저 피틴산 콩 단백질 단리체를 제조하는 벙법

본 발명은 식품용으로 적용되는 종자 단백질 단리를 포함한다. 종래의 기술은 콩단백질의 영양질 및 향미의 분리 대상물과 그 정제 및 개선을 광범위하게 취급해 왔다.

천연 상태의 콩단백질은 맛이 없고 영양질을 나쁘게 하는데 이는 포유동물의 광물질 흡수를 방해하는 피틴산 복합체의 존재와 포유동물에서 단백질 분해를 방해하는 트립신 억제제가 포함된 항-영양인자의 존재에 기인한 것이다. 종래기술은 열처리에 의한 트립신 억제제의 파괴와 피틴산의 제거를 취급하였다. 그 종래 기술은 또 콩 원료물질에 포함된 단백질과 비교하여 분리 정제된 고착단백질의수율 개선도 취급했다.

맥킨니등의 저널 비오로지칼 케미스트리 178권, 117-132면(1949)은, 피틴은 pH 11.0 내지 pH 11.5에서 알카리성 분산액중의 콩단백질에서 서서히 분해되며 원리분리에 의하여 제거할 수 있다고 공개하고 있다.

아이아코부치등의 미국특허 제3,736,147은 광범위한 한외 여과를 병합한 여러 가지 화학적 처리가 포함된, 감소된 피틴산 성분을 가지는 콩단백질 단리체를 제조하는 한외 여과공정을 소개하고 있다. 화학적 처리는 한외여과전에 중성 pH에서 효소 피타제로 피틴산을 효소적 가수분해하거나 낮은 pH에서 칼슘의 존재하에 한외 여과하거나 또는 높은 pH에서 에틸렌 디아민 테트라초산을 사용하는 것중의 하나가 포함된다.

볼리등의 미국특허 제2,732,395는 여러 가지 오일 종자로부터 피틴을 단리시키는 방법을 공개하고 있다. 이 방법은 오일이 포함되지 않은 종자가 거친 가루나 분말을 특수한 종자 단백질의 거의 등전성 범위이내의 pH로, 일반적으로 약 pH 4.5에서 수용성 산으로 추출하는 것으로 되어 있다. 피틴은 가용성 부분에서 회수되며 단백질은 불용성 물질을 단리시켜서 8이상의 pH에서 추출하여 응결물로부터 회수한 다음 그 단백질의 동전성 범위이내에서 다시 산성화시켜 정제된 알카리성 추출물에서 단백질을 응고시킨다. 이 방법은 탈지시킨 콩가루를 포함한 여러 가지 오일 종자물에 적용하여 유기성 아린산 화합물로부터 충분히 유리되는 것으로 알려진 정제된 단백질을 얻는다.

사이르의 미국 특허 제 3,001,875는 pH 6-10.5에서 탈지된 콩플레이크를 수성 추출하여 콩단백질 용액을 만들고, 불용성 물질을 제거하여 추출된 단백질을 pH 4.5에서 침전시키고 pH6에서 응결물을 다시 녹여 건조하는 것으로 되어 있다.

존손의 미국특허 제3,397,991은 콩의 거친 가루가 들어있는 용매 추출한 야채의 거친 가루의 혼합물에서 단백질 단리체를 만들어서 150-200°F와 pH 9-12에서 단백질을 물에 콜로이드상으로 용해시키고 등전성 범위내에서 산침전시키거나 건조시켜서 수용액으로부터 불용성 물질은 단리시키고 용해된 단백질을 회수하는 방법으로 앞서 생긴 단리체에서 목적하는 아미노산 조성물을 얻는 것으로 되어 있다.

로빈스등의 미국특허 제3,261,822는 산성 pH 3.5-5.5에서 물로 탈지된 콩가루를 추출하여, 가용성 물질을 버리고 단백질 응결물을 pH6-11로하여 물에 다시 녹여서 콩단백질 단리체를 제조하는 방법을 예를들어 상세하게 설명하고 있다.

