KR100936074B1 - 아마 단백질 분리물 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

아마 및 리놀라유종자 단백질 분리물들이 제공된다. 이러한 분리물들은 유종자 밀로부터 아마 및 리놀라유종자단백질을 추출하며, 단백질 수용액을 농축하며, 농축된 단백질 용액을 희석하여 단백질 미셀들을 형성하며, 단백질 미셀들을 수집하고 단백질 미셀 덩어리를 건조함으로써 만들어진다. 추가의 아마 단백질 분리물은 단백질 미셀형성의 상청액으로부터 회수되어도 좋다. 단백질 분리물들은 건조 중량 기준으로 적어도 약 90중량%(N×6.25), 바람직하게는 적어도 약 100중량%의 단백질 함량을 가진다.

아마(flax)단백질 분리물, 아마유 종자 밀, 추출, 농축, 희석, 건조

Description

아마 단백질 분리물 및 제조방법{Flax protein isolate and production}

본 발명은 낮은 리놀렌산을 갖는 변종인 리놀라(linola)유종자를 포함한 임의의 아마유 종자(flax oil seed)로부터 유래되는 신규한 단백질 분리물 및 그 제조에 관한 것이다.

미국특허 제4,285,862호(Murray IA)에서는, 비정질, 점성, 점착성, 글루텐유사 단백질 덩어리(PMM)의 형태로, 또는 이 덩어리의 건조 형태로 단백질 분리물의 제공이 기재되어 있다. 이 비정질 단백질 덩어리는 균질의 양친매성 단백질 부분들로 구성된 단백질 미셀(micell)들의 수성 분산물(aqueous dispersion)을 침강하여 형성된다. 수성분산물은 미국특허 제4,208,323호(Murry IB)에 상세히 기재된 방식에 의해 형성되며, 여기서는 제어된 조건들 하에서 식품 등급의 염 용액(salt solution)을 사용하여 단백질 원료로부터 단백질이 추출되며, 결과적인 추출물의 단백질 농도는 동일한 염(salt)농도를 유지하면서 증가되고, 농축된 단백질 용액은 희석되어, 단백질 미셀들의 수성 분산물을 형성한다. 이 종래 기술에서는 거기에 기재된 절차가 아마유 종자의 밀(meal)로부터의 아마 단백질 분리물의 회수에 적용되거나 적용되도록 변형되는 것이 시사되어 있지 않다.

본 발명은 임의의 아마유 종자와 리놀라유 종자로서 알려진 낮은 리놀렌산 변종으로 된 단백질 분리물와, 이것을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 단백질 분리물은 N×6.25의 켈달(Kjeldahl) 질소변환율에서 적어도 약 90중량%의 단백질을 함유하는 단백질로서 정의된다. 여기서 사용된 "단백질 함량"이란 용어는 건조 중량 기준으로 표현되는 단백질 분리물에서의 단백질의 량을 말한다. 이러한 신규한 단백질 분리물들과 그것들의 제조는 Murray IA 및 IB특허들에서 기재되지 않았다.

리놀라유 종자는 아마유 종자의 돌연변이로서, 그 속에서는 지방산 조성이 변경되어 있고 리놀렌산(C18:3)은 전통적인 증식(breeding)절차를 통해 기존 아마유 종자에서의 약 50%부터 약 2%로 실질적으로 감소되어 있다. 이러한 변형들은 결과적인 리놀라유 종자로부터 지방산 조성에서 해바라기 기름에 거의 유사한 식용 고도불포화기름을 제공하기 위해 만들어졌다.

출원인이 알고 있는 한, 아마유 종자 또는 리놀라유 종자로부터 단백질 분리물들을 제조하는 것을 이전에 기재하고 있는 것은 없다. 출원인은 분리물로서 적합하기 위해 요구되는 단백질 함량보다 꽤 낮은 35 내지 60중량%의 아마 단백질을 함유하는 아마 생성물이 제공되는 미국특허 제5,925,401호에 기재되어 있는 바와 같이 아마 단백질 생성물들을 제공하는 시도를 알고 있었다.

따라서, 본 발명의 한 양태에서는, 건조 중량 기준의 켈달 질소×6.25(N×6.25)에 의해 결정된 적어도 약 90중량%의 단백질 함량, 바람직하게는 적어도 약 100중량%의 단백질 함량을 가지는 아마유 종자단 단백질 분리물이 제공된다. 아마유 종자 단백질 분리물은 아마유 종자의 낮은 리놀렌산 변종인 리놀라로부터 얻어져도 좋다. 아마 단백질 분리물은 바람직하게는 실질적으로 비변성(undenatured) 형태로 제공된다. 아마 단백질 분리물은 젖은 단백질 미셀 덩어리의 형태나 아마유 종자 형태로 제공되어도 좋다. 아마 단백질 분리물은 또한 아마 단백질 미셀들의 침강물로부터 건조된 상청액(supernatant)의 형태로 제공되어도 좋다. 더구나, 아마 단백질 미셀들은 아마 단백질 미셀들의 침강물로부터 농축된 상청액과 침강된 아마 단백질 미셀들의 건조조합물의 형태이어도 좋다.

