ES2981717T3 - Nuevo procedimiento para la extracción de proteínas de materia de plantas o algas - Google Patents
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Abstract
Se describe un método para separar proteínas de material vegetal o de algas. El método comprende mezclar el material que contiene proteínas con un disolvente, preferiblemente agua; extraer el material que contiene proteínas a un pH > 7; y acidificar la mezcla, precipitando así la proteína y la fibra juntas. En algunas realizaciones de la invención, la separación comprende además decantar la mezcla para recuperar un sólido de proteína/fibra; añadir agua al sólido de proteína/fibra; añadir una cantidad predeterminada de base al sistema de proteína/fibra/agua, precipitando así la fibra; separar la fibra de la proteína en un decantador; y secar la solución de proteína. En otras realizaciones, el sólido de proteína/fibra se procesa directamente, por ejemplo, al pasarlo a una extrusora. El uso de la fibra como portador para la proteína hace que el método inventivo sea más eficiente que los métodos conocidos en la técnica; en particular, el método inventivo no requiere el uso de una centrífuga clarificadora de alta gravedad. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Nuevo procedimiento para la extracción de proteínas de materia de plantas o algas
REFERENCIA A SOLICITUDES RELACIONADAS
[0001] Esta solicitud reivindica prioridad de la solicitud provisional de EE. UU. N.° 62/473,502, presentada el 20 de marzo de 2017.
CAMPO DE LA INVENCIÓN
[0002] Esta invención se refiere en general a métodos para extraer proteína de material que contiene proteína derivado de plantas o algas. Se refiere en particular a métodos para extraer proteína de materia de plantas o algas en los que se usan fibras como portador para dar una mejor separación de la proteína.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
[0003] La materia vegetal, particularmente procedente de plantas tales como leguminosas, es una fuente bien conocida de proteínas. En los métodos conocidos en la técnica, el proceso de extracción generalmente comprende mezclar la materia vegetal con un solvente, centrifugar y decantar o filtrar para eliminar la materia fibrosa y acidificar el material restante después de la separación en el clarificador para producir un extracto proteico crudo. Los azúcares y el almidón se separan generalmente en este punto para la concentración para producir melazas. El extracto proteico crudo se rehidrata, utilizándose adicionalmente el agua para eliminar por lavado sales, azúcares y almidón del extracto proteico. A continuación, el extracto proteico crudo se introduce en una centrífuga clarificadora para producir un segundo extracto. Se añade agua a este segundo extracto con el fin de ajustar el contenido de sólidos al 8-15 %, y el pH se lleva después a un valor casi neutro mediante la adición de base. A continuación, se produce proteína seca en polvo mediante secado por pulverización del segundo extracto. En la Figura 1A se presenta un esquema de los pasos de los métodos conocidos en la técnica tal como el descrito en el presente documento.
[0004] En los métodos conocidos en la técnica, el clarificador usado para aislar la proteína del líquido sobrenadante representa un cuello de botella en el proceso, limitando el rendimiento del proceso así como la eficiencia de la separación y purificación.
La patente de EE. UU. N° 3607860 describe un método para producir una proteína de soja con propiedades mejoradas. La proteína de soja se produce separando la proteína de la leche de soja en condiciones ácidas, alcalinizando la proteína, devolviendo el pH a neutro y luego calentando la solución de proteína resultante a una temperatura por encima de 60 °C.
La patente de EE. UU. N° 4771126 describe un método para el fraccionamiento de una proteína vegetal. El método comprende la reducción de una solución acuosa de la proteína por reacción con un agente reductor o por reducción electrolítica, seguido de llevar el sistema a un pH de entre 5,5 y 7,0 a una temperatura < 20 °C para fraccionar el sistema en fracciones solubles e insolubles. La solicitud de patente de EE. UU. N° 2004/0028799 describe un método para fraccionar una proteína de soja en una globulina 7S y una globulina 11S altamente puras. El método comprende calentar una solución que contiene una proteína de soja en condiciones débilmente ácidas seguido de fraccionamiento a pH 5,6-6,6 en una fracción soluble y una fracción insoluble. El tratamiento con fitasa se puede emplear para fraccionar la proteína en una globulina 7S y una globulina 11S. La solicitud de patente de EE. UU. N° 2012/0021457 describe métodos para preparar concentrados de proteínas y aislados de proteínas a partir de algas. El método incluye la eliminación de fibras de las algas usando centrifugación con baja fuerza g. Los concentrados y aislados de proteína se obtienen opcionalmente ajustando el pH para solubilizar la proteína antes de la separación de la proteína de la fibra y ajustando el pH para precipitar la proteína después de la separación de la proteína de la fibra.
