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浓缩植物蛋白质悬浮液的方法

申请号 CN202280059123.5 申请日 2022-08-31 公开(公告)号 CN117881483A 公开(公告)日 2024-04-12
申请人 阿法拉伐股份有限公司; 发明人 L·林内特; J·马西克;
摘要 本 发明 涉及回收浓缩 植物 基 蛋白质 悬浮液的方法,其包括提供包括悬浮颗粒的植物基蛋白质悬浮液以及提供包括 框架 (23)、驱动部件(29)和离心机筒(20)的高速离心分离器(2)。驱动部件构造成使离心机筒相对于框架围绕旋 转轴 线旋转。离心机筒包围分离空间,其包括分离盘堆叠,且离心机筒包括用于接收植物基蛋白质悬浮液的入口(8)、用于分离的液体轻相的液体轻相出口(4)和用于分离的液体重相的液体重相出口(3)。液体重相出口和/或轻相出口布置成与液体流影响器件(6、12) 流体 连接。方法还包括将植物基蛋白质悬浮液供给到高速离心分离器的入口,使植物基蛋白质悬浮液分离为液体轻相和液体重相,该液体重相包括浓缩蛋白质悬浮液。方法包括通过借助于液体流影响器件影响排放流来使浓缩植物基蛋白质悬浮液作为液体重相通过重相出口去除。
权利要求

1.一种回收浓缩植物蛋白质悬浮液的方法,包括:
‑提供包括悬浮颗粒的植物基蛋白质悬浮液,
‑提供高速离心分离器(2),所述高速离心分离器(2)包括:
框架(23)、驱动部件(29)和离心机筒(20),
其中,所述驱动部件(29)构造成使所述离心机筒相对于所述框架(23)围绕旋转轴线(X)旋转,且
其中,所述离心机筒(20)包围分离空间(26),所述分离空间(26)包括分离盘(27)的堆叠,且
其中,所述离心机筒(20)还包括用于接收所述植物基蛋白质悬浮液的入口(8)、用于分离的液体轻相的液体轻相出口(4)和用于分离的重相的重相出口(3),且
其中,所述重相出口和/或所述轻相出口布置成与流影响器件(6;12)流体连接;且其中,所述方法还包括:
‑将所述植物基蛋白质悬浮液供给到所述高速离心分离器的入口,
‑将所述植物基蛋白质悬浮液分离为液体轻相和重相,所述重相包括所述浓缩植物基蛋白质悬浮液,
‑通过借助于所述流影响器件影响流来使所述浓缩植物基蛋白质悬浮液作为重相流通过所述重相出口去除。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,影响通过所述重相出口的流的步骤包括调整所述重相出口处重相的相对于所述液体轻相出口的反压,或反之亦然,且其中,所述流影响器件是流调节器件,所述流调节器件包括
3.根据权利要求1所述的方法,其中,影响通过所述重相出口的流包括借助于在所述重相出口处的被动的流调节器来被动地调节所述流。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述方法还包括
‑测量所去除的重相和/或液体轻相的至少一个参数,其中,所述参数与所述轻相中的重相的浓度相关,或反之亦然;以及
‑基于与所述浓度相关的所述参数来调整所述重相出口相对于所述液体轻相出口的反压,或反之亦然。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,包括在至少两个按顺序的离心分离步骤中浓缩所述植物基蛋白质悬浮液,其中,两个离心分离步骤中的一个在倾析式离心机中执行。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述离心分离的第一步骤在所述高速离心分离器中执行,且第二步骤在所述倾析式离心机中执行。