굳나이트 쥬니어등의 미국특허 제4,072,670은 상기 인용한 특허들인, 볼리등과 로빈스등의 특허에서 예를들어 설명한 바와 같은 산침전시킨 콩단백질 단리체(물)의 제조에 관한 종래 기술방법에서의 근본적인 결함을 소개하고 있다. 종래기술은 피틴산의존재하에 산으로 플레이크중의 콩단백질을 침전시켰다. 굳 나이트 등은 알카리에 안정한 복합체는, 상기 인용한 멕킨니등의 기사에서 소개된 바와 같이 알카리성 pH에서 콩단백질로부터 피틴의 분리를 방지하는 이런 상황하에서 단백질과 피틴산간에서 형성된다는 것을 알았다. 굳나이트등은 10.6 내지 14의 pH에서 불용성인 피틴산염이 되게하여 그것들의 등전점, 즉 pH 4.5에서 단백질이 침전되기전 그 단백질들에서 피틴산염을 분리하므로서 종래 기술의 몇가지 문제점을 해결했다.

굳 나이트 등에 의해서 설명된 공정의 불리한 점은 극단적으로 높은 알카리성 pH에 단백질을 노출시키면 그 단백질의 영양가에 반대 영향을 미치게 되고 상업적으로 연속적 원심 분리를 하면 높은 알카리성 pH에서 형성된 아주 맑게 현탁된 피틴산 침전물을 분리할 수가 없다는 것이다.

종래기술에서 설명되어 있는 공정은 소규모 실험실 규모에서 콩단리물중의 피틴산염 성분을 줄이는데에는 다소 성공적이었다. 그러나, 상기 공정중의 어느것도 경제적인 상업 규모의 저피틴산염 콩단백질을 생성할 수도 없다.

본 발명은 예외적으로 저피틴산 성분, 대체로 개선된 맛, 개선된 기능성, 높은 영양질 및 저 아스크(ask) 성분을 갖는 개량된 정제 콩단백질의 제조방법을 제공하는 것이다.

이외에도, 본공정대체로 생성된 콩생성물의 알루미늄 성분을 감소시킨다. 콩을 기준한 유아 처방중의 알루미늄 성분은 유방우유에서 찾아낸 성분보다 현저하게 높다. 그래서, 본 콩단백질 단리물에서 제조한 유아 처방물은 훨씬 영양학적으로 이용하기가 좋은데 이는 알루미늄 성분을 감소시키므로서 유방우유와 더욱 유사한 콩처리 조성물을 제공하기 때문이다.

여기에서 적용한“저 피틴산 성분을 갖는 콩단백질 단리물”이란 약 88%나 그 이상의 중량의 콩단백질과 약 0.3중량 피틴산염(피틴산 균등물로 표현), 좋기는 100g 단백질당 0.2g 이하의 피틴산염을 포함하는 콩단백질 생성물인 것을 의미한다.

미오-이소시톨의 헥사 오르토 모노포스페이트에스텔, 피틴산은 칼슘 마그네슘, 피틴과 같이 알맹이와 오일 씨앗에서 꾀높은 수준에서 발생하다. 콩의 거친 가루에서, 거의 70%의 총 아린산은 피틴에 의한 것이라고 생각된다.

탈지된 콩의 거친 가루의 0.6% 아린산 성분을 기준하면, 약 2%중량의 피틴은 탈지된 콩의 거친 가루에 존재하는 것으로 평가된다. 피틴산은 공정중에 피틴산염-무기물-단백질 복합체를 형성하게 되며 각종무기물 이를테면, 아연, 마그네슘, 칼슘, 철등과 같은 것의 생물학적 이용성을 감소시키는 것으로 나타났다. 단리물의 제조중에 피틴산과 피틴산염의 많은 잔류물은 복합체의 형태로 단백질과 결합된다. 피틴산염이나 그 염들이란 만일 여기에 사용될때, 그것은 피틴산의 염들이나 다른 콩 성분과 피틴산과의 분자적 복합체임을 의미한다.

