UA76480C2 - Method for the preparation of gliadin-and glutenin-rich fractions out of gluten in an aqueous medium and in the presence of an acid - Google Patents

Description

ність до відокремлення білкових фракцій. Збагачену розчинним гліадином фракцію відо-

У заявці ЕР 685164 описано спосіб екстрагу- кремлювали за допомогою горизонтальної декан- вання, при якому застосовують водний розчин туючої центрифуги М/езНаїйа і залишок після цього етанолу, який має концентрацію від 30 до 7095 за знову змішували з водою або розведеною кисло- об'ємом, водний розчин ізопропілового спирту або тою й піддавали другому етапові центрифугуван- п-пропанолу, який має концентрацію від 10 до 2090 ня. В результаті одержували нерозчинну збагаче- за об'ємом, або водний розчин ацетону, який має ну глютеніном фракцію та проміжну фракцію. концентрацію від 20 до 50905 за об'ємом, для одер- Загальні характеристики проміжної фракції були жання фракції, яка має концентрацію гліадину 8090 наближені до характеристик глютену пшениці. або вище. Екстрагування здійснюють за допомо- Цей процес, хоча він і забезпечує збагачену гою кислого водного розчину етанолу, який має гліадином фракцію, є менш привабливим, оскільки концентрацію від 5 до 30905 за об'ємом і рН від 3,5 проміжну фракцію одержують як побічний продукт. до 5,5, для одержання Фракції гліадину, що має Цей побічний продукт вважають значним недолі- концентрацію 5095 або вище. До кислот, які можуть ком з огляду на вихідну кількість. використовуватися, належать оцтова, лимонна, Крім того, система обробки є досить складною яблучна, молочна, адипінова, фумарова, винна, і вимагає спрощення, бажано без втрати функціо- глюконова, фосфорна та фітинова кислоти. нальних властивостей фракціонованого матеріалу.

Оскільки застосування займистих розчинників Крім ускладненого характеру процесу Вегої, вимагає певних додаткових заходів безпеки, пере- також спостерігали, що проміжна фракція не може вагу віддають процесові, що не вимагає таких роз- бути піддана повторній обробці через зворотне чинників. С. йде Меевзіег у роботі "Іпаивігіе5 змішування зі свіжим глютеном. Дійсно, спостері-

АїІйтепіаїге5 еї Адгісоіїе5" (1974) описує такий про- гали, що рециркуляція цього проміжного продукту цес, згідно з яким застосовують 0,01-0,1М розчини в результаті призводила до зниження чистоти та оцтової кислоти для екстрагування білків з віталь- якості фракцій. ного глютену пшениці. Після періоду екстрагуван- Мета винаходу полягає в забезпеченні спосо- ня, що триває від 1 до 8 годин, кінцевий вихід ста- бу приготування гліадин- та глютенін-збагачених новить 20-5595. Розчинну фракцію, збагачену фракцій з глютену у водному середовищі й у при- гліаадином, видобували шляхом осадження при сутності кислоти, який не має вищезгаданих недо- нейтральному рівні рН. Оскільки несолюбілізовані ліків. гліаадини є дуже клейкими, така технологія є не Цієї мети досягають шляхом забезпечення дуже прийнятною для промислового застосування, способу приготування гліадин- та глютенін- й етапу осадження білка у процесі видобування збагачених фракцій з глютену у водному середо- слід уникати. Цей спосіб було розроблено в лабо- вищі й у присутності кислоти, але при цьому глю- раторних масштабах, але він є непридатним для тен диспергують безперервно або не в воді до промислових масштабів. вмісту сухої речовини від 5 до 3095, причому