7.根据权利要求5所述的方法,其中,所述离心分离的第一步骤在所述倾析式离心机中执行,且第二步骤在所述高速离心分离器中执行。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述植物基蛋白质悬浮液通过溶解植物基蛋白质并通过析出所溶解的蛋白质以提供所述植物基蛋白质悬浮液来提供。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,通过向磨碎的植物基粗粉添加来溶解植物基蛋白质。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,通过向所溶解的植物基蛋白质添加酸或诸如乙醇之类的有机溶剂来析出所述植物基蛋白质。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在析出之后并在分离为液体轻相和液体重相之前,不向所述植物基蛋白质悬浮液添加盐。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在分离的步骤中的所述高速离心分离器是气密密封的。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,用于包括植物基蛋白质的悬浮液的植物基原材料包括低脂肪或高脂肪的植物基原材料,诸如豆类、油籽或谷物。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述植物基原材料包括低脂肪的原材料,所述低脂肪的原材料包括豆类,诸如黄豌豆、蚕豆、绿豆、兵豆、鹰嘴豆或其组合。
15.根据权利要求13所述的方法,其中,所述植物基原材料包括高脂肪的原材料,所述高脂肪的原材料包括油籽,诸如大豆、羽扇豆、向日葵、油菜籽籽、亚麻籽或其组合的油籽。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,从离心分离中收集的植物基蛋白质悬浮液和/或固体具有剪切稀化的表现。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法,包括在提供包括悬浮蛋白质颗粒的所述植物基蛋白质悬浮液之前对植物基原材料脱油。

说明书全文

浓缩植物蛋白质悬浮液的方法

技术领域

[0001] 本公开内容涉及如所附权利要求书中限定的浓缩植物基蛋白质悬浮液的方法。

背景技术

[0002] 全球人口连续地增长,从而增加对于蛋白质作为食物的需求。研究示出,到2050年之前,全球人口将达到几乎100亿—增加23亿人。结果,对于蛋白质的需求将增加50%,对应于每年超过2.56亿吨。同时,生产传统肉蛋白质所需要的可耕种土地和其它资源是有限的。这些是需要新解决方案的两个主要挑战,即,用减少的资源为增长的人口提供蛋白质。
[0003] 植物基蛋白质被认为是可应对这些挑战的一个解决方案。US2284700A公开一种制备复合大豆产物的方法,该方法包括用弱酸在与粗粉(meal)中的溶性球蛋白(globulin)蛋白质的等电点对应的pH下沥滤(leach)包含溶性蛋白质、水溶性水化合物、碱溶性球蛋白蛋白质、半纤维素、纤维素和不溶性醇溶谷蛋白(prolamine)蛋白质的大豆粗粉,使来自粗粉的碱溶性蛋白质溶解,通过倾析来从溶液中分离不溶性残余物和所析出的蛋白质的复合物,以及干燥因此形成的复合物。
[0004] 然而,在其中回收包括所析出的蛋白质颗粒的蛋白质悬浮液的现有过程中存在挑战。为从悬浮液中回收所析出的蛋白质,通常使用倾析式离心机。悬浮液中的一些植物基蛋白质颗粒非常轻并漂浮在液相中。这是由于颗粒与液相(主要是水)之间的密度差小。因此,存在关于细悬浮颗粒溢出到离心分离液(即,液体,其主要包括水且在蛋白质去除了之后离开倾析式离心机)的险。为消解该溢出,到倾析器的流率需要减小。因此,为跟上期望的产能,通常增加倾析式离心机的数量,增加倾析式离心机的数量是不期望的。
[0005] 因此期望提供浓缩蛋白质悬浮液的改进的高产能生产。发明内容
