тверду фазу і білок у кількості 50% і антиживильних факторів, таких як фітинова кисло15% цих речовин, виявлених у ви хідному матеріата, дорівнює нулю чи знаходиться на прийнятно лі. Виходячи з кількості сухої речовини, залишок низьких рівнях. В ході процесу не відбувається кормового борошна мав вміст білка і фітату відповироблення малоцінного побічного продукту чи відно 11% і 6,5%, ізоелектрично осаджений білок відходів. мав вміст білка ι фітату відповідно 87% і 1%, а З метою зменшення витрат на сушіння в рамрозчинний білок мав вміст білка і фітату відповідно ках сумарного процесу система фракціонування96% і 1,2%. Ізоелектричний і розчинний білки місобробки виробляє зневоднені проміжні продукти з тили відповідно 43% і 33% загальної кількості білмінімальним вмістом вологи. ка у вихідному матеріалі у вигляді білих пластівців Система фракціонування-обробки не потребує з каноли. Дуже високий рівень екстрагування з надлишку вологи чи хімічних препаратів, що збітаких пластівців свідчить про високу азотну розльшив би загальні витрати способу за рахунок чинність вихідного матеріалу в комбінації з лужнивтрат та поновлення чи внаслідок витрат, зв'язами умовами екстрагування. них з повторним використанням вологи і хімічних Даний винахід у своєму самому широкому аспрепаратів. пекті належить до способу водного екстрагування ι У відповідності зі сказаним, даний винахід фракціонування вихідного матеріалу з олійного пропонує схему фракціонування-обробки, яку монасіння, такого як пластівці з вилученим розчиннижна застосовувати у випадку масловмісного матеком ι екстрагованою олією, що мають своїм джеріалу з олійного насіння, такого як насіння каноли релом насіння каноли чи рапсу. Цей матеріал з чи рапсу, для ефективного фракціонування компоолійного насіння спочатку піддають екстрагуванню нентів олійного насіння, що не містять олії, на чітко розчинником, застосовуючи водний розчинник, а з відмінні продукти. Кожний з цих продуктів має знатвердих фаз, що залишаються, виділяють водний чну цінність, і, таким чином, у ході процесу не виекстракт. Його дефітинізують за допомогою обробробляється яких-небудь істотних відходів чи побіки ензимом, збагаченим фітазою. чних продуктів усіх видів. Далі, спосіб виробляє Одержаний у такий спосіб дефітинізований екзневоднені проміжні продукти з мінімальним вмісстракт можна піддати тепловій обробці, щоб індутом вологи і не вимагає високих рівнів кількості кувати зсідання білка, що містився в екстракті.. вологи чи хімічних препаратів. Він відрізняється Потім цей осаджений білок можна виділити з рідивід існуючих технологій тим, що сфокусований не ни, що залишається, шля хом поділу тверда фазана ефективному фракціонуванні матеріалу на вирідина. сокоцінні продукти, а на високоефективному екстРезультатом є серія цінних продуктів без вирагуванні і виділенні білка з олійного насіння. Тим роблення побічного продукту чи відходів усіх висамим забезпечується повне використання комподів. Спосіб за винаходом забезпечує ефективне нентів насіння, що не містять олії. екстрагування одночасно з цим зберігаючи такий Винахід застосовує як вихідну сировину матевміст білка в неекстрагованому матеріалі, щоб цей ріали з олійного насіння, що мають своїм джерематеріал мав гарну кормову цінність як білкове лом насіння рапсу чи каноли. Зокрема, вихідним волокно для жуйних тварин. Рідкий екстракт, одематеріалом є непрожарені чи злегка прожарені ржаний після відділення осадженого білка, можна пластівці з насіння рапсу чи каноли, що пройшли далі обробити шляхом мембранної фільтрації з стадію екстрагування олії. У даному винаході під подальшим виробленням високоцінних продуктів. непрожареними чи злегка прожареними пластівФіг.1 ілюструє концентрацію фітату в екстракті цями мається на увазі залишок насіння, що зализ каноли після гідролізу протягом 60хв. з фі тазами шається після екстрагування олії, причому з цього FFI чи Natuphos. матеріалу розчинник видалили, не піддаючи матеВідомості, що підтверджують можливість здійріал істотному нагріванню. У більш точному форснення винаходу мулюванні непрожарені чи злегка прожарені пласПовне використання наявного потенціалу комтівці визначають як пластівці, що мають коефіцієнт понентів олійного насіння, що не містять олії, такодиспергованості азоту (nitrogen dispersibility index, го як насіння рапсу чи каноли, потребує проведенNPI) >50%. Цей коефіцієнт можна визначити офіня процесу фракціонування, у ході якого ці ційним методом Ва відповідно до документів Амекомпоненти розділяють на чітко відмінні продукти, риканської спілки нафтохіміків (AOCS). що мають гарну цінність в рамках обраних застоДаний винахід є двостадійним способом екстсувань. Система фракціонування-обробки згідно з рагування і дефітинізації. На першому етапі вихідданим винаходом задовольняє таким критеріям. ний матеріал змішують з водним середовищем 9 77942 10 екстрагування, краще, в кількості 10-50мас./об.