KR20200051606A - 해바라기 및/또는 카놀라 오일 씨앗로부터 단백질 제제를 얻는 방법, 및 단백질 제제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해바라기 및/또는 카놀라 씨앗으로부터 단백질 제제를 얻는 방법에 관한 것이다. 적어도 하기 단계가 수행된다:
- <5 중량%의 껍질 함량까지 해바라기 또는 카놀라 씨앗의 껍질을 벗기는 단계;
- >7 내지 <35 중량%의 범위의 지방 또는 오일 함량까지 압착함으로써 기계적인 방식으로 탈피 해바라기 또는 카놀라 씨앗을 부분적으로 탈유시키는 단계; 및
- 적어도 하나의 유기 용매 또는 초임계 CO₂를 사용하여 하나 이상의 추출 단계를 수행하는 단계.
상기 추출 단계 중 적어도 하나의 단계는 해바라기 또는 카놀라 씨앗의 추가 탈유를 수행하고, <2 mm의 입자 크기 또는 <2 mm의 플레이크 두께로의 압착 케이크의 선행 분쇄 공정 후에 또는 동시 분쇄 공정 동안에 삼출 또는 침지 추출 공정으로서 수행된다. 하나의 추출 단계 또는 복수의 추출 단계에 의해서, 우수한 단백질 소화성을 갖는 탈유 단백질-함유 가루 또는 과립이 탈용매 공정 후에 단백질 제제로서 얻어진다.

Description

해바라기 및/또는 카놀라 오일 씨앗로부터 단백질 제제를 얻는 방법, 및 단백질 제제

본 발명은 식품 성분, 동물 사료 또는 기술적 첨가제로서 사용하기 위한 해바라기 및/또는 카놀라 씨앗으로부터 단백질 제제를 얻는 방법, 및 그러한 방법으로 생산될 수 있는 단백질 제제에 관한 것이다.

경작 가능한 공간과 자원이 줄어드는 배경에 대항하여, 식물-기반 단백질 제제가 인간을 위한, 기술적 적용을 위한 및 동물 사료에서의 사용을 위한 영양 공급원으로서 점점 중요해지고 있다. 고부가 가치의 식료품에 대한 증가하는 수요는 영양 목적에 최적화되고, 인간 및 동물 둘 모두에 의해서 거의 완전히 대사될 수 있고, 용이하고 저렴하게 생산될 수 있는 단백질 제제에 대한 요구를 증가시키고 있다.

식품 및 동물 사료를 위한 한 가지 저렴한 단백질 공급원은 해바라기 및 카놀라 씨앗으로부터 쿠킹 오일을 얻기 위해서 수행된 압착 및 추출 작업으로부터의 잔류물이다. 이들 씨앗은 고체의 대체로 검은 색의 껍질 및 오일-함유 과육을 특징으로 한다. 이들 씨앗의 껍질을 벗기는 것이 가능하지만, 작업은 특히 카놀라 씨앗의 경우에 매우 복잡하다.

오일 회수 동안에 생성되는 압착 및 추출 잔류물은 오늘날 주로 동물 사료로서 사용된다. 그러나, 이들의 사용은 이들의 높은 단백질 함량에도 불구하고 매우 제한된다. 이는 25 중량% 초과이고 예외적인 경우로는 50 중량%를 초과하기도 하는 잔류물 내의 매우 높은 껍질 함량에 일부 기인한다. 바람직하지 않은 수반된 물질의 비율, 특히, 이차 식물성 물질, 예컨대, 폴리페놀, 탄닌, 글루코시놀레이트 또는 피틴산의 비율이 또한 매우 높다. 이들 성분은 잔유물의 총 10 중량%를 구성할 수 있으며, 단백질의 색상, 맛 및 소화성을 꽤 상당히 손상시킬 수 있다. 결과적으로, 해바라기 및 카놀라 오일의 회수로부터의 압착 케이크 및 추출 잔류물은 식품 및 동물 사료를 위한 고부가 가치의 단백질 가루를 생산하기에 적합하지 않으며, 이들이 함유한 이차 식물성 물질로 인해서 특정의 종류의 동물에게 먹이기에 단지 소량으로 적합하다.

관련 기술 분야에 따르면, 해바라기 및 카놀라 씨앗은 높은 오일 수율을 얻는 관점으로 주로 가공된다. 그 결과, 이들은 이들로부터 이물질이 제거되고, 부분적으로 컨디셔닝(지정된 온도 및 수분 수준의 설정)되고, 이어서, 예비 오일 추출이 압착에 의해서 기계적으로 수행되고(10 중량% 이하의 잔류 오일 함량), 그 후에, 잔류 오일 함량은 헥산에 의해서 압착 케이크로부터 추출된다. 비록, 압착 케이크 내의 잔류 오일 함량은 잔류물의 저장 안정성을 감소시키지만, "마무리 압착(Finish pressing)"이 또한 후속 추출 없이 약 5 중량%의 잔류 오일 함량을 얻도록 수행될 수 있다.