[0006] 考虑到上文提到的产能问题,存在一些尝试来增加用于获得浓缩蛋白质悬浮液的生产产能。然而,注意到,在不增加倾析器数量的情况下增加产能是具有挑战性的。此外,注意到不同的植物基蛋白质悬浮液具有不同的特性:蛋白质析出物或颗粒中的一些是软且庞大的,具有与重量成比例的大体积,且它们漂浮在悬浮液的液相中。此类悬浮颗粒比紧密的析出物更难以分离。已认识到该问题,尤其是当浓缩除了大豆之外的植物基蛋白质悬浮液时。当使用例如豌豆或绿豆作为蛋白质源时,悬浮液中的析出物可能变得软且庞大。因此,从蛋白质悬浮液中倾析和回收此类所析出的蛋白质可能是非常难以满足的,因为悬浮的蛋白质不容易压紧为可滚卷到倾析器外的沉积物。当倾析式离心机在滚卷出固体方面具有困难时,筒逐渐地填充满。在澄清的体积减小时,细悬浮颗粒到离心分离液中的溢出增加。因此,到倾析器的流率需要减小,且减小倾析器的产能。这继而导致在该过程步骤处使用许多并行的倾析器。
[0007] 具有包括盘堆叠的分离空间的高速离心分离器具有高产能,且可提供使材料分离成固相、液体重相和液体轻相的分离。植物基蛋白质处理系统可采用澄清器类型的排放离心机来用于残留细料的回收或用于乳清蛋白质(不在等电点处析出的白蛋白)在热凝固之后的二次回收。然而,连续排放3相的高速分离器未用于分离植物基蛋白质悬浮液。如上文描述的,在此类悬浮液中,蛋白质析出物可能在一些情况下是软且庞大的,且颗粒可能均匀地漂浮在悬浮液的液相中,且注意到难以在3相高速离心分离器中的液相与悬浮颗粒之间形成清楚的界面。另外,关于大豆和花生(groundnut)或其它油籽,由GB813434描述了其所析出的悬浮液趋于阻塞离心机的喷嘴,由此需要在分离之前添加盐。
[0008] 尽管教导远离根据本发明的用于植物基蛋白质分离的盘堆叠式高速离心分离器的使用,但发明人注意到可能使用特定类型的高速分离器来用于也从具有庞大且软的析出物的悬浮液中回收浓缩植物基蛋白质。浓缩悬浮液意指从其中至少部分地去除澄清液体的悬浮液。注意到此类悬浮液和析出物可能具有剪切稀化的特性,意味着随着剪切速率增加,粘度减小。然后惊讶地发现,可使用3相高速离心分离器,其具有器件来影响(即,主动地或被动地调节)通过重相出口的流,使得包括所析出的庞大蛋白质颗粒的浓缩蛋白质悬浮液通过重相出口输送,并且与悬浮液的澄清液体对应的液体轻相通过液体轻相出口输送。根据本发明的回收浓缩蛋白质悬浮液的新方法在所附权利要求书中进一步限定。
[0009] 影响流意指通过主动地或被动地调节流特性来影响流特性,诸如反压或移动(例如,层流湍流)特性。例如,可并入来主动地调节反压。备选地或另外,不同类型的被动涡流生成器件可用在分离器的流体通道中,例如,在分离器的重相出口处。
[0010] 因此,本发明涉及回收浓缩植物基蛋白质悬浮液的方法,该方法包括提供包括悬浮颗粒的植物基蛋白质悬浮液以及提供高速离心分离器,该高速离心分离器包括框架、驱动部件和离心机筒。驱动部件构造成使离心机筒相对于框架围绕旋转轴线旋转。离心机筒包围分离空间,该分离空间包括分离盘的堆叠,且离心机筒包括用于接收植物基蛋白质悬浮液的入口、用于分离的液体轻相的液体轻相出口和用于分离的重相的重相出口。重相出口和/或轻相出口布置成与流影响器件流体连接。方法还包括将植物基蛋白质悬浮液供给到高速离心分离器的入口,使植物基蛋白质悬浮液分离为液体轻相和重相,该重相包括浓缩蛋白质悬浮液。方法包括通过借助于流影响器件影响排放流来使浓缩植物基蛋白质悬浮液作为重相通过重相出口去除。
[0011] 影响通过液体重相出口的流的步骤可包括调整液体重相出口相对于液体轻相出口的反压,或反之亦然,且其中,液体流影响器件包括阀。阀可连接到其和/或轻相出口。
[0012] 其中可进行反压调整的适合的分离器的示例是其中轻相和重相两者通过相应的出口连续地送出的分离器布置。蛋白质悬浮液的浓缩发生在盘堆叠的盘之间。液相和浓缩蛋白质悬浮液通过相应的轻相和重相出口来泵送出。分离器可为气密密封的,且分离器的入口和分离器的出口两者是气密密封的。气密密封可为机械密封。可借助于分离器中的内置分界盘(paring disc)来实现泵送。此类分离器尤其适合用于包括庞大蛋白质析出物的悬浮液。该运输模式保证甚至细悬浮颗粒可流体动学地从机器中带出,且产生的g力保证蛋白质颗粒将积聚在周边处并将从那里引导到顶部盘且最终到重相出口。