Інший процес без застосування розчинника - рН дисперсії підтримують на рівні від 4,4 до описано у УМО 9710260. У цій заявці описано спо- 4,8, сіб фракціонування глютену пшениці. Згідно з цим - глютено-водну суміш піддають зсувній дії, способом, глютен пшениці спочатку диспергують у через яку дисперсія, безперервно або переривчас- водному кислому середовищі при першому кисло- то, може бути фракціонована на гліадин- та глю- му рівні рН у присутності відновника для віднов- тенін-збагачені фракції, завдяки чому одержують лення дисульфідних зв'язків у глютені. Потім. рН єдину збагачену гліадином фракцію зі співвідно- дисперсії підвищують до другого рівня, який пере- шенням гліадину/глютеніну принаймні 2,5 та єдину вищує вищезгаданий перший рівень рн, змушуючи збагачену глютеніном фракцію зі співвідношенням глютенін осідати, водночас залишаючи гліадин гліадину/глютеніну менше 0,8. завислим у дисперсії, і, нарешті, глютенін та глі- В оптимальному способі згідно з винаходом адин розділяють на відповідні фракції. глютено-водну суміш піддають зсувній дії таким

ЕР 992193 стосується способу водного екстра- чином, що об'єм осаду глютенової дисперсії після гування, при якому використовують водний роз- фракціонування, визначений шляхом "спін-тесту", чин, рівень рН якого є меншим або дорівнює 4,5, і становить від 15 до 3595. який включає від 0,1 до 1095 (маса/об'єм) принай- В оптимальному варіанті у способі згідно з ви- мні однієї органічної кислоти. До кислот, які для находом вищезгаданий об'єм осаду становить від цього вибирають, належать: лимонна, молочна, 20 до 3095. яблучна, оцтова кислоти, а також фосфорна кис- В іншому оптимальному способі згідно з вина- лота та їхні солі. У цій заявці не повідомляється ходом вищезгаданий осад включає від 48 до 5895 інших деталей щодо способу здійснення такого сухої речовини, присутньої у глютеновій дисперсії. водного екстрагування. У ще кращому варіанті у способі згідно з вина-

ІВегої єї аї. у "Іптет. Уошгпаї ої Роса Зсіепсе 8 ходом вищезгаданий осад включає від 50 до 5595

Тесппоіоду" (1994), р.489-502| описали процес сухої речовини, присутньої у глютеновій дисперсії. фракціонування глютену з застосуванням водних У ще одному оптимальному способі згідно з розчинів кислот. Згідно з цією публікацією глютен винаходом рН дисперсії підтримують на рівні від пшениці та розчин розведеної кислоти змішують у 4,5 до 4,7. міксері з інтенсивним зсувом протягом двох хви- В оптимальному варіанті у способі згідно з ви- лин і безперервно перемішують протягом 30 хви- находом глютен диспергують шляхом змішування лин. Співвідношення водного розчинника з глюте- глютену з водою, застосовуючи змішувальні засо- ном становить від 7:1 до 16:1 (об'єм/маса). би протягом періоду, меншого за 60 хвилин, зі швидкістю від 500 до З3000об./хв. ристики розчинності різних класів білків пшениці в

У ще кращому варіанті у способі згідно з вина- різних розчинниках для відокремлення гліадинів, ходом змішування здійснюють протягом періоду, глютенінів, альбумінів та глобулінів. Розподіл білка меншого за 30 хвилин. в різних розчинниках кількісно визначають за до-

В оптимальному способі згідно з винаходом помогою аналітичного обладнання К'єльдаля. Об- фракціонування дисперсії здійснюють за допомо- ладнання: гою засобу центрифугування, наприклад, за допо- - поліпропіленові пробірки для центрифугу- могою центрифуги з автоматичними самознешла- вання по 40мл млювальними центрифугами або за допомогою - центрифуга (здатна обертатися при 15000г) декантуючих центрифуг. - аналітичні терези

В іншому оптимальному способі згідно з вина- - 0,5М масі ходом суха речовина дисперсії становить від 10 до - 1,595 розчин 505 1596. - 95905 етанол

У ще одному оптимальному способі згідно з - інкубаційна камера при 107 винаходом як кислоту використовують фосфорну - пристрій Кєльдаля кислоту. - таблетки К'єльдаля

Далі винахід описується детальніше. Мета Спосіб (як показано на фігурі 2): цього детального опису полягає в забезпеченні Екстрагування в усіх випадках здійснювали кращого розуміння винаходу та зазначенні інших протягом 30 хвилин при кімнатній температурі. переваг та деталей цього винаходу. Крім того, да- - Зразок зважують у поліпропіленовій пробірці ються пояснювальні приклади. Цей детальний для центрифугування 24Омл. Для борошна 2г, для опис та пояснювальні приклади не повинні тлума- глютену 200мг, для технологічних зразків кількість, читись як такі, що обмежують сферу застосування що відповідає -150-16Омг білка. винаходу або патентні права, зазначені у формулі. - Додають 20мл 0,5М Масі. Перемішують про-