본 발명의 다른 양태에서는, 아마 단백질 분리물을 제조하는 방법이 제공되며, 이 방법은, (a) 아마유 종자의 밀을 추출하여 아마유 종자의 단백질의 용해를 일으키게 하고 단백질 수용액(aqueous protein solution)을 형성하는 단계, (b) 단백질 수용액을 잔류 아마유 종자의 밀로부터 분리하는 단계, (c) 선택적 박막기법을 이용하여 이온강도를 실질적으로 일정하게 유지하면서 상기 단백질 수용액의 단백질 농도를 증가시켜, 농축 단백질 용액을 제공하는 단계, (d) 상기 농축 단백질 용액을 냉수로 희석시켜 단백질 미셀들을 형성하는 단계, (e) 단백질 미셀들을 침강하여 비정질, 점착성, 젤라틴성, 글루텐유사 단백질 미셀 덩어리를 형성하는 단계, 및 (f) 건조 중량 기준 켈달 질소×6.25에 의해 결정되는 적어도 약 90중량%의 단백질 함량을 가지는 상청액으로부터 미셀 덩어리를 회수하는 단계를 포함한다.

단백질 미셀 덩어리의 침강으로부터의 상청액은 추가의 아마 단백질 분리물을 회수하기 위해 처리되어도 좋다. 상청액은 박막기법(membrane technique)을 이용하여 농축되어도 좋고 농축된 상청액은 건조되어도 좋다. 다르게는, 농축된 상청액은 단백질 미셀 덩어리와 혼합되고 그 혼합물은 건조되어도 좋다.

단백질 미셀 덩어리 형태의 아마 단백질고립생성물은 여기서는 "글루텐유사(gluten-like)"라고 기재된다. 이 기재는 분리물의 외관 및 느낌이 활성밀글루텐(vital wheat gluten)의 그것들과 유사하다는 것을 표시하기 위해 의도된 것이나 글루텐과 화학적으로 일치하는 것을 표시하기 위해 의도된 것은 아니다.

이 출원서의 방법에 따라 생산된 아마 단백질 분리물은 가공식품의 단백질강화, 기름의 에멀션화, 구운 상품의 성형제(body formers), 및 기체를 포집하는 제품의 발포제와 같은 단백질 분리물들의 기존의 응용들에 사용되어도 좋다. 더구나, 단백질 분리물은 육류 유사물에 유용한 단백질 섬유로 형성되어도 좋고, 달걀흰자가 결합제로서 사용되는 음식물에서 달걀흰자 대체물 또는 증량제(externder)로서 사용되어도 좋다. 아마 단백질 분리물은 영양보충제로서 사용되어도 좋다. 아마 단백질 분리물의 다른 용도들은 애완동물사료, 동물사료, 및 산업적 및 화장용 응용들에 그리고 개인관리(personal care)제품들이다.

아마유 종자는 또한 아마인(linseed) 유 종자라고도 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 아마유 종자 단백질 분리물을 생산하기 위한 방법의 개략적인 흐름도이다.

발명의 개괄적 설명

여기서 제공되는 신규한 단백질 분리물들은 일반적으로 미국특허 제4,208,323호에 기재된 방법에 따라, 바람직하게는 여기서 기재된 특정 조건들 하에서 제작된다. 그 방법은 일련의 배치단계들로 또는 연속적이거나 반연속적인 처리로 달성되어도 좋다.

아마 또는 리놀라 단백질 분리물들을 제공하는 방법의 초기단계는 아마 또는 리놀라유 종자의 밀(meal)로부터 단백질성(proteinaceous) 재료를 용해하는 것을 수반한다. 아마 또는 리놀라 씨앗의 밀로부터 회수되는 단백질성 재료는 아마 또는 리놀라 씨앗에서 자연스럽게 발생하는 단백질일 수 있거나 단백질성 재료는 유전조작에 의해 변형되지만 자연단백질의 특징적인 소수성 및 극성을 소유하는 단백질일 수 있다.

아마 또는 리놀라의 밀은 예를 들어 열(hot)핵산추출법 또는 냉(cold)기름압출법으로 생기는 비변성 단백질의 레벨들을 변화시키면서 아마 또는 리놀라의 유종자로부터 아마 또는 리놀라 기름을 제거함으로써 얻어지는 임의의 아마 또는 리놀라 밀이면 좋다. 아마 또는 리놀라유 종자로부터 아마 또는 리놀라 기름을 제거하는 것은 통상 여기에 기재된 단백질 분리물 회수절차와는 별개의 작업으로 달성된다.

염(salt)의 존재가 유종자의 밀로부터 가용성 단백질을 제거하는 것을 향상시키기 때문에, 단백질의 용해(solubilization)는 염 용액을 사용함으로써 가장 효율적으로 달성된다. 염은 통상 염화나트륨이지만, 다른 염들 이를테면 염화칼륨이 사용되어도 좋다. 염 용액은 적어도 약 0.10, 바람직하게는 적어도 약 0.15, 일반적으로는 약 2.0까지의 이온강도를 가져 상당한 량의 단백질의 용해가 달성될 수 있게 한다. 염 용액의 이온강도가 증가할수록, 유종자의 밀에서의 단백질의 용해 정도는 초기에는 최대값이 얻어질 때까지 증가한다. 이온강도에서의 임의의 후속하는 증가는 용해되는 총 단백질을 증가시키지 않는다. 최대 단백질 용해를 일으키는 식품등급의 염 용액의 이온강도는 관련되는 염(salt)과 선택되는 유종자 밀에 의존하여 변화한다.