[0013] 流影响器件可为流调节器件,其包括连接到重相出口和/或轻相出口的阀。重相出口可包括用于调整重相出口处重相的相对于液体轻相出口的反压的器件,或反之亦然。因此,可调整在轻相出口和重相出口两者上的反压。该工作原理从根本上既不同于其中固体从分离器筒的周边有规律地排放的澄清器类型的分离器,而且还不同于水平的倾析式离心机。
[0014] 备选地,重相出口可包括被动的流调节器,诸如涡流发生器、特斯拉阀和/或可影响或被动地调节流几何性质(geometry)和/或粘度的不同类型的喷嘴。US4311270中公开适合的类型的被动调节器的示例,US4311270示出分离器的出口中的涡流流体装置,其是影响通过重相出口的流的被动调节器。
[0015] 根据变型,方法还可包括测量所去除的重相和/或液体轻相的至少一个参数,其中,所述参数与轻相中的重相的浓度相关,或反之亦然;以及基于与浓度相关的参数来调整重相出口相对于液体轻相出口的反压,或反之亦然。以该方式,可控制从分离器排放的液体轻相中的重相的浓度,或反之亦然。可测量存在于液体轻相中的悬浮蛋白质颗粒的浓度。期望保持该浓度尽可能低。测量可手动地离线或在线(借助于自动传感器)执行。以该方式,分离可调节,以便最大限度地减小轻相中的固体含量,由此可最大限度地减小产物损失。浓缩的重相可包含较大含量的液体轻相,以最大限度地减小关于分离器堵塞的风险。
[0016] 方法可包括在至少两个按顺序的离心分离步骤中浓缩植物基蛋白质悬浮液,其中,两个离心分离步骤中的一个在倾析式离心机中执行。通过使用倾析式离心机,可增加分离的重相中的固体含量。
[0017] 离心分离的第一步骤可在高速离心分离器中执行,且第二步骤可在倾析式离心机中执行。高速离心分离器的使用可减小产物损失。另外,它可帮助增加倾析器的产能。以该方式,可在第一步骤中处理更大的固体体积。备选地,离心分离的第一步骤可在倾析式离心机中执行,且第二步骤可在高速离心分离器中执行。因此,高速分离器将需要更少排放且可甚至以更高的产能运行。
[0018] 植物基蛋白质悬浮液可通过溶解植物基蛋白质并通过析出所溶解的蛋白质以提供植物基蛋白质悬浮液来提供。可通过向磨碎的植物基粉料(flour)添加碱来溶解植物基蛋白质。可通过向溶解的植物基蛋白质的澄清溶液添加酸或有机溶剂(诸如乙醇)来析出植物基蛋白质。
[0019] 根据变型,在析出所溶解的蛋白质之前,可借助于机械分离来使溶解的蛋白质与不溶性杂质和/或油分离。以该方式,离心分离步骤中的固体负载可减小。
[0020] 根据变型,在析出之后并在分离为液体轻相和液体重相之前,不向植物基蛋白质悬浮液添加盐。在分离的步骤中的高速离心分离器可为机械气密密封的。从而可减少摄量,并提供卫生的过程。
[0021] 用于包括植物基蛋白质的悬浮液的原材料可包括低脂肪或高脂肪的植物基原材料,诸如豆类、油籽和谷物。原材料可包括低脂肪的原材料,其包括豆类,诸如黄豌豆、蚕豆、绿豆、兵豆、鹰嘴豆或其组合。备选地,原材料可包括高脂肪的原材料,其包括大豆和羽扇豆、向日葵、油菜籽籽、亚麻籽或其组合的脱脂油籽。原材料优选地不同于大豆基材料。此类原材料导致蛋白质悬浮液中的庞大/轻的析出物,且本方法尤其适合用于浓缩此类悬浮液。
[0022] 方法可包括在蛋白质提取之前对植物基原材料脱油。当原材料包括高脂肪的原材料时,脱油是尤其有利的。脱油或脱脂可在分级(即,蛋白质的析出)之前执行。
[0023] 参照附图更详细地描述关于本发明的另外的特征、方面和优点。

附图说明

[0024] 图1示意性地示出适合用于本公开内容的方法的高速离心分离器。
[0025] 图2示意性地示出高速离心分离器的示例。
[0026] 图3示出方法的示例性模式。
[0027] 图4示出方法的另一示例性模式。