У цьому детальному описі робиться посилання тягом 30 хвилин при кімнатній температурі (КТ). на фігури, з яких: Після екстрагування центрифугують при 500г про- - Фігура 1 є схематичним зображенням типово- тягом 15 хвилин при ЕТ. Обережно зливають су- го процесу фракціонування згідно з винаходом; пернатант у чисту поліпропіленову пробірку. До - Фігура 2 є блок-схемою процедури екстрагу- залишку (осад А) додають ще 20мл 0,5М Масі і вання для відокремлення гліадинів, глютенінів, повторюють екстрагування та центрифугування. альбумінів та глобулінів. Цей другий супернатант комбінують з першим, а

Підкислення здійснюють за допомогою органі- потім центрифугують при 15000г протягом 15 хви- чної або неорганічної кислоти. Типовими кислота- лин при КТ. Супернатант містить альбуміни та ми, які можуть бути застосовані, крім інших, напри- глобуліни. клад, є оцтова кислота, лимонна кислота, молочна - До залишку (осад В) додають бмл розчину кислота, бурштинова кислота, яблучна кислота, 1,595 5О5. Суміш гомогенізують і комбінують з винна кислота, фумарова кислота, соляна кисло- осадом А. Екстрагування здійснюють протягом 30 та, сірчана кислота та фосфорна кислота. В опти- хвилин при КТ. Потім по краплях додають 14мл мальному варіанті використовують фосфорну кис- абсолютного етанолу і суміш перемішують ще 30 лоту. В оптимальному варіанті підтримують рівень хвилин при КТ. Після центрифугування при КТ рН дисперсії від 4,5 до 4,7, у ще кращому варіанті - протягом 15 хвилин при 500г одержують осад та приблизно 4.6. супернатант 3. Цю процедуру повністю повторю-

Концентрація глютену в дисперсії становить ють з одержаним осадом, одержуючи осад С та від 5-3095 (маса/об'єм), причому перевагу відда- супернатант 4. ють концентрації від 10 до 1595 (маса/об'єм). Глю- - Супернатанти З та 4 комбінують у невеликій тен пшениці диспергують шляхом змішування глю- хімічній склянці і тримають в інкубаційній камері тену з водою, застосовуючи, наприклад, лопаті при 10"С протягом 60 хвилин. Утворюється дріб- мішалки з ножами або іншої конфігурації, які обер- нозернистий осад, і цю суміш після цього вилива- таються зі швидкістю 500-3000об./хв. протягом ють у пробірку для центрифугування, що містить часу, достатнього для одержання дисперсії, яка осад С. Суміш відразу переносять у центрифугу і може бути розділена на фракції згідно з винахо- обертають при 15000г протягом 15 хвилин при дом. Як правило, час змішування не перевищує 1 107"С. Таким чином одержують супернатант, що години, в оптимальному варіанті - становить мен- містить гліадини, та осад, що містить глютеніни. ше 30 хвилин. Визначення методом К'єльдаля:

Умови механічної подачі та змішування повин- Розчини, які містять альбуміни/глобуліни та ні вибиратися таким чином, щоб одержана диспе- гліадини (ж4Омл), за кількістю переносять у де- рсія могла бути розділена на збагачену гліаадином струкційні колби (750мл). Додають таблетку, 14мл, фракцію, в якій співвідношення гліадину/глютеніну концентрованої сірчаної кислоти та З краплі окта- становить принаймні 2,5, та збагачену глютеніном нолу (протиспінювач) і зразки (приблизно 15мл) фракцію, в якій співвідношення гліадину/глютеніну переносять до пробірки К'єльдаля і вміст азоту є меншим за 0,8. У стандартній глютеновій компо- визначають стандартним методом К'єльдаля. зиції співвідношення гліадину/глютеніну може бути Глютенінову фракцію піддають ліофілізації і різним і становить, як правило, від 1 до 1,3. Ці різні вміст азоту визначають як у сухих продуктах. класи білків пшениці визначають описаним нижче Результати вказують як кількість білка, вияв- аналітичним методом. лену в різних класах, і виражають у відсотках ви-

У цьому методі використовують різні характе- добутого білка.