관련 기술 분야에 따르면, 해바라기 및 카놀라 씨앗은 가장 흔하게는 제거된 또는 단지 부분적으로 제거된 껍질 없이 압착된다. 껍질이 부분적으로 제거된 경우에는, 씨앗에 함유된 껍질의 50 중량% 초과가 오일이 제거되기 전에 원료에 잔류되며, 이는 평균적으로 해바라기 씨앗 중의 >10 중량% 및 카놀라 씨앗 중의 >8 중량%의 압착전 잔류 껍질 함량에 상응한다. 관련 기술 분야에서, 특히, 압착, 즉, 마무리 압착 또는 부분적인 오일 제거 단계로서 예비 압착의 경우에, 프레스(press)로부터 오일을 배출시키를 것을 더 쉽게 하고 그래서 압착 속도를 증가시키기 위해서 적어도 10 중량%의 껍질 함량을 가지도록 하는 것이 필요한 것으로 여겨진다.

몇 년 동안, 해바라기 또는 카놀라 오일의 회수 동안에 얻은 잔류물 중에 함유된 단백질로부터 단백질 가루 또는 농출물을 제조하고 그래서 그것들을 식품 및 고부가 가치의 동물 사료 적용에 사용 가능하게 하기 위한 시도들이 또한 있었다. 일부 문헌은 카놀라 및 해바라기 씨앗으로부터 단백질 농축물의 생산을 기재하고 있다. 이들 단백질 농축물은, 건식 또는 습식 기술 공정(예, 용매의 사용에 의함)으로서, 단백질이 잔류물에 잔류되는 건식 또는 습식 기술 공정에 의해서 회수된다. 그러나, 바람직하지 않은 수반되는 물질의 높은 비율 및 높은 거친 섬유 함량이 동물 사료로서의 이들 잔류물의 사용을 제한하고, 그래서, 많은 경우에, 해바라기 및 카놀라 추출 그리스트(extract grist)에 비해서 상당한 이점이 있는 듯하지 않다. 따라서, 대부분의 단백질 농출물은 제한된 적용 범위를 가지며 단지 동물 사료 중에 낮은 농도로 사용될 수 있다.

EP 2 885 980 B1는 단백질 풍부 식품 또는 동물 사료로서 해바라기 단백질을 얻기 위한 방법의 기재를 포함하고 있다. 동물 사료를 생산하기 위해서, >5 중량%의 잔류 껍질 함량을 갖는 껍질 제거된 해바라기 씨앗이 사용된다. 씨앗은 그것들이 건조 중량에 대해서 ≥8 중량% 내지 ≤18 중량%의 오일 함량 및 ≥30 % 내지 ≤45 %의 단백질 함량을 가질 때까지 압착된다. 단백질의 소화성에 대한 잔류 껍질 함량의 영향은 논의되지 않았다. 역시 이러한 상황에서, 생성물의 높은 거친 섬유 함량 및 높은 클로로겐산 함량이 동물 사료로서의 이의 허용성 및 그에 따른 또한 이의 유용성을 크게 제한할 수 있는 것으로 추정된다.

WO 2010097238 A2가 또한 껍질 제거된 해바라기 씨앗으로부터 단백질 제제를 생산하기 위한 방법을 기재하고 있다. 이러한 방법에서, 해바라기 씨앗은 ≤ 5 중량%의 잔류 껍질 함량이 얻어질 때까지 껍질이 제거되거나, ≤ 5 중량%의 잔류 껍질 함량을 갖는 껍질 제거된 해바라기 씨앗이 공급된다. 껍질 제거된 해바라기 씨앗으로부터의 오일의 부분적인 추출은, 껍질 제거된 해바라기 씨앗 내의 지방 또는 오일 함량이 10 내지 35 중량%의 범위에 있을 때까지 수행되는 압착에 의해서 기계적으로 수행된다. 적어도 하나의 용매에 의한 하나 이상의 추출 단계가 완료된 후에, 지방 제거된 단백질-함유 가루가 단백질 제제로서 얻어진다. 단백질 제제는 식품 또는 동물 사료 산업에서 그것을 직접 사용하게 하는 외관 및 기능 둘 모두 면에서 매우 긍정적인 특성을 갖는다. 이러한 방법으로 가압이 80℃ 미만의 온도에서 수행되고 탈용매화가 90℃ 미만에서 수행되기 때문에 우세한 낮은 온도로 인해서, 우수한 기술기능적(technofunctional) 특성들이 유지되고, 낮은 변성도가 발생하며, 그 결과, 매우 우수한 소화성 및 생체 이용성이 달성되는 것으로 예상될 수 있다. 그러나, 해바라기 씨앗을 가공하는 동안에 우세한 온도는 90℃ 미만으로 낮아서 그러한 방법의 산업적 실행 동안에 용매-관련된 공정 스테이지에서 매우 긴 체류 시간을 필요로 하고, 이는 그에 따라서 열적 손상 및 전체 공정에 대한 높은 비용을 동반한다. 이는 제제의 이용성을 상당히 제한하고 실질적인 제정적 단점을 초래한다.

본 발명에 의해서 처리되는 문제는 해바라기 및 카놀라 씨앗으로부터 품질적으로 고부가 가치의 단백질 제제의 생산에 효율적인 방법을 제공하는 것이다. 그러한 제제는 용이하게 소화 가능하고, 이차 식물성 물질 및 섬유의 낮은 함량으로 인해서, 그리고, 이의 높은 단백질 함량으로 인해서 색상, 맛 및 기술기능적 특성 면에서 승낙 가능한 단백질을 함유할 것이고, 이는 단백질의 특성이 대체로 유지되고 이것들이 광범위한 범위의 식료품 및 동물 사료에 사용 가능하지만 여전히 생산하기에 저렴해야 함을 의미한다.