[0028] 图5示出关于待浓缩的植物基蛋白质悬浮液的测量的颗粒尺寸分布。
[0029] 图6示出浆料(植物基蛋白质悬浮液)和固体两者的测量的剪切粘度

具体实施方式

[0030] 液体轻相和重相以及固体可通过使用离心分离器彼此分离,离心分离器包括倾析器和高速盘堆叠式分离器,也称为离心机和/或高速分离器。在本方法和系统中,倾析器和高速分离器两者可在过程的不同阶段中使用以实现所需要的分离结果。如果与例如通过施压来过滤相比,则离心分离是有利的,因为分离过程更快,它允许更有效地分离固体和液体,由于它使用离心力而不是通过过滤器中的开口施压产物,且它可通过CIP(就地清洁)来清洁,而过滤器通常不能。
[0031] 倾析器是使用离心力的分离器,且可将固体与一个或两个液相分离。倾析器可为所谓的二相(2相)或三相(3相)倾析器。通过利用与重力相比可超过3000倍大的离心力来执行分离。当待分离的材料经受此类力时,较致密的固体颗粒向外压靠旋转筒壁,而不太致密的液相沿着在旋转筒内侧的纵向延伸的中心旋转螺旋输送器形成同心的内层。在出口处使用不同的坝板或堰板来根据需要改变液体(池)的深度。由固体颗粒形成的沉积物由倾析器筒内侧的螺旋输送器连续去除,且螺旋输送器布置成以与筒不同的速度旋转。结果,固体逐渐地“”到池外并上到锥形“滩”。离心力压紧固体且排出过剩的液体。干燥的固体然后从筒排放。澄清的一个或多个液相溢出位于筒的相反端上的出口处的坝板。然后使分离的相引导到正确的流径中,以减小或防止交叉污染的风险。螺旋输送器的速度可使用变频驱动器(VFD)自动地调整,以便针对固体负载上的变化来调整。倾析式离心机可用来从具有高固体浓度的浆料或液体中去除大的颗粒,且还可能分离不同密度的两个液相。倾析器可具有适合用于以下液体的分离范围:液体包含按重量计超过例如5‑10%的固体。颗粒尺寸可等于或大于10微米。
[0032] 盘堆叠式分离器(也称为高速分离器)使用离心力来分离可具有比由倾析器分离的浆料更低的固体浓度的浆料,但可处理具有高固体浓度的浆料。高速分离器还可处理具有相对小颗粒尺寸的浆料。高速分离器适合用于分离两个液相以及固相,且它们可构造为三相分离器或二相分离器。不同类型的高速分离器可用于具有不同固体含量的液体。例如,与间歇排放固体的排放类型的离心分离器相比,连续排放的喷嘴离心机可处理更高的固体负载。颗粒尺寸可在0.1微米(μm)与150微米之间。包括盘堆叠的高速离心分离器适合用于分离两个液相以及固相,且分离技术可基于液/固相的不同密度。高速或盘堆叠式分离器使用机械力来使具有不同密度的液体和固体彼此分离。分离器筒的快速旋转提供离心力或称为G力的引力,其可具有与重力的力相比至多10000倍大的效果。G力然后用来精确且速度地将液体与其它液体和固体分离,且分离可控制。通过增加分离器筒中的分离区域,筒内的盘堆叠有助于更高的分离效率。浓缩在筒的外边缘处的固体连续地、间歇地或手动地(取决于特定应用中涉及的固体的体积)排放。高速分离器可为气密密封的。例如,它可在入口和出口两者处气密密封,由此,卫生的分离可设有减少的摄氧量。存在基本三种类型的高速分离器:澄清器、净化器和浓缩器。澄清器是可用于固/液分离的离心分离器,在该离心分离器中固体(诸如颗粒、沉积物、油、天然有机物和颜料)与过程液体分离。澄清的过程液体可由澄清器提供。净化器是用于液‑液‑固分离的离心分离器,在该离心分离器中不同密度的两个液体和固体可彼此分离。例如,水、油和细料可彼此分离。使用净化器,轻液相典型为意在清洁的大的级分。浓缩器是设计成分离三个不同的相(一个固相和不同密度的两个液相)并清洁最致密/最重的液相的离心分离器。