이온강도의 증가에 의해 단백질 침강에 더 큰 희석 정도가 필요하다는 관점에서, 약 1.0 미만의 이온강도값을 더 바람직하게는 약 0.15 내지 약 0.6의 값을 이용하는 것이 통상 바람직하다.

회분 공정에서, 단백질의 염용해는 약 0℃이상, 바람직하게는 약 35℃까지의 온도에서, 바람직하게는 용해시간을 감소시키기 위해 교반을 수반하고 통상 약 10 내지 약 90분 동안 이루어진다. 생산 수율을 향상시키기 위해서는, 유종자 밀로부터 거의 단백질의 최대량을 추출하는 용해를 달성하는 것이 바람직하다. 이 공정은 배치모드에서는 더 높은 온도 레벨들에서 비경제적으로 되기 때문에 약 35℃의 바람직한 상한온도가 선택된다.

연속 공정에서, 아마 또는 리놀라유 종자 밀로부터의 단백직의 추출은 아마 또는 리놀라유 종자 밀로부터의 단백직의 연속적인 추출을 달성하는 것과 일치되는 임의의 방식으로 행해진다. 한 실시예에서, 아마 또는 리놀라유 종자 밀은 염 용액과 연속적으로 혼합되고 그 혼합물은 여기에서 기재된 매개 변수들에 따라 소망의 추출을 달성하는데 충분한 체류시간 동안 어떤 길이 및 유속을 가지는 파이프 또는 도관을 통해 운반된다. 이러한 연속적인 절차에서, 염용해 단계는 약 10분까지의 시간으로 신속히 달성되며, 바람직하게는 아마 또는 리놀라유 종자 밀로부터 단백질의 거의 최대량을 추출하는 용해를 달성한다. 연속적인 절차에서의 용해는 바람직하게는 상승된(elevated) 온도들에서, 일반적으로는 약 60℃ 이상까지에서 달성된다.

수용성의 식품등급의 염 용액과 아마 또는 리놀라유 종자 밀은 약 5 내지 약 7의 자연(natural)pH를 가져서, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 단백질 분리물이 미셀경로(micellar route)에 의해 형성되게 한다. 아마 또는 리놀라 단백질 분리물의 최대수율을 위한 최적의 pH값은 선택되는 아마 또는 리놀라유 종자 밀에 의존하여 변화한다.

pH범위의 한계들에서 그리고 그 한계들 가까이에서, 단백질 분리물의 형성은 단지 부분적으로 미셀경로를 통해서 발생되고 다른 pH범위에서 얻을 수 있는 것보다 낮은 수율로 발생된다. 이러한 이유들 때문에, 약 5.3 내지 약 6.2의 pH값들이 바람직하다.

염 용액의 pH는 임의의 편리한 산, 통상 염산, 또는 알칼리, 통상 수산화나트륨을 사용하여 추출 단계에서의 사용을 위해 약 4 내지 약 7의 범위 내에서 필요에 따라 임의의 소망의 값으로 조절될 수 있다.

다른 대안이 되는 절차는 7을 넘는, 일반적으로는 약 12까지, 바람직하게는 약 7 내지 9의 비교적 높은 pH값에서 염 용액으로 유종자 밀을 추출하는 것이다. 더 많은 량의 단백질은 더 높은 pH값에서 유종자 밀로부터 추출된다. 염 용액의 pH는 임의의 편리한 알칼리, 이를테면 수산화나트륨 수용액과 같은 것을 사용함으로써 알칼리값으로 pH가 조절되어도 좋다. 이러한 대체물이 채용되는 경우, 유량종자 밀의 추출 단계로부터 얻어지는 수상(aqueous phase)은 어떤 편리한 방식으로 이를테면 진공여과를 채용함으로써 잔류 캐놀라밀로부터 분리되고, 후속하여 원심분리 및/또는 여과에 의해 잔여 밀이 제거된다. 분리된 잔여 밀은 폐기를 위해 건조되어도 좋다.

높은 pH추출 단계로부터 얻어진 단백질 수용액은, 아래에서 논의되는 추가 처리 전에, 약 4 내지 7, 바람직하게는 위에서 논의된 바와 같은 약 5.3 내지 약 6.2의 범위로 pH 조절된다. 이러한 pH조절은 염산과 같은 어떤 편리한 산을 사용하여 달성된다.

용해단계 동안 식품등급의 염 용액에서의 유종자 밀의 농도는 광범위하게 변할 수 있다. 전형적인 농도값은 약 5 내지 약 15%w/w이다.

수용성 염 용액을 가지는 단백질 추출 단계는 캐놀라밀에 존재할 수도 있는 지방을 용해하는 추가적인 효과를 가지며, 이는 지방이 수상에 존재하게 한다. 아마 또는 리놀라유 종자 밀은 아마 또는 리놀라 단백질 수용액에 들어가서 이 용액이 어느 정도의 점성이 있게 만드는 상당한 양의 점액 물질을 담고 있다. 이러한 초기의 비교적 높은 점성은 이하에서 설명되는 절차에 따라 아마 또는 리놀라 단백질 용액이 그 후에 농축될 수 있게 되는 것을 어느 정도 억제한다.

추출 단계로부터 얻어지는 단백질 용액은 일반적으로 약 5 내지 약 30g/L, 바람직하게는 약 10 내지 약 25g/L의 단백질 농도를 가진다.