이러한 문제는 본 발명의 청구항 1에 따른 방법에 의해서 해결된다. 청구항 18은 그러한 방법에 의해서 생산될 수 있는 단백질 제제를 기재하고 있다. 추가의 청구항들은 방법 및 단백질 제제의 바람직한 변형, 및 그러한 방법에 의해서 생산된 단백질 제제의 바람직한 사용을 기재하고 있다.

해바라기 및/또는 카놀라 씨앗으로부터 고부가 가치의 단백질 성분을 얻기 위한 본 발명의 경우에, 씨앗은 먼저 <5 중량%, 유리하게는 2 중량% 미만, 유리하게는 1 중량% 미만, 및 특히 유리하게는 <0.1 중량%의 껍질 함량으로 탈피되고, 시빙(sieving), 체질(sifting) 및 선별(sorting)에 의해서 알맹이로부터 분리된다. 이는 섬유질 함량, 좋은 맛, 밝은 색상 및 우수한 기능성이 달성될 수 있는 것을 보장한다. 대안적으로는, 미리 상응하게 탈피된 해바라기 및/또는 카놀라 씨앗을 공급하고 이들을 그러한 방법을 위해서 사용하는 것이 가능하다.

해바라기 또는 카놀라 씨앗으로부터 단백질 제제를 얻기 위한 본 발명에 따른 방법에서 씨앗이 탈피되거나 공급된 후에는, 적어도 하기 단계가 수행된다:

- >7 내지 <35 중량%, 바람직하게는 >8 내지 <35 중량%, 특히 바람직하게는 >10 내지 <35 중량%의 범위의 압착 케이크 내 지방 또는 오일 함량까지 압착에 의해서 껍질 벗긴 해바라기 또는 카놀라 씨앗을 기계적으로 부분적 탈유(mechanical partial deoiling)시키는 단계,

- 바람직하게는 5 중량% 미만, 특히 유리하게는 2 중량% 미만의 잔류 물 함량까지 압착 케이크로부터 압착 케이크에 결합된 물을 분리하는 단계, 및

- 4 중량% 미만, 유리하게는 <2 중량%(Soxhlet 방법을 이용하여 측정됨)의 잔류 오일 함량을 갖는 단백질 제제로서 탈유된 단백질-함유 가루 또는 과립을 얻기 위해서, <2 mm의 입자 크기 또는 플레이크 두께로의 압착 케이크의 선행 분쇄 후에 또는 그 동안에 적어도 하나의 유기 용매, 바람직하게는 에탄올, 프로판올, 메탄올 또는 헥산, 또는 초임계 CO₂를 사용하여 하나 이상의 추출 단계를 수행하는 단계.

추출 단계들 중 적어도 하나의 단계는 부분적으로 탈유된 탈피 해바라기 또는 카놀라 씨앗의 추가의 탈유가 수행되는 방식으로 방법 동안에 수행된다. 기재된 단계들의 과정에서, 100℃의 온도가 초과되지 않으며, 유리하게는 압착 뿐만 아니라 추출(탈유) 및 추출 후에 수행되는 탈용매가, 단백질 손상을 대체로 배제하기 위해서, 90℃ 미만, 특히 유리하게는 80℃ 미만의 생성물(압착 케이크 또는 단백질 가루/단백질 과립) 내 온도로 수행될 것이다. 추출은 가장 긴 기간의 공정 단계이기 때문에, 추출 동안에 90℃의 온도가 초과하지 않는 것을 확실히 하기 위해서 특별한 주의가 필요하고, 유리하게는, 온도는 80℃ 미만, 특히 유리하게는 70℃ 미만으로 유지될 것이다.

그러한 방법으로 얻은 단백질 제제의 기능성은, 하나 이상의 용매 추출 단계 전에 물이 압착 케이크로부터 대체로 제거되면, 특별한 이점을 갖게 된다. 압착 케이크는 전형적으로는 압착 후에 매트릭스에 결합된 5 내지 12 중량% 비율의 물을 함유한다. 따라서, 물 함량이 5 중량% 미만, 유리하게는 3 중량% 미만, 특히 유리하게는 2 중량% 미만으로 감소되도록 압착 케이크가 처리되면, 추출 후의 단백질 용해도가 증가된다. 이러한 상황에서, 물은, 압착 케이크를 60 내지 100℃, 유리하게는 70 내지 90℃의 온도로 가열함으로써, 압착 케이크 전체에 걸쳐서 60 내지 100℃, 유리하게는 70 내지 90℃의 온도의 실질적으로 건조한 및/또는 따뜻한 가스 스트림을 통과시킴으로써, 또는 압착 케이크가 >60℃의 온도로 유지되는 용기 내의 압력을 감소시켜 압착 케이크에 함유된 물의 일부가 증발 또는 기화에 의해서 분리되게 함으로써 분리될 수 있다.

본 발명에 따르면, 카놀라 및 해바라기 압착 케이크 둘 모두의 경우에, 용매 추출은 침지 또는 삼출 추출 장치(immersion or percolation extraction apparatus)에서, 유리하게는 침지 추출 장치에서 수행되고, 여기에서, 압착 후에 얻은 압착 케이크는 용매 처리 전에 또는 유리하게는 그 동안에 실질적으로 앞서 나타낸 입자 크기 또는 플레이크 두께로 분쇄된다. 관련 기술 분야에 따른 및 또한 본 발명에서의 압착 후에, 압착 케이크는 대체로 그것이 작은 슬라이스 또는 가닥의 형태로 기계적 프레스를 빠져나갈 때까지 0.4 내지 4 cm, 바람직하게는 0.5 내지 2 cm 범위의 두께 또는 입자 크기를 갖는다.

