SIMON CORREA RAQUEL ADRIANA (MX)
| US5658714A | 1997-08-19 | |||
| US4088795A | 1978-05-09 | |||
| US4072670A | 1978-02-07 | |||
| US5993795A | 1999-11-30 |
| 1. | Una composición de proteína de ajonjolí caracterizada por con sistir en proteína substancialmente pura y substancialmente libre de impurezas químicas encontradas en forma natural en la smilla, obtenida a partir de harina desgrasada de ajonjolí. <BR> <BR> <P>2. Una composición de proteína de ajonjolí de acuerdo a la reivin dicación 1, caracterizada porque dicha harina desgrasada de ajon jolí se obtiene a partir de semillas descortezadas. <BR> <BR> <P>3. Una composición de proteína de ajonjolí, de acuerdo a la reivin dicaciones 1 y 2, caracterizada porque el descortezado de las se millas de ajonjolí se hace química o mecánicamente y preferible mente en forma mecánica. <BR> <BR> <P>4. Una composición de proteína de ajonjolí, de acuerdo a la reivin dicación 1, caracterizada porque se obtiene en estado líquido, en polvo, comprimida o peletizada. |
| 2. | 5Un proceso para extraer, aislar y purificar la proteína de ajonjo lí caracterizado por comprender los pasos de : a) Solubilizar harina de ajonjolí desgrasada en una mezcla de agua con un álcali para alcanzar vaiores de pH de entre 9 a 11, a una temperatura de 15 a 45° C, en constante agitación por un tiempo de entre 5 minutos hasta 2 horas. b) Separar la proteína solubilizada por filtración o centrifuga ción, cuidando obtener un rango de sólidos totales de 4 a 7% y en el rango de pH de entre 9 a 11. c) Concentrar la proteína solubilizada mediante membranas de ul trafiltración en un rango de temperatura de 25 a 45° C y una presión de entre 20 a 100 libras/pulgada cuadrada, mantenien do el rango de pH de 9 a 11, para obtener una concentración de sólidos totales de entre 12 a 17% sin rebasar los 20° Bx. d) Enfriar el concentrado de proteína en un intercambiador de ca lor bajando la temperatura a un rango de entre 5 a 15° C. e) Neutralizar ei concentrado de proteína enfriado hasta bajar el pH en un rango de entre 6.5 a 7.5, aplicando para ello un áci do. <BR> <BR> <P>6. Un proceso para extraer, aislar y purificar la proteína de ajonjo lí tal y como se reclama en la reivindicación 5, caracterizado por que incluye además la etapa de secar el concentrado y neutralizado para obtener un polvo aislado con al menos 90% de proteína (base seca). <BR> <BR> <P>7. Un proceso para extraer, aislar y purificar la proteína de ajonjo lí tal y como se reclama en la reivindicación 5, caracterizado por que puede incluir antes de la etapa de concentración, por lo menos un prefiltrado. <BR> <BR> <P>8. Un proceso para extraer, aislar y purificar la proteína de ajonjo lí tal y como se reclama en la reivindicación 5, caracterizado por que hasta antes del enfriamiento no debe rebasarse los 45° C de temperatura. <BR> <BR> <P>9. Un proceso para extraer, aislar y purificar la proteína de ajonjo lí tal y como se reclama en la reivindicación 5, caracterizado por que el álcali agregado en la etapa a) se selecciona del grupo que consiste de hidróxido de calcio, hidróxido de amonio, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, entre otros, y preferiblemente hidróxi do de sodio. <BR> <BR> <P>10. Un proceso para extraer, aislar y purificar la proteína de ajon jolí tal y como se reclama en la reivindicación 5, caracterizado porque desde la etapa a) hasta la etapa c), la relación de hari na/agua debe ser de 1 : 8 a 1 : 20, sólidos totales superior al 90%. <BR> <BR> <P>11. Un proceso para extraer, aislar y purificar la proteína de ajon jolí tal y como se reclama en la reivindicación 5, caracterizado porque en la separación se puede emplear cualquier equipo de se paración, seleccionado del grupo que consiste de filtroprensa, fil tro de placas, filtro rotatorio al