그 후 추출 단계로부터 얻어지는 수상은 임의의 적당한 방법, 이를테면 진공여과와 그 뒤를 따르는 원심분리 및/또는 여과로 잔여 아마 또는 리놀라유 종자 밀로부터 분리되어 잔여 밀을 제거한다. 분리된 잔여 밀은 폐기를 위해 건조되어도 좋다.

아마 또는 리놀라유 종자 밀이 상당한 량의 지방을 담고 있는 경우, 이 출원인에게 양도되며 그 개시내용들이 참조로 여기에 통합되는 미국특허 제5,844,086호 및 제6,005,076호에 기재된 지방제거단계들은, 분리된 단백질 수용액에 대해 그리고 이하에서 논의되는 농축된 단백질 수용액에 대해 효과적일 수 있다.

아마 또는 리놀라유 종자 밀을 염수용액으로 추출하는 다른 대안으로서, 이러한 추출은, 물만을 사용하는 것이 염수용액보다 아마 또는 리놀라유 종자 밀로부터 단백질을 적게 추출하는 경향이 있지만, 물(water)만을 사용하여 행해질 수 있다. 이러한 대안이 채용되는 경우, 아래에 기재되는 농축단계 동안 용액 중에 단백질을 유지하기 위해 잔여 아마 또는 리놀라유 종자 밀로부터 분리한 후에, 염은, 위에서 논의된 농도들로, 단백질 용액에 첨가될 수 있다.

그 후 단백질 수용액은 그것의 이온강도를 거의 일정하게 유지하면서 그것의 단백질 농도를 증가시키도록 농축된다. 이러한 농축은 일반적으로 적어도 약 50g/L, 바람직하게는 적어도 약 100g/L의 단백질 농도를 가지는 농축된 단백질 용액을 제공하기 위해 달성된다.

농축단계는 회분 또는 연속 작업에 일치하는 임의의 편리한 방식, 이를테면, 달라지는 박막재료들과 구성들을 고려하여 약 2000 내지 약 50,000돌턴과 같은 적당한 분획분자량(molecular weight cut-off)을 가지며 연속적인 작업의 경우, 단백질 수용액이 박막들을 통과할 때 소망의 정도의 농도를 허용하는 크기인 중공섬유박막들 또는 나선형으로 감긴 박막과 같은 박막들을 사용하는 한외여과(ultrafiltration) 또는 정용여과(diafiltration)와 같은 임의의 적당한 선택적 박막기법을 채용하여 달성될 수 있다.

농축단계는 임의의 적당한 온도에서, 일반적으로 약 15℃ 내지 약 60℃에서 소망의 정도의 농축을 달성하는 기간동안 이루어져도 좋다. 사용되는 온도 및 다른 조건들은 어느 정도는 농축을 수행하는데 사용된 막 장비 및 용액의 소망의 단백질 농도에 의존한다.

잘 알려진 바와 같이, 한외여과 및 유사한 선택적 박막기법들은 낮은 분자량의 종(species)이 통과하는 것을 허용하면서 높은 분자량의 종들이 그렇게 하는 것을 방지한다. 낮은 분자량의 종은 식품등급의 염들의 이온종뿐만 아니라 탄수화물, 색소 및 항영양요소들(anti-nutritional factors)과 같이 원료로부터 추출된 낮은 분자량의 재료들 그리고 임의의 낮은 분자량 형태의 단백질을 포함한다. 박막의 분획분자량은, 다른 박막재료들 및 구성들을 고려하여 오염물들이 통과할 수 있게 하면서, 용액에서의 상당한 비율의 단백질의 보존을 보장하기 위해 통상 선택된다.

농축단계에서 채용되는 온도에 의존하여, 농축된 단백질 용액은 농축된 단백질 용액의 점성을 떨어뜨려 후속하는 희석단계 및 미셀형성의 수행을 용이하게 하기 위해 적어도 약 20℃ 그리고 약 60℃까지, 바람직하게는 약 25℃ 내지 약 40℃의 온도로 데워진다. 농축된 단백질 용액은 농축된 단백질 용액의 온도가 냉수에 의한 희석에 대해 미셀형성을 허용하지 않는 온도를 넘어서지 않아야 한다. 농축된 단백직용액은 미국특허 제5,844,086호 및 제6,005,076호에 기재된 바와 같이 필요하다면 추가의 지방제거작업을 행하여도 좋다.

그 후 농축단계 및 임의선택적인 지방제거단계로부터 얻어지는 농축된 단백질 용액은 소망의 희석정도를 달성하기 위해 요구되는 체적을 갖는 냉수와 농축된 단백질 용액을 혼합함으로써 희석되어 미셀형성을 달성한다. 농축된 단백질 용액은 약 15배 이하, 바람직하게는 약 10배이하 만큼만 희석된다.

농축된 단백질 용액과 혼합되는 냉수는 약 15℃미만, 일반적으로는 약 3℃ 내지 약 15℃, 바람직하게는 약 10℃ 미만의 온도를 가지는데, 이것은 사용된 희석율에서 이러한 차가운 온도들에 의해 단백질 미셀 덩어리 형태의 단백질 분리물의 개선된 수율이 달성되기 때문이다.