입자 크기가 2 mm 미만, 유리하게는 1 mm 미만, 특히 유리하게는 0.5 mm 미만, 이상적으로는 0.2 mm 미만으로 감소되거나, 압착 케이크가 2 mm 미만, 유리하게는 1 mm 미만, 특히 유리하게는 0.5 mm 미만, 이상적으로는 0.2 mm 미만의 두께를 갖는 플레이크로 가공되는 경우에, 용매, 예컨대, 헥산 또는 에탄올에 의한 삼출 또는 침지 추출 및 또한 용매의 탈용매는 낮은 추출 온도, 일부의 경우에는 70℃ 미만에도 불구하고 더 빠르게 그리고 또한 더욱 원활하게 진행된다는 것이 밝혀졌다.

본 발명의 목적을 위해서, <2 mm의 입자 크기는, 2 mm의 메쉬 크기를 갖는 체(sieve)로 압착 케이크의 분쇄 후에 얻은 압착 케이크 입자의 대표적인 무작위 샘플을 시빙(sieving)하는 때에, 무작위 샘플 내의 모든 입자 중의 10% 또는 그 미만의 질량이 체를 통해서 통과할 수 없고, 입자 중 90% 초과의 질량이 체(sieve) 아래에 쌓인다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. <1 mm 및 <0.5 mm의 입자 크기의 경우에, 이는 1 mm 또는 0.5 mm 또는 0.2 mm의 메쉬 크기를 갖는 체(sieve)에 대해서 상응하게 적용된다. 유기 용매에 의한 현탁액이 공급될 때까지 분쇄가 수행되지 않는다면(예를 들어, 교반기에 의해서), 체 크기 분석은, 가능하게는 추가의 용매의 도움으로, 현탁액을 사용하여 수행되어야 한다.

용어 플레이크 두께는 압착 케이크를 스쿼시(squash)하거나 파쇄하기 위해서 사용된 로울러 밀(roller mill) 또는 일부 다른 장치에 플로킹(flocking)한 후에 얻은 플레이크의 평균 두께를 의미하는 것으로 이해된다. 플레이크의 두께는, 예를 들어, 캘리퍼(calliper) 또는 마이크로미터 스크류(micrometer screw)로 측정함으로써 측정될 수 있고, 그렇게 얻은, 평균 두께는 각각의 무작위 샘플 내의 적어도 50개 측정으로부터의 산술적 평균에 상응한다.

이러한 상황에서, 분쇄된 압착 케이크의 입자 크기는 본 발명에 따른 추출의 변형에 맞게 다양한 방식으로 조정될 수 있다. 따라서, 파쇄 장치 또는 밀, 예컨대, 상응하는 체 인서트(sieve insert)를 갖는 햄머 밀, 충격 밀 또는 과립화기, 또는 적절한 로울러 갭(roller gap)을 갖는 로울러 밀이 추출 전에 사용될 수 있다. 그 결과, 특정의 크기 범위의 입자 충전물이 얻어진다. 이들은 이어서 분쇄 후에 또는 그 동안에 크기에 따라서 분별, 예를 들어, 시빙 또는 체질에 의해서 분별됨으로써 추가로 처리되어 입자 크기 분포를 더욱 균일하게 할 수 있다.

스트림으로 흐르는 액체 또는 특히 유리하게는, 고체-함유 분산액이 또한 분쇄를 위해서 사용될 수 있다. 용매를 교반하거나 펌핑하도록 의도된 간단한 교반, 혼합 또는 수송 유닛이, 예를 들어, 또한 분쇄를 위해서 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 수송 매체에 제공된 분쇄를 위한 장치, 예컨대, 스크류 컨베이어(screw conveyor), 뉴매틱 컨베이어(pneumatic conveyor) 또는 원심 펌프를 사용하는 것이 가능하다. 가능하게는 종래 시험을 기반으로 하여, 본 기술분야에서의 통상의 기술자는 그러한 종류의 기계적인 유닛에서 기계적인 부하 및 처리 기간을 선택하여 본 발명에 따른 입자의 분쇄가 달성되게 할 수 있을 것이다.

추가의 가능한 분쇄 방법은 압착 장치에서 또는 로울러 밀에 의해서 수행될 수 있는 압착 케이크를 플로킹하는 것이다. 이러한 공정에서, 상이한 크기의 입자 및 상이한 모양의 압착 케이크가 한정된 두께를 갖는 갭을 통해서 통과되거나 두 플레이트 사이에서 압착됨으로써 균일하게 된다. 로울러 밀의 경우에, 입자는 두 개의 회전 로울러 사이에 있는 갭 내로 들어간다. 이러한 처리 후에, 압착 케이크는 실질적으로 한정된 두께를 갖는 웨이퍼(wafer) 또는 플레이크의 모양을 갖는다.