vacío, centrífuga de canasta, cen trifuga decanter, centrífuga de platos, entre otros, usándose prefe riblemente una centrífuga decanter. <BR> <BR> <P>12. Un proceso para extraer, aislar y purificar la proteína de ajon jolí tal y como se reclama en la reivindicación 5, caracterizado porque las membranas usadas en la ultrafiltración, comprenden un limite de corte de 10,000 Daltons. para la concentración de las frac ciones proteínicas solubilizadas. <BR> <BR> <P>13. Un proceso para extraer, aislar y purificar la proteína de ajon jolí tal y como se reclama en la reivindicación 5, caracterizado porque para el enfriamiento se emplea un intercambiador de tubos, preferiblemente un intercambiador de placas, u otro. <BR> <BR> <P>14. Un proceso para extraer, aislar y purificar la proteína de ajon jolí tal y como se reclama en la reivindicación 5, caracterizado porque el ácido empleado en la etapa de neutralización, se selec ciona del grupo que consiste de ácido fosfórico, ácido acético, áci do clorhídrico, ácido cítrico, ácido nítrico, entre otros, y preferi blemente se emplea el ácido clorhídrico. <BR> <BR> <P>15. Un proceso para extraer, aislar y purificar la proteína de ajon joli tal y como se reclama en la reivindicación 5, caracterizado porque el secado se efectúa por aspersión, en un rango de tempe ratura de entrada de entre 180 a 260° C y una temperatura de sali da de entre 70 a 110° C. |
| 3. | 16 Un proceso para extraer, aislar y purificar la proteína de ajon jolí caracterizado por comprender las etapas de : a) Solubilizar harina de ajonjolí desgrasada en una mezcla de agua con un álcali para alcanzar valores de pH de entre 9 a 11, a una temperatura de 15 a 45° C, en constante agitación por un tiempo de entre 5 minutos hasta 2 horas. b) Separar la proteína solubilizada por filtración o centrifugación, cuidando obtener un rango de sólidos totales de 4 a 7% y en el rango de pH de entre 9 a 11. c) Ajustar el pH con un ácido, hasta llegar al pH 45 que es el rango del punto isoeléctrico de la proteína. d) Separar el precipitado y el clarificado por centrifugación. e) Ajustar los sólidos totales a un rango entre 15% y 20%. f) Enfriar el precipitado de proteínas en un intercambiador de calor bajando la temperatura a un rango de entre 5 a 15° C. g) Neutralizar agregando un álcali para llevarlo a un pH de entre 6.5 a 7.5. |
| 4. | El proceso según la reivindicación 16, caracterizado porque comprende además la etapa de secado para obtener un polvo aisla do con al menos 90% de proteína (base seca). |
| 5. | El proceso según la reivindicación 17, caracterizado porque el secado se efectúa por aspersión, en un rango de temperatura de entrada de entre 180 a 260° C y una temperatura de salida de entre 70 a 110° C. |
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Como es sabido el ajonjolí es un cultivo oleaginoso cuya semilla contiene una gran cantidad de aceite, razón por la cual se explota industrialmente para la extracción y comercialización del aceite contenido, dicho aceite es destinado para uso doméstico e indus- trial. El aceite puede comercializarse como aceite denominado cru- do, o como aceite denominado tostado, el primero siendo obtenido de las semillas crudas y el segundo extraído mecánicamente a par- tir de semillas tostadas de ajonjolí.
Las semillas del ajonjolí también se comercializan enteras o des- cortezadas, química o mecánicamente, destinadas para consumo humano como ingrediente de algunos productos alimenticios; puede
usarse en panadería, ya sea cruda, lavada o tostada.
Por el alto contenido de aceite tiene importancia y explotación agroindustrial ; pero se han hecho algunas investigaciones a partir de las cuales es posible obtener un mayor beneficio desde el punto de vista nutrimental y funcional de sus componentes, tal como su proteína.