[0033] 在根据本公开内容的方法中,植物基原材料是可食用的含蛋白质材料。原材料可为例如豆类、油籽或谷物。豆类或油籽中的一些可具有按重量计超过10%的脂肪含量,其在本文中称为高脂肪含量。在提供蛋白质悬浮液之前,可从原材料中去除脂肪中的至少部分。具有高脂肪含量的原材料的示例包括大豆、向日葵、油菜籽、棉籽、羽扇豆和亚麻籽的油籽,但不限于此。也可使用这些原材料的组合。备选地,原材料可为豆类或谷物,其可具有按重量计10%或更少的脂肪含量,本文中将其称为低脂肪含量。具有低脂肪含量的原材料的示例是黄豌豆、蚕豆、绿豆、兵豆和鹰嘴豆,但原材料不限于此。也可使用这些原材料的组合。
[0034] 可以不同的方式提供根据本公开内容的方法浓缩的包括悬浮蛋白质颗粒的植物基蛋白质悬浮液。首先,植物基原材料可呈蛋白质粗粉或粉料的形式提供。蛋白质粗粉或粉料的脂肪含量可减小。粗粉或粉料可通过本领域中已知的任何适合的方法来提供。粗粉可与水混合,且植物基蛋白质可溶解,且在非溶性/非蛋白质的组分去除之后,蛋白质析出至细颗粒悬浮液。
[0035] 悬浮液意指液体中精细分布的固体颗粒的非均质混合物。颗粒不溶解在液体中。固体颗粒可均匀地漂浮在液体各处。
[0036] 根据示例,可通过向磨碎的植物基粗粉(其可作为水性混合物提供)添加碱来溶解植物基蛋白质。碱可为例如碱金属氢氧化物,诸如氢氧化钠(碱液)。可通过向包括溶解的植物基蛋白质的溶液添加酸或有机溶剂来析出植物基蛋白质。酸可为无机酸(诸如盐酸)或有机酸或有机溶剂(诸如乙醇)。酸可为弱酸。可在与粗粉中的碱溶性蛋白质的等电点对应的pH下添加酸。如果所析出的溶解蛋白质的水平足够,则可使用其它已知的方法来提供植物基蛋白质悬浮液。
[0037] 根据本方法,提供一种回收浓缩植物基蛋白质悬浮液的新方法。在方法中,使用包括框架、驱动部件和离心机筒的高速离心分离器来浓缩蛋白质悬浮液。驱动部件构造成使离心机筒相对于框架围绕旋转轴线旋转。离心机筒包围分离空间,其包括分离盘的堆叠、用于接收植物基蛋白质悬浮液的入口、用于分离的液体轻相的液体轻相出口以及用于作为重相的分离的浓缩蛋白质悬浮液的重相出口。高速离心分离器可包括用于分离的固相的排放的至少一个淤泥或固体出口。固体出口布置在离心机筒的周边处。排放可间歇地进行。
[0038] 本方法中使用的高速离心分离器包括与重相出口和轻相出口中的任一者或两者流体连接的流影响或调节器件。流影响器件意指构造成调节在出口处的分离的流体的流特性的装置。例如,主动类型的装置可用来调节出口的反压,其示例是阀。也可使用被动类型的装置,例如自调节涡流喷嘴,其影响在出口处的流的线性度。
[0039] 根据本方法,植物基蛋白质悬浮液供给到高速离心分离器的入口且分离为液体轻相和重相,该液体轻相包括悬浮液的澄清液相,该重相包括具有蛋白质颗粒的浓缩蛋白质悬浮液。在方法中,使浓缩植物基蛋白质悬浮液作为重相通过重相出口去除是可能的,因为借助于液体流影响器件影响通过相应出口的去除或排放,使得可推动悬浮颗粒通过重相出口。同时,通过轻相出口去除的液体轻相优选地不包含或仅包含少量的悬浮蛋白质颗粒,诸如按体积计小于2%。
[0040] 将参照附图通过以下描述来进一步示出根据本公开内容的方法中可使用的高速分离器。
[0041] 图1示意性地示出可在用于浓缩植物基蛋白质悬浮液的本方法中使用的类型的高速离心分离器。方法可为连续的或分批(batch)的方法。植物基蛋白质悬浮液由泵经由入口管7供给到高速离心分离器2,该高速离心分离器可为机械气密密封的。供给物从下方居中地引入,即,分离器是底部供给的,且经由入口8进入分离器中的分离空间。下文关于图2公开分离器2的工作原理的更详细的描述。
[0042] 在分离器2中处理之后,包括颗粒植物基蛋白质的悬浮液分离为重相和液体轻相,该重相包括浓缩悬浮植物基蛋白质。重相包括悬浮颗粒,且它具有比液体轻相更高的密度。尽管包括悬浮颗粒的浓缩悬浮液在该申请中描绘为重相且澄清的液相描绘为轻相,密度差可能非常小。因为在离心分离期间产生g力,可保证蛋白质颗粒将积聚在离心机筒的周边处并从那里引导到顶部盘和重相出口。