놀랍게도, 상기 언급된 입자 크기 또는 플레이크 두께로의 압착 케이크의 건식 그라인딩 또는 플로킹(flocking) 후에, 또는 이들 입자 크기로의 추출(예를 들어, 교반기에 의한 다른 기계적인 입력 방법) 동안의 입자의 동시 분쇄 동안에, 기계적인 에너지의 입력에도 불구하고 부분적인 온화한 탈유가 가능한 것으로 밝혀졌다. 그러한 분쇄 작업의 결과는 분쇄가 더 길게 지속되면 압착 케이크가 추출되어야 하는 시간이 더 짧다는 것이고, 그 결과, 압착 케이크가 더 적은 시간 동안 압출기에 유지될 수 있고 압착 케이크에 함유된 단백질에 대한 용매-관련된 손상이 감소된다. 그러한 경우에, 입자의 분쇄가 전체 용매-압착 케이크 혼합물을 통해서 실질적으로 전단됨으로써 수반되면 특히 유리하며, 이는 추출 속도를 증가시키는 효과가 있고, 용매-관련된 손상이 추가로 감소될 수 있다.

상기 설명된 바와 같이, 가공 동안에, 압착 케이크 또는 추출 잔류물은 2 mm 미만, 유리하게는 1 mm 미만, 특히 유리하게는 0.5 mm 미만, 이상적으로는 0.2 mm 미만의 입자 크기 또는 플레이크 두께로 분쇄된다. 이러한 상황에서, 입자가 미리 적절하게 분쇄되면, 추출 공정의 기간이 여러 시간으로부터 몇 분으로 단축될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 추출 기간이 더 짧기 때문에, 단백질이 스트레스에 상당히 덜 노출되는데, 그 이유는 온도 및 용매의 영향이 여러 시간으로부터 몇 분으로 감소될 수 있기 때문이다. 결과적으로, 본 발명에 따른 방법으로 얻은 제제는 후속 사용에서 더 우수한 용해도를 나타내고, 대부분의 경우에, 일부가 1 cm 초과의 에지 길이(edge length)를 갖는, 분쇄되지 않고, 여러 시간에 걸쳐서 3 중량% 미만의 오일 함량으로 추출되고, 후속적으로 탈용매화된, 즉, 용매가 제거된 압착 케이크의 온전한 덩어리로부터 추출되는 제제보다, 이들은 결합 물, 결합 오일 및 발포 및 유화 용량의 면에서 더 우수한 특성을 나타낸다.

관련된 종래 기술에 따르면, 1 mm 미만의 크기를 갖는 더 미세한 입자를 공정에 도입하는 것은 바람직하지 않은데, 그 이유는 미세한 입자가 먼지 생성 또는 현탁된 연마 입자로 인해서 생성물이 손실되게 할 수 있기 때문이다. 따라서, 관련 기술 분야에 따른 기존의 시스템에서 사용되는 입자는 일반적으로는 1 cm 초과의 직경 또는 에지 길이를 갖는다.

본 발명에 따른 방법에서, 이러한 이전의 바람직하지 않은 분쇄가, 온도 및 용매의 스트레스에 대한 단백질의 노출을 최소화시키기 위해서, 신중하게 선택된다. 더 미세한 입자 크기에도 불구하고, 적합한 조치에 의해서 용매와 오일의 혼합물(미셀라: miscella)를 통한 오일 상 내로 들어올 수 있는 미세한 연마 입자로 인한 손실을 최소화하는 것이 여전히 가능하다. 이들 조치가 이하 설명에서 기재될 것이다.

이러한 점에 있어서, 특정의 이점은 다단계 침지 추출에 의해서 제공된다. 이러한 공정에서, 압착 케이크는 용매에 완전히 침지되어, 추출 동안에 분진이 형성될 수 없다. 침지 추출기에서 교반 장치에 의한 표적된 방식으로 입자의 분쇄를 수행하는 것이 또한 가능하다. 이어서, 이는 여러 추출 스테이지에 걸친 단계식 분쇄의 능력을 도입한다. 압착 케이크의 제1 침지 추출 후에, 용매와 고체가 각각의 다른 기계로부터 분리될 수 있다. 오일-함유 물질이 탈용매화될 수 있고, 또 다른 분쇄된 압착 케이크가 다시 탈유를 위해서 사용되고, 용매로부터 분리된 압착 케이크는 새로운 용매로 다시 처리되어 여전히 더 많은 오일이 추출될 수 있게 할 수 있다. 이미 더 적은 오일을 함유하고 있는 고체의 처리로부터의 용매 분획이 더 많은 오일을 함유하는 고체로 추출을 위해서 재사용될 수 있어서, 전체 용매 요건을 감소시킬 수 있다. 이는 역류식 추출(counterflow extraction)로 일컬어진다.

제안된 방법의 다단계 침지 추출에서의 제1 추출 스테이지는 바람직하게는 교반 없이 수행된다.