에디-프로 에이(Edi-Pro A)(랄스톤 푸리나)와 아르덱스 에프(ArdexF)(아르체르 다니엘 미드랜드)와 같은 현재 이용 가능한 상업적 콩단백질 단리물의 경우에는 2-2.5% 중량의 단리물 정도가 피틴산염이다.

콩단백질 단리물에서 피틴산의 제거가 바람직한데 이는 피틴산염 아린산이 사람에게 영양 본체로서 이용 가치가 없고 또 그것이 칼슘, 철 및 아연과 같은 영약학적으로 필수적인 다가 양이온의 흡수를 간섭하기 때문이다.

유아들은 피틴산염 아린산을 이용할 수가 없으며 그 불필요한 아린산이 상대적으로 많은 양이 존재하면 무력한 뼈의 무기질화를 초래하게 된다. 그러므로, 콩을 기준으로 한 유아 처방중의 피틴산 성분을 제거하거나 감소하는 것이 바람직하다.

폭넓은 개념 상으로는, 본 발명은 콩단백질을 함유하는 콩원료물질을 물로 추출하여 pH 8.0-10.0과 65℃이상의 온도에서 콩단백질의 수용액을 형성하는 것을 포함한다. 콩단백질의 바람직한 출처는 탈지된 콩가루질, 그리고 또는 플레이크와 같은 탈지시킨 특수콩이다. 천연 콩물질을 산과 먼저 접촉시키면 피틴산과 단백질간의 결합을 형성하게 되고 본 발명에 부적합한 등전성의 또는 산처리된 콘단백질 완료로 된다.

상기 추출 조건들은 피틴산염의 추출과 단백질-피틴산염 복합체의 형성을 최소화한다. 그 조건은 또 단백질에 민감한 반응을 보여 그 단백질의 등전점보다 약간높은 pH에서 침전시킨다.

상기 콩단백질 추출물은 원심분리, 여과 또는 다른 공지된 방법에 의하여 정제시킨 다음 그 콩단백질을 pH5.0~5.5에서 산성화하여 침전시키고 그 침전물을 제거한다. 이 pH에서 피틴산염은 위장에서 제거된다.

전형적인 상업적 방법으로는, 콩단백질을 콩 플레이크나 콩가루으로부터 약간 알카리성 pH에서 추출한다. 중요 단백질 유분은 그때 그 단백질의 등전점(pH 4.5)까지 pH를 조절하여 정제된 추울물에서 침전시킨다. 단백질은 이 pH에서 불용성이므로 단백질은 가용성 설탕, 염등에서 원심분리시켜서 분리할 수 있다.

정제를 완료하기 위해서, 단백질 응고물을 이 등전 pH에서 적어도 한 번 물로 세척한 다음 단백질을 그 상태로분무-건조하거나 중성 pH에서 재용해후 건조시킨다. 그 조건에 의해서, 콩 플레이크중에 존재하는 피탄산의 중요 부분을 단백질과 복합체를 형성하게 되고 콩 단리물에 존재하게 된다 전형적으로는, 상업적 콩 단리물은 2.0-2.5%의 피탄산 성분을 가지며 몇가지 경우에는 3% 중량정도이다.

높은 알칼리성(pH 11.6)으로 콩단백질을 처리하면 그 단백질의 영양가나 안정성에 반대 영향을 미치게 된다. 콩단백질 단리물을 제조하는 상업상 유용한 많은 방법들 중에는, 단백질을 약 pH 4.5에서 침전시킨다. 그러나, 이 pH에서, 강한 피틴산염/단백질 상호작용이 일어나며 피틴산의 대부분은 단백질과 함께 침전되어 그 결과 2% 이상의 피틴산염이 들어있는 콩단백질 단리물로 된다.

본 발명은 극도의 알카리성에 노출을 없게 하므로서 종래 상업적 공정에 또다른 개선점을 부여하게 되고 가장 중요한 것은 처음으로 좋은 수율의 0.3% 중량이나 그 이하의 피틴산염 농도를 갖는 콩 단리물을 생산하는 경제적 공정을 제공하는 것이다.