회분작업 시, 농축된 단백질 용액의 배치는 위에서 논의된 바와 같이 소망의 체적을 가지는 정지체(static body)인 냉수에 첨가된다. 농축된 단백질 용액의 희석과 결과적인 이온강도의 감소는 분리된 단백질 액적(droplets) 형태의 고도로 결합된(highly associated) 단백질분자들의 구름형 덩어리가 미셀형태로 형성되게 한다. 회분 작업에서, 단백질 미셀들은 냉수 속에 침강하여 응집(aggregated), 합체되며(coalesced), 밀한, 비정질, 점착성의 글루텐유사 단백질 미셀 덩어리(PMM)로 형성될 수 있다. 침강은 원심분리와 같은 것에 의해 촉진될 수 있다. 이렇게 유발된 침강은 단백질 미셀 덩어리의 액체함량을 감소시켜, 수분함량을 전체 미셀 덩어리의 약 70중량% 내지 약 95중량%에서부터 일반적으로 약 50중량% 내지 약 80중량%의 값으로 감소시킨다. 이런 식의 미셀 덩어리의 수분함량의 감소는 또한 미셀 덩어리에 가두어진 염의 함량을 감소시키고, 그래서 건조된 분리물의 염의 함량을 감소시킨다.

다르게는, 희석작업은, 희석용의 물을 T자형 파이프의 한 입구에 공급하면서 T자형 파이프의 다른 입구에 농축된 단백질 용액을 계속 통과시켜 파이프 내에서 섞이게 함으로써 연속적으로 행해져도 좋다. 희석용의 물은 소망하는 정도의 희석을 달성하기에 충분한 속도로 T자형 파이프에 공급된다.

농축된 단백질 용액과 희석용 물을 파이프 내에서 혼합하는 것은 단백질 미셀들의 형성이 개시되게 하고 그 혼합물은 T자형 파이프의 출구로부터 침강용 용기에 계속 공급되고, 이 침강용 용기가 가득 찰 때에, 상청액은 흘러넘칠 수 있게 된다. 바람직하게는 혼합물은 침강용 용기 내의 액체 속에 액체 내의 난류를 최소화하는 방식으로 공급된다.

이어지는 절차에서, 단백질 미셀들은 침강용 용기에서 침강되어 응집, 합체되며, 밀한, 비정질, 점착성의 글루텐유사 단백질 미셀 덩어리(PMM)를 형성하고 그 절차는 소망의 량의 PMM이 침강용 용기의 바닥에 축적되는 때까지 계속되며, 소망의 량의 PMM이 침강용 용기의 바닥에 축적되면 축적된 PMM은 침강용 용기로부터 제거된다.

아마 또는 리놀라 단백질 분리물의 회수를 위해 연속 공정을 이용함으로써, 회분 공정에 비해, 초기단백질추출 단계는 동일 수준의 단백질추출에 대해 시간이 현저히 감소될 수 있고 상당히 높은 온도들이 추출 단계에서 채용될 수 있다. 더구나, 연속 작업에서는, 회분 작업에서보다 오염의 기회가 더 적어서, 더 높은 생산품질을 이루게 되고 그 처리는 더욱 소형의 설비로 행해질 수 있다.

침강된 분리물은 침강된 덩어리로부터 잔류 수상의 데칸테이션(decantation) 또는 원심분리와 같은 것에 의해 잔류 수상 또는 상청액으로부터 분리된다. PMM은 젖은 형태로 사용되어도 좋고 임의의 편리한 기법, 이를테면 스프레이건조, 냉동건조 또는 진공드럼건조에 의해 건조된 형태로 건조되어도 좋다. 건조된 아마 또는 리놀라 단백질 분리물은 약 90중량%의 단백질을 초과하는, 바람직하게는 적어도 약 100중량%의 단백질(켈달 N×6.25로 계산됨)의 높은 단백질 함량을 가지며, 거의 비변성이다(시차주사열계량법(differential scanning calorimetry)에 의해 결정됨). 지방질의 유종자 밀로부터 분리된 건조된 아마 단백질 분리물도, 미국특허 제5,844,086호 및 제6,005,076호의 절차들이 채용될 때, 낮은 잔류지방함량을 가지며 이는 약 1중량%미만이다.

본 발명의 한 양태에 따라, PMM형성 및 침강단계로부터의 상청액은 희석단계에서 침강되지 않는 상당한 량의 아마 또는 리놀라단백질을 함유한다는 것이 발견되어 있다.

이러한 절차에서, 희석단계로부터의 상청액은 PMM의 제거 이후, 단백질 농도를 증가시키도록 농축되어도 좋다. 이러한 농축은, 용액 중에 아마 단백질을 유지하면서, 원료로부터 추출된 식품등급의 염 및 다른 단백질성 낮은 분자량의 재료들을 포함하는 낮은 분자량의 종을 허용하는 적당한 분획분자량을 가진 박막들을 사용하는 한외여과와 같은 임의의 편리한 선택적 박막기법을 사용하여 그 박막을 통과하게 함으로써 달성된다. 서로 다른 박막들 및 구성들에 대해 약 3000 내지 10,000 돌턴의 분획분자량을 갖는 한외여과박막들이 사용되어도 좋다. 이런 식으로 상청액의 농도는 건조되어 단백질을 회수하는데 필요한 액체의 체적을 감소시키고, 그래서 건조에 필요한 에너지를 감소시킨다. 일반적으로 상청액은 건조 전에 약 100 내지 400g/L, 바람직하게는 약 200 내지 약 300g/L의 단백질 함량으로 농축된다.