Спостерігалося, що вищезгадані гліадин- та сушуванням концентрують шляхом концентруван- глютенін-збагачені фракції можуть бути одержані ня ультрафільтрацією. Збагачену гліадином фрак- після центрифугування, коли подача механічної цію після цього висушують, застосовуючи будь- енергії в результаті забезпечує дисперсії, які вияв- який відомий спосіб, причому перевагу віддають ляють значення питомого об'єму осаду, визначені розпилювальному висушуванню. Рідина, яка шляхом "спін-тесту". пройшла крізь мембрану, може бути рециркульо-

Для цього "спін-тесту" застосовують стандарт- вана й використана на етапі змішування. Збагаче- ну лабораторну центрифугу та пробірки для ну глютеніном фракцію також висушують. центрифугування по 15мл з поділками на шкалі по Приклади:

О,мл. Пробірки після цього заповнюють 10мл - Приклад 1: глютенової дисперсії. Пробірки центрифугують Приготування партії: протягом 10 хвилин при 1800г. Об'єм осаду, вира- Як вихідний матеріал використовують сухий жений у 905, після цього визначають за співвідно- глютен пшениці серійного виробництва. У посуди- шенням осаду у мл та об'єму пробірок для ну, що містить 225л водопровідної води та 450г центрифугування у мл, помноженим на 100. фосфорної кислоти (7595), додають 25кг глютену

Відповідні дисперсії після цього характеризу- пшениці серійного виробництва за допомогою ють за об'ємом осаду, який може становити від 15 шнека (Каїгіоп) через трубку безпосередньо у ви- до 3595, в оптимальному варіанті - від 20 до 30905. хор перемішуваного диспергатора. Рівень рН пос-

Осад, таким чином, включає від 48 до 58 95, у ще тійно контролюють, застосовуючи рН-віаї, і підт- кращому варіанті - від 50 до 5595 сухої речовини, римують на рівні рН-4,6. Глютен диспергують присутньої у глютеновій дисперсії. Суха речовина протягом періоду 10 хвилин і змішування продов- дисперсій може складати від 5 до 3095 сухої речо- жують, доки не утворюється дисперсія, яка містить вини, в оптимальному варіанті - від 10 до 15905 су- від 45 до 5095 матеріалу в дисперсній фазі. Це хої речовини. Якщо інтенсивність зсуву та/або час відповідає значенню "спін-тесту" 2790. змішування не врегульовано, то неможливо одер- Змішування здійснюють за допомогою міксера жати фракції, які відповідають вищевказаним зна- з інтенсивним зсувом. Одержану таким чином дис- ченням. персію відокремлюють за допомогою декантуючої

Відокремлення дисперсії здійснюють засобами центрифуги (УмезНарнйа СА150), за допомогою якої центрифугування, наприклад, за допомогою само- регулювали параметри для одержання приблизно знешламлювальних центрифуг або за допомогою 4595 сухої речовини в супернатанті декантатора. декантуючих центрифуг. Центрифугувальне обла- Збагачену гліадином фракцію потім піддавали днання застосовують за оптимальних умов відо- розпилювальному висушуванню. Ця фракція має кремлення. вміст білка 8095. Вміст гліадину становив 6895 від

Типовий процес фракціонування згідно з вина- загального вмісту білка порівняно з 45-4895 для ходом зазвичай здійснюють при температурі від 10 природного глютену. Співвідношення гліади- до 40"С. Згідно зі схемою, показаною на Фігурі 1, ну/глютеніну становило 3,1. сухий глютен пшениці змішують з кислим розчи- У Таблиці наведено порівняння складу між ном у змішувальному резервуарі, постійно контро- зразками глютенових фракцій, одержаних за до- люючи рН за допомогою рнН-5їаї. Одержану таким помогою способу Вегої (які є зразками, отримани- чином глютенову дисперсію піддають відокрем- ми від Роріпеаи еї Вего)), та зразками, одержани- ленню центрифугуванням, завдяки якому одержу- ми способом згідно з винаходом. Усі зразки ють збагачену гліадином та збагачену глютеніном піддавали аналізові за допомогою вищезгаданого фракцію. Збагачену гліадином фракцію перед ви- способу.