[0043] 重相经由重相出口3从分离器中去除。澄清的轻相经由液体轻相出口4去除。重相出口3包括出口管3a,该出口管3a使出口3流体连接到调节阀6,该调节阀6构造成通过适当地调节出口3相对于液体轻相出口4的反压来影响或调节通过出口3的流。以类似的方式,液体轻相出口4包括出口管4a,该出口管4a使出口4流体连接到调节阀12。调节阀对应于流影响器件,且构造成适当地调节轻相出口4相对于液体重相出口3的反压。
[0044] 阀的调节可通过轻相的实验室转动测试来确定。如果蛋白质颗粒的体积损失超出预先限定的体积损失(例如超过1%),则借助于阀来调整在重相和/或轻相处的反压。采样可手动地进行,例如通过采取手动地采取样品,转动样品,并然后按体积%计来评估悬浮颗粒的含量。然后基于轻相中的悬浮颗粒的含量来调节反压。含量应尽可能低,以最大限度地减小产物损失且保证重相的最高的可能浓度。采样也可通过使用与出口3和/或4中的任何进行连接的适合的传感器自动地执行。测量的液相的特性可为在线的,且测量值可发送到控制单元,该控制单元使测量值与参考值比较,以及取决于比较,由调节阀6、12调整出口中的一个相对于其它出口的反压。
[0045] 通过调节阀6,通过改变阀的打开程度来调整出口3的反压。以该方式,径向地调整在分离器中的分离的重相与轻相之间的界面水平。因此,阀6的打开程度确定反压,且通过调节阀6,可改变或控制存在于分离的重相中的悬浮蛋白质的含量。通过调节阀6和12使得调整重相出口和轻相出口处的反压,可调整轻相与重相之间的体积分配(split)。通过调整在重相出口和轻相出口中的每个处的反压,调整体积分配,使得限制悬浮蛋白质至轻相的损失。目标是同时最大限度地增加重相中的悬浮蛋白质的浓度,而它仍可在不阻塞出口的情况下从重相出口压出。
[0046] 此外,与调节阀6相比,流量变送器11可布置在管3a上的下游。流量变送器11测量通过出口管3a的流。流量变送器可用来有助于检测其中分离器筒受悬浮液堵塞的情况。流量变送器可用来自动地控制,在控制阀6上有改变时改变通过出口管3a的流。
[0047] 由GB1111557公开用于在本发明中使用的适合的分离器类型。图2中描绘适合用于根据本发明的方法的离心分离器的另一示例。
[0048] 离心分离器2包括转子20(筒),其布置成用于借助于心轴22来围绕旋转轴线X旋转。心轴22在底部轴承24和顶部轴承25中支承在离心分离器的框架23中。筒20在它自身内形成分离室26,在该分离室26中在操作期间发生悬浮植物基蛋白质的离心分离。离心分离器可为具有闭合的分离空间26的气密密封类型的,即,旨在使分离空间26在操作期间用液体填充。这意味着,不意在使空气或自由液体表面存在于筒中。分离器可包括在入口和/或出口处的气密机械密封件。分离空间26设有锥形分离盘27的堆叠,以实现流体的有效分离。截头锥形分离盘27的堆叠是表面扩大插入件的示例。这些盘27居中地且与转子同轴地适配,并包括孔,其当分离盘27适配于离心分离器中时形成用于液体轴向流的通道。
[0049] 用于引入包括植物基蛋白质的悬浮液以用于离心分离的入口8延伸到筒中,向分离空间26提供待分离的材料。入口8延伸通过心轴22,该心轴22采取中空的管状部件的形式。从底部引入液体材料提供液体的温和加速。入口8进一步连接到入口管7,包括待分离的植物基蛋白质的悬浮液借助于泵31来泵送到该管中。
[0050] 转子具有从它延伸的液体轻相出口4,其用于从悬浮液中分离的较低密度的组分。用于浓缩蛋白质悬浮液的重相出口3布置在轻相出口的径向外侧。出口3和4延伸通过壳体
23。空间31由在顶部上的密封件32和在底部处的密封件32'密封。转子在它的外周边处设有一组径向的固相出口28,其呈能间歇地打开的出口的形式,这些出口用于例如包括植物基蛋白质的悬浮液中的固体和/或较高密度组分的排放。该材料因此从分离室26的径向外部排放到转子周围的空间31。