%, продукт із гарною цінністю як білково-волоконний ще краще, від приблизно 15 до приблизно корм для жуйних тварин, таких як рогата худоба і 30мас./об.%. Водне середовище екстрагування вівці, зневоднений екстрагований матеріал можна може містити сіль, таку як NaCI чи КСІ, кислоту, висушити у відомий спосіб. таку як НСІ чи лимонна кислота, або основу, таку На другому етапі винаходу, екстракт цілком чи як NaOH чи КОН. Солі можуть бути присутні в кільчастково дефітинізують в контрольованих умовах кості 2 і сприяння активності ензиму рН об'ємного екстрак40%, краще клітин разом з розчинними речовинами в об'ємно>50%, сухої речовини. Вміст фітату в де фітинізому екстракті приводить до ефективного, але усе ваному екстракті 30% кількості сухої речовини Зневоднення екстність екстракту збільшують за рахунок подальшого рагованого матеріалу є відносно ефективним профракціонування. Наприклад, частину білка в екстцесом, так що після нього вміст вологи складає ракті можна осадити відомим способом такими величину 80°С Щоб збільшити цінність матеріалу, в кращому протягом проміжку часу більше 1хв. В кращому варіанті здійснення винаходу рідку фазу, сформоваріанті, температуру де фітинізованого екстракту вану під час зневоднювання дефітинізованого ексзбільшують до 95°С и витримують в цих умовах тракту, що пройшов теплову обробку, далі фракціпротягом 5хв. Частина загальної кількості білка в онують. Наприклад, частину загальної кількості екстракті є чутливою до білкового зсідання, індубілка в екстракті можна осадити відомим способом кованого нагріванням. Далі, процес теплової оброза допомогою таких технічних прийомів, як ізоелебки служить для пастеризації екстракту, зменшуюктричне осадження. Потім осаджені білки можна чи тим самим бактеріальний потенціал у кінцевих виділити і висушити, щоб сформувати продукт із продуктах. На додаток до цього, теплова обробка низьким вмістом фітату і високим вмістом білка. буде денатурувати будь-яку форму активності енРідина, що залишається після видалення осаджезиму, що діє на екстракт під час фази ензимної ного білка, може містити, у першу чергу, розчинні обробки. В порядку альтернативи до екстракту вуглеводні і білки, стійкі до осадження, індукованододають хімічні препарати, такі як CaSO4, про які го нагріванням, та ізоелектричного осадження. відомо, що вони сприяють зсіданню білків, індукоЦей матеріал може бути висушений для виробваному нагріванням. Крім того, для полегшення лення продукту з гарною кормовою цінністю для процесу зазначеного зсідання до екстракту в потаких тварин, як свині і домашній птах. рядку альтернативи додають кислоту, таку як НСІ, В іншому кращому варіанті здійснення виначи основу, таку як NaOH. ходу безпосередньо обробляють рідину, сформоВ кращому варіанті здійснення, хімічні препавану під час зневоднювання дефітинізованого ексрати не додають узагалі, і індуковане нагріванням тракту, що пройшов теплову обробку, пропускаючи зсідання білка відбувається без ускладнення комйого крізь мембранні фільтруючі пристрої, щоб позиції екстракту. Потім дефітинізований екстракт, виділити і сконцентрувати розчинні білок та вуглещо пройшов теплову обробку, обробляють з виководні, що знаходяться в рідині. Зокрема, білковий ристанням таких методів, як просівання крізь меконцентрат з вмістом білка >65%, краще. >75% талеві сита в комбінації з компресійною та/або сухої речовини можна сформувати, пропускаючи вакуумною фільтрацією, та/або якими-небудь інрідину крізь мембрану ультрафільтра. Білковий шими методами поділу, що ефективно видаляють концентрат, сформований під час ультрафільтрарідину з твердих фаз (зсілий білок разом з малеції, можна висушити відомим способом для виробнькими фрагментами твердих фаз). Відповідно до лення продукту з високою білковою цінністю. винаходу, >30%, краще >50% загальної кількості Відповідно до винаходу, вміст фітату в цьому білка в дефітинізованому екстракті, що пройшов білковому концентраті складає величину 55% сухої речовини в зневоднтрату, збагаченого вуглеводнями. Такий вуглевонених твердих фазах, виділених з дефітинізованодневий концентрат можна застосовувати безпосего екстракту, що пройшов теплову обробку. редньо як кормовий продукт для тварин, що Відповідно до винаходу, вміст фітату складає