농축된 상청액은 스프레이 건조, 냉동 건조 또는 진공드럼 건조와 같은 임의의 편리한 기법에 의해 추가의 아마 단백질 분리물을 제공하는 건조 형태로 건조되어도 좋다. 이러한 추가의 아마 단백질 분리물은 통상 약 90중량%의 단백질(켈달 N×6.25로 계산됨)을 초과하는 높은 단백질 함량을 가지며 거의 비변성(시차주사열계량법으로 결정됨)되어 있다. 원한다면, 젖은 PMM은 결합된 단백질스트림들을 건조하기 전에 조합된 아마 단백질 분리물을 제공하기 위해 농축된 상청액과 임의의 적당한 기법에 의해 조합되어도 좋다. 조합된 아마 단백질 분리물은 약 90중량%(켈달 N×6.25로 계산됨)를 초과하는 높은 단백질 함량을 가지며 거의 비변성(시차주사열계량법으로 결정됨)되어 있다.

또 다른 대안이 되는 절차에서는, 농축된 상청액의 일부만이 PMM의 적어도 일부와 혼합되고 결과적인 혼합물이 건조되어도 좋다. 농축된 상청액의 나머지는 PMM의 나머지의 어느 것으로서 건조되어도 좋다. 게다가, 건조된 PMM과 건조된 상청액도 임의의 소망의 상대비율들로 건조 혼합되어도 좋다.

이런 방식으로 작업함으로써, 다수의 아마 단백질 분리물들은 건조된 PMM, 건조된 상청액, 그리고 PMM 및 상청액의 다양한 중량비율들, 일반적으로 약 5:95 내지 약 95:5의 중량비율로 건조된 혼합물들의 형태로 회수될 수 있고, 이는 다른 기능적 및 영양적 성질들을 달성하기에 바람직하다.

전술한 바와 같이 농축된 단백질 용액을 냉수로 희석하고 결과적인 침강액 및 상청액을 처리하는 것에 대한 대안으로, 단백질은 농축된 단백질 용액을 투석하여 그것의 염의 함량을 감소시킴으로써 농축된 단백질 용액으로부터 회수되어도 좋다. 농축된 단백질 용액의 염의 함량의 감소는 투석튜빙으로 단백질 미셀들이 형성되게 한다. 투석에 뒤이어서, 단백질 미셀들은 위에서 논의된 바와 같이 침강, 수집 및 건조될 수 있어도 좋다. 단백질 미셀 침강단계로부터의 상청액은 그것으로부터 추가의 단백질을 회수하도록 위에서 논의된 바와 같이 처리되어도 좋다. 다르게는, 투석튜빙의 함유물들이 직접 건조되어도 좋다. 후자인 대안이 되는 절차는 작은 실험실규모의 단백질의 량들이 소망될 때에 유용하다.

아마 단백질 분리물의 생산을 위한 대안이 되는 절차는 등전자(iso-electric)침강절차를 이용하는 것이다. 이러한 절차에서, 유종자 밀의 추출은 알칼리조건들 하에서 달성되고, 그 후에 단백질 용액의 pH는 낮은 값, 특히 타겟이 되는 단백질의 등전점(iso-electric point)의 pH로 조절되고, 그 pH값에서 단백질은 중성으로 변하고 용액으로부터 침전한다. 이 침강물들은 침강물을 물 속에서 재부유시키고 단백질을 침강시킴으로써 오염물을 제거하기 위해 세척될 수 있다.

바람직한 실시예의 설명

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 행해지는 회분 공정의 흐름도가 개략적으로 도시되어 있다. 리놀라유 종자 밀일 수 있는 아마유 종자 밀과, 수성의 추출매체는 라인(10)에 의해 추출용기(12)에 공급되고 이 추출용기 내에서 유종자 밀은 추출되고 단백질 수용액이 형성된다. 단백질 수용액 및 잔류 유종자 밀의 슬러리는 라인(14)에 의해 진공필터벨트(16)를 통과하여 잔류 유종자 밀은 라인(18)에 의해 분리된다. 그 후 단백질 수용액은 라인(20)에 의해 정화(clarification)작업부(22)를 통과하고 정화작업부에서 단백질 수용액은 원심분리되고 필터링되어 미세물들(fines)이 제거되고 이 미세물들은 라인(24)에 의해 회수된다.

정화된 단백질 수용액은 라인(26)에 의해 한외여과박막(28)을 통과하게 펌프질되어 농축된 단백질 용액을 라인(30)에서의 잔류물(retentate)로서 생성하며 투과물(permeate)은 라인(32)에 의해 회수된다. 농축된 단백질 용액은 라인(36)에 의해 공급된 냉수를 담고 있는 침강용기(34)로 들어간다. 침강용기(34) 속에 형성된 단백질 미셀 덩어리는 라인(38)에 의해 스프레이건조기(40)를 통해 제거되어 건조된 아마 단백질 분리물(42)를 제공한다.

침강용기(34)로부터의 상청액은 라인(44)에 의해 제거되어 한외여과박막들(46)을 통해 펌핑되어 라인(48) 내에 잔류물로서 농축된 단백질 용액을 생성하고 투과물은 라인(50)에 의해 제거된다. 농축된 단백질 용액은 스프레이건조기(52)를 통과하여 추가의 건조 아마 단백질 분리물(54)을 제공한다.