침지 추출 공정의 또 다른 이점은 자체로 특히 분리 슈트(separation chute)를 위해서 또는 고체-액체 혼합물의 분리 정도를 위해서 침전을 사용하는 옵션으로 인해서 나타난다. 이러한 상황에서, 한정된 입자 크기를 갖는 용매-압착 케이크 현탁액에서 수행되는 추출 후에, 고형상과 잔류물의 한정된 부피 비율로의 침전이, 분산 장치(예를 들어, 교반기)의 스위치가 꺼진 후에 중력장에서 수행된다. 잔류물의 부피 비율이 적어도 50 %, 유리하게는 >60 %, 특히 유리하게는 >70 %인 때에 잔류물이 분리된다. 용매는 침강물에 다시 첨가되고, 혼합물은, 새로운 입자 크기 분포가 분산 동안 전단의 효과에 의해서 확립될 때까지, 예를 들어, 교반 장치에 의해서 교반된다. 그 후에, 침전 공정이 다시 시작된다. 놀랍게도, 제2 침전 공정은 더 작은 입자에도 불구하고 단지 제1 침전만큼 빠르게 완료되고, 잔류물 중의 오일 함량이 제1 침전에서보다 더 낮다는 사실에 의해서 부분적으로 보조된다. 현탁액-추출-침전의 사이클은 여러 번, 유리하게는 두 번 초과, 바람직하게는 3번 초과, 특히 유리하게는 4번 초과로 반복된다.

따라서, 역류식 작업에서, 제1 추출 스테이지에서, 어떠한 탈유를 진행하지 않은 압착 케이크가 거친 덩어리로 남을 수 있고, 적어도 미셀라를 통한 생성물 손실을 피하기 위해서, 단지 작은 정도로 분쇄된다. 이것들이 예비 추출을 거치게 되면, 본 발명에 따른 입자 크기가 도달될 때까지, 압착 케이크가 하기 스테이지에서 교반 장치의 도움으로 추가로 분쇄된다. 압착 케이크와 용매의 역류식 작업에서, 더 미세한 입자가 개별적인 라피네이트(raffinate)에 역으로 고정되어 제1 스테이지에서 비-분쇄된 입자로부터 분리되는 미셀라로 들어가는 것으로부터 그것들을 방지할 수 있다.

탈용매 - 즉, 탈오일된 압착 케이크로부터 용매의 증류에 의한 분리 - 가 본 발명에 따른 방법으로 상당히 단축될 수 있다. 압착 케이크가 본 발명에 따라서 분쇄되는 때에, 압착 케이크 또는 단백질 제제의 온도가 탈용매 동안에 100℃ 미만으로 설정되는 경우에도, 단백질 제제 내, 즉, 탈유된 단백질-함유 가루 또는 과립 내의 용매 함량을 몇 분 내에 상당한 단백질 손상 없이 10 중량% 초과로부터 1 중량% 미만으로 감소시키는 것이 가능하다.

아무튼, 본 발명에 따른 방법이 실행되는 때에, 추출 및 용매 분리는 입자의 실질적인 분쇄로 인해서 상당히 더 빠르게 수행되어 동일한 온도에서의 온도-시간 부하가 적어도 30%까지, 많은 경우에, 90%까지 감소될 수 있게 하는 것으로 밝혀졌다.

그러한 방법의 유리한 변형에서, 침지 추출은 교반 탱크에서 수행되고, 여기에서, 교반 장치의 원주 속도(peripheral speed)는 10 cm/s, 유리하게는 50 cm/s, 특히 유리하게는 1 m/s보다 더 빠르다. 교반 탱크 내의 그러한 크기의 전단 부하로, 높은 기계적 강도를 갖는 압착 케이크를 용이하고 빠르게 분쇄하는 것이 가능하다.

우수한 분쇄를 위해서, 삼출 추출의 경우에 압착 케이크 바디 상으로 스프레이되는 용매 제트의 속도는 또한, 압착 케이크가 그에 의해서 분쇄되는 수준으로 설정될 수 있다. 이는 유리하게는 0.25 m/s 초과의 제트 속도에 의해서 보장되며, 용매는 특히 유리하게는 1 m/s, 바람직하게는 2 m/s보다 더 높은 속도로 압착 케이크 바디 상으로 분사된다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따른 분쇄는 매우 효과적으로 달성될 수 있다.

펌프의 도움으로, 예를 들어, 원심 펌프를 통해서 현탁액의 일부를 또는 현탁액의 전부를 통과시킴으로써, 용매와 압착 케이크의 혼합물을 분쇄하는 것이 또한 가능하다.

침지 추출이 실행되는 모든 경우에, 고체 대 액체의 중량 비율은 50:50 내지 10:90의 범위로 다양할 것이다. 특히, 현탁액 중의 더 높은 고체 비율의 경우에, 신속한 분쇄가 기계적인 에너지의 도입에 의해서, 예를 들어 교반에 의해서, 향상된다.

에탄올이 고부가 가치의 단백질 성분을 위한 용매로서 바람직하게 사용될 것인데, 그 이유는 에탄올 추출이 성분의 맛의 개선을 초래하기 때문이다. 순수한 에탄올은 매우 고가이고, 일정한 물 함량, 유리하게는 10 중량% 미만, 특히 유리하게는 5 중량% 미만의 물 함량을 갖는 에탄올이 우수한 효과를 위해서 사용된다. 낮은 물 함량을 갖는 에탄올이 실질적인 양의 올리고사카라이드 또는 이차 식물성 물질과 같은 극성 물질이 오일 뿐만 아니라 압착 케이크로부터 또한 제거될 수 있다는 이점을 갖는다. 이는 성분의 맛 및 색상을 향상시키는 효과를 갖는 반면에, 대부분의 단백질이 변성되지 않는다. 반면에, 단백질의 광범위한 변성이, 예를 들어, 30 중량% 이상의 높은 물 함량에 의해서 발생하는 것으로 밝혀졌다.