Таблиця

Склад зразків, одержаних способом згідно з Вегої та Атуїшт, визначений описаним вище способом (тест а). Значення виражені як 9о загальної білкової фракції у зразках у о РЕ 1 ло-ї33 | 7104 7777 17777717117188777 77111104 |777717171698 2

АВе: зразки, одержані з глютену пшениці, виробленому в Атуїшт ВеїЇдіит

АЕРг: зразки, одержані з глютену пшениці, виробленому в АтуЇпт Егапсе - Приклад 2: вання становить 20кг глютену і 200л води на годи-

Продовження приготування: У посудину, що ну. Водовипуск із посудини відводиться у 60- містить 225л водопровідної води та 450г фосфор- літрову буферуючу посудину з перемішуванням, ної кислоти (75 95), додають 25кг глютену пшениці яку застосовують для безперервного завантажен- серійного виробництва за допомогою шнека ня декантатора (У/езНайа СА150). Кількість, яку (Каїгіоп) через трубку безпосередньо у вихор пе- додають, відповідає кількості, яка обробляється реміщуваного диспергатора. Рівень рН постійно через декантатор (швидкість подачі 2Ол/год.; контролюють, застосовуючи рнН-віаї, і підтримують 2500о6./хв.; перепад 10-15). Одержана таким чи- на рівні рН-4,6. Глютен диспергують протягом ном гліадинова фракція має вміст сухої речовини періоду 10 хвилин і змішування продовжують, доки боро, і її піддають подальшій обробці на етапі ульт- не утворюється дисперсія, яка має значення за рафільтрації. Воду, що пройшла крізь мембрану, "спін-тестом" 2595. Забезпечують необхідний зсув застосовують для диспергування глютену в пер- для досягнення такого значення протягом 20 хви- шому перемішувальному резервуарі. Решту, що лин після диспергування глютену. має вміст сухої речовини близько 1095, висушують

Потім безперервно додають воду та глютен у шляхом розпилювального висушування. вихор перемішуваної дисперсії, при цьому постій- Збагачену глютеніном фракцію нейтралізують но контролюючи й підтримуючи рН-4,6 шляхом карбонатом натрію до рН-7, промивають водою, а додавання фосфорної кислоти. Швидкість дода- потім висушують у сушарці.

Схема процесу відокремпення глютену: глютен пшениці розведена фосфорна кислота . - міксеріподрібнювач я інтенсивним зсувом і

Ї центрифугування і і р Ше ря й глівдин-збагачені рракції глютанін-збагачені "7

Геромпонт ооо пивом оон вввсвин. ри висушування ! | висушування ши ши

ФГ,

Борошно (2 г або глютен (200 мг) мл 0,5 М Масі, 30 хв, ЕТ

ЗО0 т, 15 хв., КТ

Осад Супернатант 1 З 20 мл 0,5 М Мабі, 30 хв. ЕТ з. ВО0 т, 15 хв. ВТ т Осад А Супернатант 2 ся о тт Ко т 15000 г, 15 хв., КТ шишш . АПЬБУМІНИ ТА

Осад В Супернатант утер ГЛОБУЛІНИ явмл1.595 506, 30 хв. ВТ «14 мл. ЗО хв. ВТ і 500 г, Б ха, КТ ! . х

Осад В Супернатант у я

Н

«В мл 1,595 508, 30 хв. ВТ 14 мл ЕЮН, 30 ха. ВТ

І х 5бог,15Б'хв, КТ і ! Осад С бупернатант 4 т

Колосов. 1500, 15 ха. 0 ння

Осад "Супернатант

ГЛЮТЕНІНИ ГЛІАДИНИ

Фіг. 2

Комп'ютерна верстка 0. Гапоненко Підписне Тираж 26 прим.

Міністерство освіти і науки України

Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна

ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601