이 공정의 콩단백질 원료는 특수한 탈지 콩, 좋기는 탈지된 콩가루나 탈지콩 플레이크이다. 이 공정은 원료가 포함된 콩단백질로부터 알카리성 pH에서 콩단백질의 수용액을 형성하는 것으로되어 있다. 그것은 어떤 형태의 원료로 본 발명을 제한하려는 의미가 아니며 또한 이 원래의 콩추출물을 제조하는 어떤 특수한 방법으로 본 발명을 제한하려는 것도 아닌데 이는 본공정의 여러 가지 목적에 따라 여러 가지로 변경시킬 수 가 있기 때문이다.

본래의 추출 슬러리는 pH 8 내지 10과 65℃ 이상의 온도에서 수성 슬러리 매질 10 내지 20부까지 원료를 함유하는 콩단백질 일부 중량을 진탕시키면서 첨가하여 형성한다. 높은 pH의 매질이 이용될 수 있지만, 그 높은 pH의 매질에서는, 불필요한 리지노알라닌의 형성을 증대시키는 경향이 있다는 것을 알았다. 바람직하기는, pH를 70℃ 내지 85℃의 온도로, 가장 바람직하게는 75℃ 내지 80℃의 온도로 8.5 내지 9.5로 유지하는 것이다. 85℃ 이상의 높은 온도를 추출중에 만족스럽게 체택할 수 있지만 그와같은 높은 온도에서는 리지노알라닌의 불필요한 형성을 증대시키는 경향이 있다는걸 알았다. 슬러리는 약 1 내지 15분, 좋기는 2내지 5분간 필요한 pH와 온도로 유지시킨다.

그후, 온도를 25℃ 내지 65℃까지, 좋기는 50℃ 내지 60℃가장 종기는 55℃ 내지 60℃까지 신속하게 낮추고 다시 10 내지 60분간 좋기는 10 내지 30분간 그 온도에서 슬러리를 유지시켜 원료에서 콩단백질의 추출을 계속한다.

피탄산염과 탄수화물의 충분한 부분이 들어있는 불용성 유분을 여과나 원심분리와 같은 통상의 고체 단리단위 공정으로 용해된 단백질 유분에서 단리한다.

전기한 온도 범위는 피틴산 복합체에서 가용성 콩단백질의 분해용으로 또 대체로 불용성인 피틴산염과 피틴산 유도체를 유지하는데 최적한 값이다. 그러나, 몇가지 제조조건에 의해서, 또다른 온도범위가 더 적합한 것으로 입증될 수도 있는데 이것은 피틴산염 용해를 형성하는 온도가 그것의 여과 및 원심분리 특성에 영향을 미치는 물리적 성질에 의해서 효과를 나타내기 때문이다.

어떤 주어진 제조장치에서의 최적 조건의 피틴산염 용해온도를 실험적으로 선택하는 것이 물론 바람직하다.

용해된 단백질 유분의 pH를 pH 5.0내지 5.5와 좋기는 pH 5.2 내지 5.4, 또 가장 좋기는 5.3으로, 염산과 같은 비-독성의 수용성산으로 조절하여 용해된 콩단백질을 침전시킨다. 5.5이상의 pH를 채택할 수도 있지만, 그 pH는 콩단백질의 수율을 감소시키는 경향이 있다. 단백질은 25℃ 내지 65℃ 좋기는 50℃ 내지 60℃이 온도에서 용해된 단백질 유분에서 침전된다.

침전된 단백질을 원심분리나 다른 통상적인 방법으로, 설탕, 가용성 피틴산염 등에서 단리시킨다. 선택된 pH는 열에 민감한 단백질을 침전시키게 되지만 가용성 피틴산을 유장에서 세척해 버리게된다. 단백질-피틴산염 착화합물은 형성되지 않는데 이는 이 pH에서 단백질과 피틴산염은 음전하로 하전되기 때문이다. 이 복합체는 pH 4.5에서나 그 이하에서 형성하게 된다.