Después de la extracción del aceite, la harina de ajonjolí desgrasa- da contiene aproximadamente 50% de proteína, por lo cual se usa primordialmente como ingrediente para la formulación de dietas pa- ra el sector pecuario.
La harina de ajonjolí con cascarilla desgrasada es poco atractiva para usarse en la alimentación humana porque además de proteína contiene otros componentes indeseables presentes en la cascarilla como el ácido oxálico y fítico ; algunos de estos componentes limi- tan su utilización para la manufactura de productos alimenticios porque reducen su valor nutrimental y funcional.
Sin embargo, el alto contenido de proteína en la harina desgrasada de ajonjolí, es altamente atractivo y por tanto se hace importante aislar esa proteína contenida.
Actualmente se ha logrado el aislamiento de la proteína de la soya y de chicharo, por lo que dichas proteínas y principalmente la pro-
teína de soya, se comercializan ampliamente.
Sin embargo, las composiciones, características y propiedades de las semillas y la proteína que estas contienen son muy distintas y por tanto el proceso de aislado en las diferentes semillas difiere.
Se sabe que las proteínas pueden precipitar a un pH determinado y específico, denominándose precipitación isoeléctrica, y a ese valor de pH, en el que las proteínas precipitan se denomina punto isoe- léctrico. Para que la precipitación se lleve acabo, es necesario so- lubilizar las proteínas en un medio específico de acuerdo a las pro- piedades de las mismas, para separarlas del resto de los compo- nentes y después llevarlas, por medio de un ajuste de pH, hasta el punto de precipitación isoeléctrica.
Pero para lograr solubilizar las proteínas es necesario realizar in- vestigación con el fin de poder determinar concentraciones de solu- tos, tipo de medio disolvente, tiempos de reacción, temperaturas, pH, etc.; al igual que para lograr obtener el punto isoeléctrico en el cual precipite la mayor cantidad de proteína. Los factores anterio- res, requieren de múltiples pruebas, estudios y análisis que conlle- van a una gran inversión de tiempo, dinero y personal.
Sin embargo, se sabe que la precipitación isoeléctrica de proteínas trae problemas como cambios en la estructura de la proteína y pue- de afectar la disponibilidad de nutrimentos y las propiedades fun-
cionales, El uso de la proteína de ajonjolí aislada se ve limitada por la difi- cultad con la que esta proteína se aísla.
Hasta antes de la presente invención, se han desarrollado a través de una serie de investigaciones a nivel laboratorio, diversas formas y procesos no eficaces, desde ei punto de vista industrial, que tie- nen como propósito aislar la proteína de ajonjolí para su caracteri- zación y para la determinación de su funcionalidad y de sus propie- dades nutrimentales.
De dichos estudios se desprende que la proteína de ajonjolí es al- tamente digerible cuando se encuentra aislada, por estar libre de factores antinutrimentales.
Se sabe también que la proteína de ajonjolí tiene un buen balance de aminoácidos azufrados, además el 85% de la lisina está disponi- ble.
Por las características y propiedades que representa la proteína de ajonjolí, es importante extraerla, aislarla y purificarla, a niveles industriales para hacerla disponible y accesible a la población con beneficios a la nutrición humana.
La presente invención se ha desarrollado después de múltiples pruebas, estudios, análisis e investigaciones, para lograr un proce- so a través del cual se pueda extraer y aislar la proteína de ajonjo- li a niveles industriales.
OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN La presente invención tiene como objetivo primordial hacer disponi- ble un proceso eficiente para la extracción, purificación y aisla- miento de proteína de ajonjolí a partir de la harina de dichas semi- llas en un medio acuoso.
Aún otro objetivo de la presente invención es hacer disponible la proteína de ajonjolí aislada con excelentes propiedades nutrimenta- les, funcionales y con buena digestibilidad.
Un objetivo más de la presente invención es hacer disponible la proteína de ajonjolí, que además pueda aplicarse como ingrediente y/o aditivo, importante en diversos tipos de alimentos para consumo humano, por ejemplo : en productos lácteos, productos aereantes, productos cárnicos, así como en productos de panificación, suple- mentos alimenticios, productos que requieran la propiedad de emul- sificación.