대안으로서, 라인(48) 내의 농축된 단백질 용액은 라인(56)을 통과하여 단백질 미셀 덩어리와 혼합된 후 그 혼합물이 스프레이건조기(52)에서 건조되어도 좋다.

실시예들

실시예 1:

이 실시예는 리놀라유종자로부터의 리놀라단백질의 회수를 예시한다.

리놀라유종자는 냉압착되었고 그 유종자는 회수되었다. 16.8㎏의 분쇄된 밀이 335L의 0.15M NaCl 용액(13℃에서 5% w/v의 추출농도)에 첨가되었고 그 혼합물은 60분 동안 교반되었고, 뒤이어 60분 동안 침강되었다. 190L의 추출물이 데칸테이션 되었고 20㎛의 필터패드들을 통해 여과되어 6g/L의 단백질 함량을 가지는 180L의 단백질 수용액이 제공되었다.

이 수용액은 30,000돌턴의 분획분자량을 사용하는 한외여과시스템으로 농축하여 체적이 11L로 감소되었다. 그 결과로서의 농축된 용액은 6g/L의 단백질 함량을 가졌고, 이는 리놀라의 밀로부터 원래 추출된 단백질의 51중량%의 수율을 나타내었다.

30℃ 온도에서 농축된 단백질 용액은 4℃의 물에 1:10의 희석비로 첨가되었다. 즉시 백색의 흐림이 형성되었고 16시간 동안 침강하도록 방치되었다. 93L의 상청액을 데칸데이션하여 12L의 침강된 점성, 점착성의 단백질 덩어리(PMM)가 남았다. 분취량(aliquot)의 PMM은 단백질 함량을 결정하기 위해 동결건조되었다. 동결건조된 PMM은 92중량%(N×6.25) d.b의 단백질 함량을 가진다는 것이 밝혀졌다. 리놀라밀로부터 추출된 단백질로부터의 전체 단백질수율은 27중량%였다.

실시예 2:

이 실시예는 아마유 종자 밀로부터 아마 단백질을 회수하는 것을 예시한다.

17.5㎏의 상업적인 아마유 종자 밀이 20℃의 35L의 0.5M NaCl용액(5% w/v)에 첨가되었고 그 혼합물은 60분 동안 교반되었고 그 뒤를 이어 60분 동안 침강되었다. 결과적인 단백질추출용액은 8.5g/L의 단백질 농도를 가졌다. 추가의 17.5㎏ 배치의 상업적인 아마유 종자 밀은 동일한 방식으로 처리되었고 결과적인 단백질추출용액은 7.9g/L의 단백질 농도를 가졌다. 두 추출용액들은 데칸테이션되었고 필터프레스에서 20㎛의 필터패드들을 사용하여 여과되었고 여과물들은 조합되었다.

그 후 여과된 단백질 수용액은 120g/L의 단백질 함량을 가지는 11L의 농축된 단백질 수용액을 제공하기 위해 5,000돌턴의 분획분자량을 사용하여 한외여과시스템으로 농축되었다.

온도 31℃에서 응축된 단백질 용액은 4℃의 수돗물에 1:10의 희석비로 첨가되었다. 백색의 흐림이 즉시 형성되었고 4℃에서 16시간 동안 침강되도록 방치되었다. 105L의 상청액이 데칸테이션되어 10L의 침강된, 점성, 점착성의 단백질 덩어리(PMM)가 남았다. 이 PMM은 10,000g으로 5분 동안 원심분리되어 밀한 백색 덩어리를 제공하였고 이 백색덩어리는 그 후 냉동건조되었다.

6중량%의 아마유 종자 밀로부터 추출된 단백질의 전체 수율에 상응하여, 178g의 건조된 단백질 분리물이 회수되었다. 냉동건조된 PMM은 109중량%(N×6.26) d.b.의 단백질 함량을 가지는 것이 확인되었다.

실시예 3:

이 실시예는 리놀라추출에 대한 pH의 효과를 예시한다.

리놀라유 종자 밀은 NaOH 또는 HCl로 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 및 12의 유도된 pH레벨들로 조절된 추출pH의 5% w/v용액에서 추출되었다. 모든 추출들은 실온에서 수행되었고 230RPM에서 30분간 오비탈쉐이커(orbital shaker)에서 이루어졌다. 혼합기간에 이어서, 쓰여진 밀은 추출물로부터 분리되었고 샘플들이 단백질 함량분석을 위해 취해졌다.

얻어진 결과들은 다음의 표 1에서 보여진다.

추출 pH	추출단백질
12	0.942%
11	0.708%
10	0.522
9	0.616%
8	0.514%
7	0.330%
6	0.264%
5	0.165%
4	0.188%

알 수 있는 바와 같이, 추출물들은 pH가 더 높을수록 낮은 pH추출물들보다 단백질이 더 많았다. pH 5.0 및 4.0에서의 추출물들은 외관이 상당히 흐렸고 얼마간의 침강을 나타내었다.

개시의 요약

이 개시내용을 요약하면, 본 발명은 신규한 아마 및 리놀라 단백질 분리물들과 그것들의 제조방법을 제공한다. 변형들은 본 발명의 범위 내에서 가능하다.