에탄올에 의한 추출 동안에, 단백질 손상을 피하기 위해서 탈용매 동안에 건조 시간을 최소화하기 위한 시도가 이루어질 것이다. 이는 에탄올 잔류물이 단백질 제제에 남는 결과를 초래할 수 있다. 비록, 이는 그와 같이 실질적으로 바람직하지 않지만, 더 높은 에탄올 함량을 갖는 샘플이 이들의 기능적 특성의 개선을 갖는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명에 따른 단백질은 에탄올 잔류물을 함유하도록 의도된다. 따라서, 단백질 제제 내의 에탄올 함량은 50 mg/kg 초과, 유리하게는 500 mg/kg 초과, 특히 유리하게는 5,000 mg/kg 초과이어야 한다. 함유된 에탄올에도 불구하고, 단백질 제제의 감각적 및 기능적 특성은 놀랍게 우수하다.

이러한 방식으로 에탄올로 처리된 단백질 제제는 색상과 관련하여 그리고 또한 일부 기능 특성에서 특별한 이점을 갖는다. 따라서, 예를 들어, 50 mg/kg 초과의 에탄올 잔류물 함량을 갖는 제제는 특별한 명도(L*a*b 색상 분석에서의 L 값)를 갖는다. 본 발명에 따른 분쇄 분말화된 상태의 단백질 제제는 적어도 80, 바람직하게는 적어도 85 및 특히 바람직하게는 적어도 90의 명도 L*를 갖는다. 제제는 또한 45 중량% 초과 및 80 중량% 미만의 단백질 함량, 4 중량% 미만의 오일 함량을 가지며(Soxhlet 방법으로 측정), 에탄올에도 불구하고, 그것은 25% 초과의 단백질 용해도 및 단백질 1 그램 당 400 ml 초과 오일의 유화 용량을 갖는다. 사용된 분석 방법은 명세서 EP2400859호에 기재된 방법에 상응한다.

이하 설명에서는, 단백질 제제가 제안된 방법에 따른 해바라기 및 카놀라 씨앗으로부터 얻어지는 두 가지 실시예가 예시 목적으로 기재될 것이다.

실시예 1:

70℃의 압착 케이크의 알맹이 온도(kernel temperature)의 프레스(press)를 사용하여 얻고 5cm의 직경 및 3cm의 평균 길이를 갖는 실린더형 조각으로 이루어진 <0.1 중량%의 쉘 함량 및 20 중량%의 오일 함량을 갖는 50 kg의 해바라기 압착 케이크를, 그것이 3 중량%의 물 함량을 가질 때까지, 진공(100 mbar) 중에서 80℃의 온도에서 20분 동안 건조시켰다. 이어지는 단계에서, 60℃의 온도의 100 kg 에탄올을 압착 케이크에 첨가하였다. 제1 스테이지에서는, 분쇄에 의한 초미세 입자의 형성을 피하기 위해서 현탁액을 교반하지 않았다. 현탁액을 90분 동안 정치시키고, 이어서, 오일-함유 잔류물(미셀라)을 분리하고 후속하여 용매를 회수하기 위해서 증발시켰다. 미셀라가 제거된 침전물에 에탄올을 다시 충전시키고, 현탁액을 40 cm/s의 원주 속도에서 30분 동안 블레이드 교반기로 현탁시켰다. 결과적으로, 입자를 2 mm 미만의 입자 크기로 성공적으로 분쇄하였다. 그 후에, 현탁액을 30분 동안 정치시켜서 입자가 침전되어 실질적인 고형물 침전물 층을 형성하게 하였다. 침전물 위의 상청액을 분리하고, 새로운 용매로 대체하였다. 이러한 작업을 4회 반복하였다. 그 결과, 5번째 추출의 마지막에 압착 케이크 내의 오일 함량은 2 중량% 미만이었다. 5번째 추출 후에, 입자 크기는 <1 mm이었다.

실시예 2:

150 kg 헥산을, 70℃의 압착 케이크의 알맹이 온도로 프레스를 사용하여 얻은, 1 중량%의 껍질 함량, 15 중량%의 오일 함량 및 2.5 중량%의 물 함량을 갖는 50 kg의 카놀라 압착 케이크에 첨가하였고, 따뜻한 공기 스트림 중에서 예비 건조시켰고, 이는 4 mm의 직경 및 1cm의 평균 길이를 갖는 실린더형 조각들로 구성되었다. 고체-액체 혼합물을 시간 당 5,000 리터의 대체 속도로 원심 펌프로 펌핑함으로써 30분 동안 순환시키고 공정 중에 현탁시켰다. 그 후에, 현탁액을 30분 동안 정치시켜서 입자가 실질적인 고체 침전물 층을 형성하게 하였다. 침전물 위의 상청액을 분리하고, 새로운 헥산으로 대체하였다. 이러한 작업을 3회 반복하였고, 그 결과, 4번째 추출의 마지막에 압착 케이크 내의 오일 함량은 3 중량% 미만이었다. 입자 크기는 0.5 mm이었다.