Otros objetivos y ventajas de la presente invención serán aparentes de estudio de la siguiente descripción y los dibujos que se acom-
pañan con fines exclusivamente ilustrativos y no limitativos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De manera general, el proceso para la extracción, aislado y purifi- cación de la proteína de ajonjolí, de conformidad con la presente invención, consiste en la extracción de la proteína de ajonjolí a partir de la harina del ajonjolí desgrasada, en un medio acuoso pa- ra su solubilización con un álcali a una temperatura específica, se- parada por filtración o centrifugación y concentrada posteriormente por medio de equipos de ultrafiltración o por precipitación isoeléc- trica, para después enfriarse y neutralizarse, y finalmente secarse; pudiendo omitirse este último paso y quedando en forma líquida.
El proceso se desarrolla de manera continua y en cada etapa de proceso se deben controlar los factores que influyen directamente en el rendimiento del proceso, como son la temperatura, el pH, la concentración y tipo de álcali, los sólidos totales, el tiempo de re- acción, y el tipo y concentración del ácido para la neutralización.
Las características fisicoquímicas principales de la proteína son la solubilidad a diferentes valores de pH y los pesos moleculares de las fracciones proteínicas solubilizadas.
Las características de solubilidad son útiles en la determinación de
las condiciones óptimas de extracción y purificación de las proteí- nas a partir de fuentes naturales. La solubilidad entonces, se rela- ciona con los cambios en las interacciones de los residuos hidrofó- bicos e hidrofílicos sobre la superficie de las proteínas ; esta solu- bilidad depende principalmente del pH, de la fuerza iónica, del tipo de solvente y de la temperatura, puesto que la solubilidad de las proteínas se ve marcada e irreversiblemente reducida cuando se involucra el calentamiento.
Como estudios importantes para el desarrollo del proceso, y par- tiendo de los conocimientos arriba citados, se realizaron curvas de solubilidad de la harina de ajonjolí desgrasada a diferentes valores de pH y temperaturas y a diferentes tiempos de reacción, a partir de los cuales se desprenden las condiciones óptimas de solubiliza- ción, el pH, la fuerza iónica, el tipo de solvente y la relación de harina/disolvente ideales para la solubilización de la mayor frac- ción proteínica evitando la desnaturalización de las mismas.
Una vez obtenido el solubiiizado (fracción clarificada) se lleva a cabo la separación de las proteínas para poder conocer el peso mo- lecular de las fracciones proteínicas ; lo anterior se realiza por me- dio del método SDS-PAGE (Electroforesis en gel de poliacrilamida con SDS). El análisis permite conocer si la proteína está desnatu- ralizada o hidrolizada y para conocer el peso molecular de las frac- ciones proteínicas.
También se observan diferencias en el perfil de proteínas solubili- zadas en función del pH y se pueden considerar tres grupos : 1. Proteínas solubles a un valor de pH 2 : tamaño de fracciones proteínicas entre 14 kDa y 33 kDa.
2. Proteins solubles a valores de pH de 3 a 6 : tamaño de frac- ciones proteínicas entres 25 kDa y 33 kDa.
3. Proteínas solubles a valores de pH de 7 a 11 : tamaño de fracciones proteínicas : tres < 14 kDa, dos de 22 kDa, tres de 33 kDa y cinco proteínas de pesos entre 45 y 60 kDa.
La determinación de los tamaños de las fracciones proteínicas de las proteínas solubilizadas, permitió determinar el peso molecular mínimo de las fracciones proteínicas que fue de 10 kDa, por consi- guiente, en el caso de concentración por ultrafiltración, se determi- nó la utilización de membranas de ultrafiltración con límite de corte de 10,000 Daltons.
Para una mayor solubilidad y concentración de la proteína, se parte de semilla de ajonjolí descortezada mecánicamente, la cual poste- riormente molida hasta obtener harina, misma que es desgrasada hasta un contenido de aceite de entre 0.5 a 2%.