[0005] La solicitud de patente internacional (PCT) N° WO2018/011786 (en lo sucesivo '786) describe un método para producir un concentrado de proteína derivado de leguminosas tales como garbanzos. El método comprende suspender material leguminoso en agua, desamargar el material leguminoso y extraer las proteínas del material leguminoso desamargado. El desamargado se realiza preferiblemente haciendo reaccionar el material leguminoso con ácido fumárico, y la extracción se realiza preferiblemente basificando el producto leguminoso desamargado.
[0006] Por lo tanto, sigue existiendo una necesidad no satisfecha desde hace mucho tiempo, de un proceso de extracción de proteínas de materia vegetal que separe la proteína más eficazmente que los métodos conocidos en la técnica.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
[0007] El método descrito en el presente documento está diseñado para satisfacer esta necesidad persistente. En particular, el método usa fibra vegetal como portador para la proteína en lugar de separarla en un paso inicial. El uso de la fibra vegetal como portador para la proteína se logra acidificando una suspensión de material vegetal antes de cualquier paso de decantación, produciendo de este modo un precipitado de proteína/fibra que puede usarse tal cual para un procesamiento adicional, o del que la proteína puede separarse fácil y eficazmente.
[0008] La presente invención se define en las reivindicaciones adjuntas.
BREVE DESCRIPCIÓN DEL DIBUJO
[0009] La invención se describirá a continuación con referencia al dibujo, donde:
La Figura 1 presenta una comparación esquemática de los métodos conocidos en la técnica (Figura 1A) y el método descrito en el presente documento (Figura 1B) para la producción de proteína a partir de material vegetal.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS FORMAS DE REALIZACIÓN PREFERIDAS
[0010] En la siguiente descripción, se describirán diversos aspectos de la invención. Con fines explicativos, se exponen detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión exhaustiva de la invención. Será evidente para un experto en la técnica que hay otras formas de realización de la invención que difieren en detalles sin afectar a la naturaleza esencial de la misma. En particular, mientras que en algunos casos, por claridad o concisión, diferentes elementos de la invención o diferentes pasos del método se analizan individualmente, los inventores consideran que cualquier combinación de elementos descritos en el presente documento que no sea autocontradictoria está dentro del alcance de la invención. Además, los ejemplos presentados en el presente documento se presentan para ayudar a un experto en la técnica a comprender cómo realizar y usar la invención divulgada en el presente documento, y no deben interpretarse como una limitación de la invención de ninguna manera. Más bien, la invención para la que se busca protección es la definida por las reivindicaciones, según la interpretación razonable más amplia de dichas reivindicaciones.
[0011] Como se usa en el presente documento, con referencia a cantidades numéricas, el término "aproximadamente" se refiere a un intervalo de ±20 % con respecto al valor nominal.
[0012] A menos que se indique lo contrario, todas las concentraciones se dan como porcentajes en peso.
[0013] Se hace referencia ahora a la Figura 1B, que presenta un esquema de los pasos en el nuevo proceso de la presente invención. En contraste con los métodos conocidos en la técnica tales como los descritos en la Figura 1A, en los que la fibra vegetal se separa en una etapa temprana del proceso después de que se haya realizado la extracción básica, en el método descrito en el presente documento, la fibra sirve como un portador para la proteína, lo que conduce a una separación más eficiente de la proteína del resto de la materia vegetal. El método descrito en el presente documento puede usarse para extraer proteína de cualquier tipo de material derivado de algas o plantas que sea adecuado para su uso como fuente de proteína. En algunas formas de realización de la invención, el material se deriva de algas. En algunas formas de realización preferidas de la invención, el material se deriva de plantas. En algunas formas de realización más preferidas de la invención, el material es materia vegetal derivada de una planta seleccionada del grupo que consiste en guisante, garbanzo, moringa, malva, amaranto, cáñamo y soja. En algunas formas de realización particularmente preferidas de la invención, la materia vegetal comprende harina de guisante y/o harina de garbanzo.