Claims (32)

1. 건조 중량 기준으로 켈달법의 켈달 질소×6.25에 의해 결정될 때 90중량% 이상의 단백질 함량을 가지는 아마유 종자 단백질 분리물.
2. 제1항에 있어서, 상기 단백질 함량은 건조 중량 기준으로 켈달법의 켈달 질소×6.25에 의해 결정될 때 100중량% 이상인 아마유 종자 단백질 분리물.
3. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 낮은 리놀렌산 함량을 갖는 아마의 변종인 리놀라로부터 얻어지는 아마유 종자 단백질 분리물.
4. 삭제
5. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 단백질 미셀 덩어리의 습윤 형태인 아마유 종자 단백질 분리물.
6. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 건조 분말 형태인 아마유 종자 단백질 분리물.
7. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 아마 단백질 미셀들의 침강물로부터의 건조된 상청액 형태인 아마유 종자 단백질 분리물.
8. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 아마 단백질 미셀들의 침강물로부터의 농축 상청액과 침강 아마 단백질 미셀들의 건조 조합물의 형태인 아마유 종자 단백질 분리물.
9. 아마 단백질 분리물을 제조하는 방법에 있어서,

   (a) 아마유 종자 밀을 추출하여 상기 아마유 종자 밀의 단백질의 용해를 일으키고 단백질 수용액을 형성하는 단계;

   (b) 잔여 아마유종자 밀로부터 단백질 수용액을 분리하는 단계;

   (c) 선택적 박막기법을 사용하여 이온강도를 일정하게 유지하면서 상기 단백질 수용액의 단백질 농도를 증가시켜 농축된 단백질 용액을 제공하는 단계;

   (d) 상기 농축된 단백질 용액을 냉수로 희석하여 단백질 미셀들이 형성되게 하는 단계;

   (e) 단백질 미셀들을 침강시켜 비정질(非晶質, amorphous)이고, 점착성이면서, 젤라틴성인 단백질 미셀 덩어리를 형성하는 단계; 및

   (f) 건조 중량 기준으로 켈달법의 켈달 질소×6.25에 의해 결정될 때 90중량% 이상의 단백질 함량을 가지는 상청액으로부터 미셀 덩어리를 회수하는 단계를 포함하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 아마유 종자 밀의 추출 단계는:

    (a) 0.10 이상의 이온강도 및 4 내지 7의 pH를 갖는 수성의 염 용액을 사용하거나;

    (b) 0.10 이상의 이온강도 및 7 내지 12의 pH를 갖는 수성의 염 용액을 사용하고, 상기 추출 단계 이후에, 수성 단백질 용액의 pH는 상기 농축 단계 이전에 4 내지 7로 조정되고;

    (c) 상기 아마유 유종자 밀을 물에 의해 추출하고, 결과적으로 얻어진 단백질 수용액에 연이어 염을 첨가하여 0.10 이상의 이온강도를 가지는 단백질 수용액을 제공함

    으로써 달성되는 방법.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 단백질 수용액은 5 내지 30g/L의 단백질 함량을 가지는 방법.
18. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 단백질농축단계는 2,000 내지 50,000 돌턴의 분획분자량을 갖는 막을 사용한 한외여과에 의해 수행되어, 50g/L 이상의 농도를 가지는 농축된 단백질 용액을 제공하게 되는 방법.
19. 삭제
20. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 농축된 단백질 용액은 농축된 단백질 용액의 점성을 감소시키기 위해 25℃ 내지 40℃의 온도까지 데워지는 방법.
21. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 농축된 단백질 용액은 물 속으로 농축된 단백질 용액을 첨가함으로써 15배 이하로 희석되는 방법.
22. 삭제
23. 삭제
24. 제9항 또는 제10항에 있어서, 회수된 단백질 미셀 덩어리는 단백질성(proteinaceous) 분말로 건조되는 방법.
25. 제9항 또는 제10항에 있어서, 침강단계로부터의 상청액은 추가의 아마 단백질 분리물을 회수하기 위해 처리되는 방법.
26. 제25항에 있어서, 침강단계로부터의 상청액은 3,000 내지 10,000 돌턴의 분획분자량을 갖는 막을 사용하여 농축되고, 농축된 상청액은 건조되어, 건조 중량 기준으로 켈달법의 켈달 질소×6.25에 의해 결정될 때 90중량% 이상의 단백질 함량을 가지는 아마 단백질 분리물을 제공하는 방법.
27. 제25항에 있어서, 침강단계로부터의 상청액은 3,000 내지 10,000 돌턴의 분획분자량을 갖는 막을 사용하여 농축되고, 농축된 상청액은 단백질 미셀 덩어리와 혼합되고 그 혼합물은 건조되어, 건조 중량 기준으로 켈달법의 켈달 질소×6.25에 의해 결정될 때 90중량% 이상의 단백질 함량을 가지는 아마 단백질 분리물을 제공하는 방법.
28. 제9항 또는 제10항에 있어서, 단계 (a) 내지 (f)는 회분(batch) 작업, 연속 작업 또는 반-연속 작업에 의해 달성되는 방법.
29. 삭제
30. 삭제
31. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 아마유 종자 밀은 리놀라유 종자 밀인 방법.
32. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 아마유 종자 단백질 분리물이 비변성된 것인 아마유 종자 단백질 분리물.

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