침전시켜 단리한 단백질은 물로 세척한 다음, 물에 재현탁시켜서 그 현탁액을 수중 분쇄한 다음 분무 건조하거나 동결 건조할 수 있다. 대체되는 것으로, 단백질응고물을 등전성 범위 이상의 pH에서 희석 수용액에 재용해시켜 그 결과 용액을 소위 콩단백태의 생산기술에서 공지된 바와 같이 분무 건조한다.

마지막으로, 분무 건조보다는, 친점시켜 단리한 단백질을 등전성 범위이상의 pH에서 재용해시켜 그때 생긴 콩단백태 용액을 필요로 하는 탄수화물과 지방질 성분과 필요하면, 비타민, 무기질, 향미료 등을 병용하여 규정식 제품으로 건조하지 않고 만들수도 있다. 이것은 여러 가지 성분을 병용한다는 관점에서는 편리한 조작형태 일뿐 아니라 또한 이 조작은 용해도, 현탁도, 점도, 입맛과 유화액 안정성과 같은 개선된 기능적 특성이 있는 액체 규정식 제품을 얻게 된다.

본 발명 공정을 실시함에 있어, 추출온도, 추출 pH, 침전 pH, 침전온도 및 세척양 목적하는 결과를 얻는데 중요하다는 것을 알았다. 수율 또한 추출기간과 콩분말을 재추출하는 횟수에 의해서 영향을 받는다.

[실시예 1]

1kg의 탈지한 콩가루를 pH 9로 하여 16kg의 뜨거운 물에 슬러리하여 2분간 75℃에서 유지시킨다. 그다음 그 슬러리를 50-60℃까지 재빨리 냉각하고 10-30분 이상 추출한다. 불용성 부분을 원심 분리하여 단리시킨다.

상징액의 pH를 염산으로 pH 5.3으로 조절하고 침전되어 나온 녹지않은 단백질 응고물을 원심분리하여 단리시킨다.

그 다음 그 응고물을 pH 5.3-5.4와 50-60의 온도로 10-16kg의 물에 재현탁시켜서 한 번 세척한 다음 재원심 분리할 수 있다. 그 세척한 응고물을 모아서 그 상태로 분무 건조시킬 수 있거나 먼저 적절한 알카리로 중화시킨 다음 분무건조시킬 수 있다.

[실시예 2]

실시예 1의 공정을 6번 반복하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

[표 1]

a. 상업적 콩 단리물은 2-2.5%의 피틴산염 성분을 가지며 이 값은 본 발명의 콩단리물이 상업적 콩단리물에서 발견한 약 1-5%이 피틴산염 성분만을 가진다는 것을 예시하여 설명하는 것이다.

[표 2]

상기 데이터는 알루미늄 성분의 현저한 감소로 상대적으로 좋은 수율을 가지며 대체로 피틴산염이 없는 콩 단리물을 생성하기 위한 본 발명 공정의 능력을 명백히 입증한 것이다.

[실시예 3]

콩 단리물 시료를 다음 표에서 나타나 있는 바와 같이 추출온도 및 pH와 침전 pH를 다양하게 변경시켜서 실시예 1 의 공정에 따라 제조했다. 마무리된 콩단리물 중의 피틴산염%와 수율로 포함되어 있다.

[표 3]

상기 표시한 바와같이, 매우 낮은 피틴산염 성분은 콩단리물을 본 출원서에 설명한 실험 조건으로 제조할 때 이루어질 수 있다. 중간 범위의 피틴산염 성분은 본 출원서 기술중 몇가지를 채택하면 이루어질 수 있는데, 이를 테면 상업적 추출조건을 본 출원서 산 침전조건(시료 8)과 병용할때나, 또는 본 출원서의 단백질 추출조건을 전형적 침전 pH(시료 9)와 병용할때이다. 시료 10은 높은 피탄산염 성분을 가진 상업적 콩 단리물의 제조에 관한 전형적인 조건을 나타낸 것이다.