[0014] En el método de la invención, la materia vegetal se mezcla con agua para formar una suspensión. Después se añade suficiente base, normalmente NaOH, para elevar el pH a >7 y la suspensión resultante se mantiene a pH básico hasta que se ha extraído la proteína, o una fracción deseada de la misma. En formas de realización preferidas de la invención, la extracción se realiza a un pH de aproximadamente 9, es decir, en condiciones suficientemente básicas para proporcionar una hidrólisis esencialmente completa del contenido de proteínas del material de planta o algas. En formas de realización típicas de la invención, más del 95 % en peso de la proteína se extrae en la fase acuosa. A diferencia de los métodos conocidos en la técnica, en formas de realización preferidas del método, la fibra no se separa en este punto. Más bien, después de la extracción de proteínas, la mezcla de materia vegetal/solvente se acidifica hasta su punto isoeléctrico o a un pH de entre 4,3 y 4,8. En formas de realización típicas de la invención, se usa HCl, aunque puede usarse cualquier ácido que sea adecuado para su uso en el proceso (H<3>PO<4>siendo un ejemplo no limitativo). La acidificación conduce a la coprecipitación de la proteína y la fibra. En contraste con los métodos de la bibliografía, el paso de acidificación del método descrito en el presente documento precede al paso de decantación o clarificación, en lugar de seguirlo. Adicionalmente, en contraste con el método descrito en '786, el método descrito no requiere el uso de ácido fumárico.
[0015] Después de la acidificación, el precipitado de proteína/fibra resultante se separa del líquido sobrenadante, preferiblemente en un decantador. El precipitado de proteína/fibra se recupera después para procesamiento adicional. En formas de realización preferidas de la invención, el precipitado de proteína/fibra se lava a continuación para eliminar impurezas tales como azúcares líquidos y almidón. El lavado se realiza preferiblemente a pH ácido para evitar la disolución del precipitado y la pérdida de proteína en el líquido sobrenadante. Se realiza más preferiblemente a pH isoeléctrico.
[0016] En algunas formas de realización preferidas, la proteína se separa del precipitado de proteína/fibra. En estas formas de realización, la proteína se separa preferiblemente de acuerdo con el siguiente método. Se añade solvente, preferiblemente agua, a los sólidos de proteína/fibra y se ajusta el pH mediante la adición de base (en formas de realización preferidas, mediante la adición de una solución de NaOH). En formas de realización preferidas, el pH se ajusta entre 6,5 y 9, disolviendo de este modo la proteína mientras se deja la fibra sin disolver. La fibra sólida se separa entonces de la solución que contiene proteína sobrenadante, preferiblemente en un decantador. Si la condición de la suspensión de fibras lo requiere, se puede usar una centrífuga clarificadora además del decantador para separar la fibra con el fin de asegurar que se ha eliminado cualquier pequeño trozo restante de fibra. En contraste con los métodos de la bibliografía, en los que el uso de un clarificador de alta fuerza g no solo se requiere, sino que representa el cuello de botella del proceso, en el método descrito en el presente documento, el uso de un clarificador no es generalmente necesario. El uso de un clarificador puede ser útil en algunos casos para proporcionar un corte final deseado de lo que no se separa en el decantador, pero incluso en estos casos, no se necesita un clarificador de alta fuerza g de un tipo generalmente conocido en la técnica que usa fuerzas de miles o decenas de miles de g. En formas de realización preferidas de la invención descritas en el presente documento, el pH de la solución que contiene proteína se ajusta a un valor casi neutro después de la separación de la fibra de la solución que contiene proteína, más preferiblemente a un pH de entre 6,8 y 7,5.
[0017] En formas de realización preferidas de la invención, la solución que contiene proteína se seca a continuación para producir extracto de proteína seca. En formas de realización particularmente preferidas de la invención, la solución que contiene proteínas se conduce a un secador por pulverización, donde se seca mediante secado por pulverización.