El descortezado puede bien efectuarse en forma química, aunque se han visto mejores resultados en la extracción y aislado de la pro- teína si el descortezado se efectúa mecánicamente.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL INVENTO Los detalles característicos del proceso para la extracción, aislado y purificación de la proteína de ajonjolí, se muestra claramente en la siguiente descripción.
El proceso se desarrolla de manera continua y en cada etapa del proceso se deben controlarse los factores que influyen en el proce- so como son la temperatura, el pH, la concentración y tipo de álca- li, los sólidos totales, el tiempo de reacción, y el tipo y concentra- ción de ácido para la neutralización.
El proceso para la extracción, aislado y purificación de proteínas de ajonjolí, de conformidad con la presente invención, comprende las etapas de : Solubilización.-La harina de ajonjolí desgrasada procedente de semillas descortezadas mecánicamente, teniendo un contenido de aceite de entre 0. 5 a 2.0%, es sometida a un proceso de solubiliza- ción con agua más un álcali seleccionado del grupo que consiste en hidróxido de calcio, hidróxido de amonio, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, entre otros, preferiblemente hidróxido de so- dio; para obtener un valor de pH de entre 9 a 11.
En esta etapa, al mezclar el álcali con el agua se llega a un valor de pH de hasta 12, el cual debe bajar al agregar la harina desgra-
sada en un tiempo no mayor a 5 minutos, el tiempo de solubiliza- ción debe ser de entre 15 minutos hasta 2 horas, y a una tempera- tura de entre 25 a 45° C; el pH debe estar en el rango de 9 a 11.
La etapa de solubilización se lleva a cabo en constante agitación en un tanque con agitador que gira entre 60 y 200 rpm. <BR> <BR> <P>Separación. -Una vez terminado el tiempo de solubilización, la pro- teína solubilizada se separa de la pasta de harina mediante un pro- ceso de filtración o centrifugación, para la cual se puede emplear cualquier equipo de separación, seleccionado del grupo que consis- te de filtro-prensa, filtro de placas, filtro rotatorio al vacío, centrí- fuga de canasta, centrífuga decanter, centrífuga de platos, entre otros, usándose preferiblemente una centrífuga decanter.
El pH debe de mantenerse en el rango de 9 a 11 y el clarificado debe estar en el rango de 4-7% de sólidos totales, en tanto que la pasta residual debe de oscilar entre 20 a 22% de sólidos totales.
Concentración. -Una vez que se separa la proteína solubilizada, se somete a un proceso de concentración mediante membranas por ul- trafiltración usando membranas de ultrafiltración con limite de cor- te de 10,000 Daltons para la concentración de la proteína, en un rango de temperatura de 25 a 45° C y una presión de entre 20 a 100 libras/pulgada cuadrada. El pH debe mantenerse en el rango de 9 a 11.
En esta etapa los sólidos deben medirse con refractómetro sin que rebase los 20° Bx, para poder obtener un concentrado con 12 a 17% de sólidos totales. <BR> <BR> <P>Enfriamiento. -Una vez que se obtiene el concentrado de proteína, se somete a enfriamiento a través de un intercambiador de calor el cual se selecciona del grupo que consiste de intercambiador tubu- lar, intercambiador de placas, entre otros, bajándose la temperatu- ra a un rango de entre 5 a 15° C. <BR> <BR> <P>Neutralización. -Una vez enfriado el concentrado de proteína, se somete una neutralización para bajar el pH a un rango entre 6.5 a 7.5 mediante un ácido que se selecciona de grupo que consiste en ácido fosfórico, ácido acético, ácido clorhídrico, ácido cítrico, áci- do nítrico, entre otros, y preferiblemente ácido clorhídrico.
El concentrado hasta esta etapa se encuentra en estado líquido con un contenido de proteína mínimo de 90% (base seca), y puede llegar hasta esta etapa, pero también puede llevarse hasta un secado. <BR> <BR> <P>Secado. -Una vez ajustado el pH del concentrado, se somete a se- cado por cualquier método y preferiblemente por aspersión, en un rango de temperatura de entrada de entre 180 a 260° C y una tem- peratura de salida de entre 70 a 110° C obteniéndose un polvo ais- lado con al menos 90% de proteína (base seca).