Claims (20)

1. 해바라기 및/또는 카놀라 씨앗으로부터 단백질 제제를 얻는 방법으로서,
   - 탈피 해바라기 또는 카놀라 씨앗을 얻기 위해서 <5 중량%의 껍질 함량까지 해바라기 또는 카놀라 씨앗의 껍질을 벗기거나, <5 중량%의 껍질 함량을 갖는 탈피 해바라기 또는 카놀라 씨앗을 제공하는 단계;
   - >7 내지 <35 중량%의 범위의 탈피 해바라기 또는 카놀라 씨앗의 지방 또는 오일 함량까지 압착함으로써 기계적으로 탈피 해바라기 또는 카놀라 씨앗을 부분적으로 탈유(deoiling)시키는 단계; 및
   - 적어도 하나의 유기 용매 또는 초임계 CO₂를 사용하여 하나 이상의 추출 단계를 수행하는 단계를 포함하고,
   여기에서,
   -- 추출 단계 중 적어도 하나의 단계가 부분적 탈오일 탈피 해바라기 또는 카놀라 씨앗의 추가 탈유를 수행하고, <2 mm의 입자 크기 또는 <2 mm의 플레이크 두께로의 기계적인 부분적 탈유에 의해서 얻은 압착 케이크의 선행 분쇄 후에 또는 동시 분쇄 동안에 삼출 또는 침지 추출 공정으로서 수행되고,
   -- 탈유 단백질-함유 가루 또는 과립이 탈용매 공정 후에 하나 이상의 추출 단계에 의해서 <4 중량%의 잔류 오일 함량을 갖는 단백질 제제로서 얻어지는 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   기계적인 부분적 탈유 후에 및 하나 이상의 추출 단계의 수행 전에, 잔류 물 함량이 5 중량% 미만, 바람직하게는 2 중량% 미만일 때까지, 압착 케이크 내의 결합 물이 압착 케이크로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   압착 케이크의 분쇄가 <1 mm, 바람직하게는 <500 μm의 입자 크기까지 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   탈피 해바라기 또는 카놀라 씨앗의 온도가 기계적인 부분적 탈유 및 하나 이상의 추출 단계 동안에 <90℃에서 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   추출 단계가 다단계 침지 추출의 형태로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   압착 케이크의 단계별 분쇄가 다단계 침지 추출의 여러 추출 스테이지에 걸쳐서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
   다단계 침지 추출의 제1 추출 스테이지가 교반 없이 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
   다단계 침지 추출이 압착 케이크 및 용매의 역류식 작업으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
   다단계 침지 추출에서, 제1 추출 스테이지 후에, 상청액의 부피 비율이 >50 %, 유리하게는 >60 %, 특히 유리하게는 >70 %가 되게 하는 침전물과 상청액 사이의 부피 비율까지 침전이 수행되고, 이러한 부피 비율이 도달되는 때에, 상청액이 분리되고, 하나 이상의 추가의 연속적인 추출 스테이지에서, 분산 동안의 전단으로 인해서 새로운 입자 크기 분포가 확립될 때까지, 각각의 앞선 추출 스테이지로부터 얻은 침전물이 용매에 다시 분산되고, 각각의 추가의 추출 스테이지 후에, 상청액의 부피 비율이 >50 %, 유리하게는 >60 %, 특히 유리하게는 >70 %가 되게 하는 침전물과 상청액 사이의 부피 비율까지 반복된 침전이 수행되고, 이러한 부피 비율이 도달되는 때에 상청액이 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    앞선 추출 스테이지에서 얻은 침전물을 분산시키고 후속하여 침전시키고 상청액을 분리하는 단계들을 갖는 둘 초과, 바람직하게는 셋 초과의 추가의 추출 스테이지가 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    침지 추출이 교반 장치를 포함하는 교반 탱크에서 수행되고, 여기에서, 교반 장치가 추출 동안 >10 cm/s의 원주 속도로 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    고체 대 액체의 중량비가 침지 추출 동안에 50:50 내지 10:90의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    삼출 추출이 압착 케이크의 분쇄를 또한 유발하고 >0.25 m/s의 제트 속도(jet speed)로 설정되는 용매 제트(solvent jet)로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    부분적으로 탈유된 탈피 해바라기 또는 카놀라 씨앗의 추가의 탈유를 위한 적어도 하나의 추출 단계가 용매로서 에탄올 또는 에탄올 수용액으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 청구항 14에 있어서,
    <10 중량%의 물, 유리하게는 <5 중량%의 물을 함유하는 에탄올 수용액이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    탈용매화가 아직 50 mg/kg 초과, 유리하게는 500 mg/kg 초과, 특히 유리하게는 5,000 mg/kg 초과인 에탄올 함량까지 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 식료품 또는 동물 사료에서의 단백질 성분으로서의 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 따른 방법에서 제조된 단백질 제제의 용도.
18. 해바라기 또는 카놀라 씨앗의 단백질로부터 얻으며,
    - >50 mg/kg의 에탄올 함량,
    - >45 중량% 및 80 중량% 미만의 단백질 함량,
    - <4 중량%의 오일 함량 및
    - ≥80의 CIE L*a*b*-색 공간에 따른 명도 값(L*)을 갖는 단백질 제제.
19. 청구항 18에 있어서,
    <25 %의 단백질 용해도 및 단백질 1 그램 당 400 ml 초과의 오일의 유화 용량을 갖는 단백질 제제.
20. 청구항 18 또는 청구항 19에 있어서,
    ≥85, 바람직하게는 ≥90의 CIE-L*a*b* 색 공간에 따른 명도 값(L*)을 갖는 단백질 제제.