[0018] Como se ha descrito anteriormente, debido a la eficiencia de la extracción básica, en algunas formas de realización de la invención, en lugar de separar la proteína del material vegetal, el precipitado de proteína/fibra producido después de la acidificación inicial se usa tal cual sin ningún procesamiento adicional. En formas de realización preferidas, el precipitado de proteína/fibra se transfiere directamente a una extrusora para producir un producto vegetal que tiene alto contenido de proteína y también contiene fibra. Esta transferencia directa es particularmente útil cuando la materia vegetal es alta en proteínas. En algunas formas de realización no limitativas, la concentración de proteína del precipitado de proteína/fibra enviado a la extrusora es > 50 %; la concentración mínima exacta de proteína necesaria para proporcionar un producto útil depende de los requisitos específicos del producto deseado y el uso que se le vaya a dar. Los inventores han descubierto que el precipitado de proteína/fibra derivado de soja es particularmente adecuado para la transferencia directa a la extrusora. El material extruido puede procesarse entonces de acuerdo con métodos conocidos en la técnica.
Claims (13)
1. Método para extraer proteína de material que contiene proteína derivado de plantas o algas,caracterizado por el hecho de quedicho método comprende los siguientes pasos realizados en el siguiente orden: mezclar dicho material que contiene proteínas con agua, produciendo de este modo una suspensión de dicho material que contiene proteínas;
extraer proteína de dicho material que contiene proteína a pH > 7;
producir un precipitado de proteína y fibra y un líquido sobrenadante acidificando dicha suspensión a un pH seleccionado entre el grupo constituido por (a) el punto isoeléctrico y (b) un pH comprendido entre 4,3 y 4,8; y,
separar dicho precipitado de proteína/fibra de dicho líquido sobrenadante para recuperar un sólido de proteína/fibra;
y ademáscaracterizado por el hecho de quedicho paso de acidificación se realiza antes de cualquier paso de separación de la proteína de la fibra.
2. Método según la reivindicación 1,caracterizado por el hecho de quedicho paso de extracción comprende: añadir una base suficiente a dicha suspensión para elevar el pH a más de 7; y,
mantener dicha suspensión a pH básico hasta que se ha extraído una fracción predeterminada de proteína de dicho material que contiene proteína.
3. Método según la reivindicación 2,caracterizado por el hecho de quedicha fracción predeterminada es de al menos 95 % en peso.
4. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,caracterizado por el hecho de quedicho paso de extracción se realiza antes de cualquier paso de adición de ácido a dicho material que contiene proteínas.
5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,caracterizado por el hecho de quedicho material que contiene proteínas se deriva de una planta seleccionada del grupo que consiste en guisante, garbanzo, moringa, malva, amaranto, cáñamo y soja.
6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,caracterizado por el hecho de quedicho material que contiene proteínas es derivado de algas.
7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6caracterizado por el hecho de quedicho paso de acidificación se realiza antes de cualquier paso de decantación.
8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,caracterizado por el hecho de quedicho paso de separación de dicho precipitado de proteína/fibra de dicho líquido sobrenadante comprende al menos un paso seleccionado del grupo que consiste en:
separar dicho precipitado de proteína/fibra de dicho líquido sobrenadante por decantación; y,
separar dicho precipitado de proteína/fibra de dicho líquido sobrenadante por filtración.
9. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,caracterizado por el hecho de quedicho paso de separación de dicho precipitado de proteína/fibra de dicho líquido sobrenadante para recuperar un sólido de proteína/fibra va seguido de un paso de lavado de dicho sólido de proteína/fibra para eliminar al menos una sustancia seleccionada del grupo que consiste en líquidos, grasas, azúcares y almidón.
10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,caracterizado por el hecho de quedicho método comprende:
añadir agua a dicho sólido de proteína/fibra, produciendo de este modo una mezcla de proteína/fibra/agua; añadir una cantidad predeterminada de base a dicha mezcla de proteína/fibra/agua, precipitando de este modo la fibra y produciendo una solución de proteína; y,
separar dicha fibra de dicha solución de proteína.
11. Método según la reivindicación 10, que comprende secar dicha solución de proteína después de dicho paso de separar dicha fibra de dicha solución de proteína, produciendo de este modo proteína seca.
12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende pasar dicho sólido de proteína/fibra a una extrusora.
13. Método según la reivindicación 12,caracterizado por el hecho de quedicho material que contiene proteínas comprende material derivado de soja.
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