A través de todo el proceso hasta antes del enfriamiento es impor- tante no rebasar los 45° C El proceso puede comprender antes de la etapa de concentración por ultrafiltración, al menos un prefiltrado con malla 100 y preferi- blemente dos prefiltrados, el último con malla 300.
Desde la solubilización hasta ia concentración, la relación hari- na/agua debe ser de 1 : 8 a 1 : 20.
En una modalidad, el proceso para la extracción, aislado y purifia- ción de proteínas de ajonjolí, consiste en las siguientes etapas : Solubilización.-La harina de ajonjolí desgrasada procedente de semillas descortezadas mecánicamente, teniendo un contenido de aceite de entre 0.5 a 2. 0%, es sometida a un proceso de solubiliza- ción con agua más un álcali seleccionado del grupo que consiste en hidróxido de calcio, hidróxido de amonio, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, entre otros, preferiblemente hidróxido de so- dio; para obtener un valor de pH de entre 9 a 11.
En esta etapa, al mezclar el álcali con el agua se llega a un valor de pH de hasta 12, el cual debe bajar al agregar la harina desgra- sada en un tiempo no mayor a 5 minutos el tiempo de solubilización debe ser de entre 15 minutos hasta 2 horas, y a una temperatura de entre 25 a 45° C, el pH debe estar en el rango de 9-11.
La etapa de solubilización se lleva a cabo en constante agitación en un tanque con agitador que gira entre 60 a 200 rpm. <BR> <BR> <P>Primera separación. -Una vez terminado el tiempo de solubiliza- ción, la proteína solubilizada se separa de la pasta de harina me- diante un proceso de filtración o centrifugación, para la cual se puede emplear cualquier equipo de separación, seleccionado del grupo que consiste de filtro-prensa, filtro de placas, filtro rotatorio al vacío, centrifuga de canasta, centrífuga decanter, centrífuga de platos, entre otros, usándose preferiblemente una centrífuga decan- ter.
El pH debe de mantenerse en el rango de 9 a 11 y el clarificado debe estar en el rango de 4-7% de sólidos totales, en tanto que la pasta residual debe de oscilar entre 20 a 22% de sólidos totales.
Concentración.-la concentración se efectúa por precipitación isoe- léctrica ajustando el pH de la solución con un ácido al punto isoe- léctrico (pH 4-5).
Segunda separación.-el precipitado se separa por medio de centri- fugación; una vez esto, los sólidos totales se ajustan. <BR> <BR> <P>Enfriamiento. -Una vez que se obtiene el concentrado de proteína, se somete a enfriamiento a través de un intercambiador de calor el cual se selecciona del grupo que consiste de intercambiador tubu-
lar, intercambiador de placas, entre otros, bajándose la temperatu- ra a un rango de entre 5 a 15° C. <BR> <BR> <P>Neutralización. -Una vez enfriado el concentrado de proteína, se somete una neutralización para subir el pH a un rango entre 6.5 a 7.5 mediante un álcali.
El proceso puede incluir además el secado preferiblemente por as- persión, en un rango de temperatura de entrada de entre 180 a 260° C y una temperatura de salida de entre 70 a 110° C, obte- niéndose un polvo aislado con al menos 90% de proteína (base se- ca).
El invento ha sido descrito suficientemente como para que una per- sona con conocimientos medios en la materia pueda reproducir y obtener los resultados que mencionamos en la presente invención.
Sin embargo, cualquier persona hábil en ex camp de la técnica que compete el presente invento puede ser capaz de hacer modificacio- nes no descritas en la presente solicitud, sin embargo, si para la aplicación de estas modificaciones en una estructura determinada o en el proceso de manufactura del mismo, se requiere de la materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichas estructuras deberán ser comprendidas dentro del alcance de la invención.