[0051] 离心分离器2进一步设有驱动达29。该马达29可例如包括静止元件和可旋转元件,该可旋转元件包绕心轴22且如此连接到心轴22使得在操作期间它使驱动转矩传送到心轴22并因此传送到筒20。驱动马达可为电动马达。此外,驱动马达29可由传送器件连接到心轴22。传送器件可呈蜗轮的形式,该蜗轮包括小齿轮和连接到心轴来接收驱动转矩的元件。备选地,传送器件可采取螺旋桨轴、传动带等的形式,且备选地,驱动马达可直接连接到心轴。
[0052] 离心分离器还可包括呈旋流器形式的容器30,该容器30连接到空间31并适于聚集来自固体出口28的固体和液体。聚集容器30进一步连接到呈淤泥泵形式的排放装置,以用于排放存在于聚集容器中的固体和液体。淤泥泵设有止回阀功能,其防止经由淤泥泵流回到容器中。
[0053] 在图2中的分离器的操作期间,由从驱动马达29传送到心轴22的转矩来促使转子20旋转。经由入口8,包括植物基蛋白质颗粒的悬浮液带入到分离空间26中。在气密类型的入口中,液体悬浮液的加速在小半径处开始,且在液体离开入口并进入分离空间26时逐渐地增加。悬浮液中的不同相(即,与轻相对应的澄清液体和包含悬浮颗粒的重相)在适配于分离空间26中的分离盘27之间分离。悬浮的蛋白质在分离盘之间径向向外移动,而悬浮液的澄清液体在分离盘之间径向向内移动并被迫通过出口4,该出口4布置在分离器中的径向最内部的水平处。浓缩悬浮液可具有较高的密度,且改为被迫通过出口3离开,该出口3处于比出口4的径向水平更大的径向水平处。因此,在分离期间,可在分离空间26中形成浓缩悬浮液与悬浮液的澄清液体之间的界面。顶部盘可用来使浓缩蛋白质悬浮液导引到分离器外,该顶部盘具有与盘堆叠中的其它盘相比不同的尺寸且该顶部盘可具有比其它盘更大的半径。备选地,可使用具有内置分界盘的分离器。该界面水平的径向水平(即,距旋转轴线X的距离)在气密的分离器中可由分离器的出口3和4的反压来确定。固体中的一些还积聚在固相出口28内。通过打开固体出口28,固体从分离空间间歇地排空,于是固体和一定量的流体借助于离心力来从分离空间排放。经由固体出口从分离空间排放的固体从包绕空间31输送到与其连接的聚集容器30,在该聚集容器30中固体积聚且它由淤泥泵从该聚集容器30泵送出。
[0054] 图3和图4示出方法的示例性模式,其中,未浓缩的蛋白质悬浮液F供给到储箱110。悬浮液F然后借助于泵111来从储箱110供给到第一分离步骤。
[0055] 在图3中,第一分离步骤在倾析式分离器101中执行。悬浮液F因此首先泵送到倾析式分离器101中的分离步骤,该分离器布置在高速分离器103的上游。在倾析器101中,通过离心力分离蛋白质悬浮液,使得悬浮蛋白质120的一部分在倾析器的固体出口处收获,且仍包含悬浮颗粒的液相160借助于泵113来从倾析器101泵送到高速分离器103。澄清的轻相130收集在储箱115中。重相140与从高速分离器103的筒周边排放的任何固体物质150一起可直接地或经由供给物储箱110(如图3中示出的那样)供给回到倾析器101。
[0056] 在图4中,第一分离步骤在高速分离器中执行,且蛋白质悬浮液F因此首先供给到高速分离器103。澄清的轻相130收集到储箱115中。包括固体150中的悬浮蛋白质和排放蛋白质的重相140借助于泵113泵送到倾析器101。在倾析器101中离心分离之后,收集悬浮蛋白质120,且仍包含悬浮颗粒的液相160返回到储箱。
[0057] 示例
[0058] 预处理以获得悬浮液
[0059] 通过使黄豌豆的去皮粉料与水混合来制备浆料。通过添加碱液来使所得到的浆料的pH修改成高于7的pH值,其加速蛋白质溶解。在pH调整之后,提供30‑60分钟的驻留时间来为提取水溶性蛋白质提供时间。
[0060] 一旦提取完成,所得到的浆料就将泵送到离心分离单元,诸如倾析器、水力旋流器(hydrocyclone)等,其中,包括淀粉和纤维的悬浮颗粒从包括溶解的蛋白质的液体中去除。
[0061] 来自先前步骤的澄清液体收集到搅拌储箱中,其中,用酸的配量来将pH降低到蛋白质的等电点。pH上的减小使蛋白质的溶解度降低,且促使它们析出到溶液外。从而提供包括来自黄豌豆的植物基蛋白质的悬浮液。
[0062] 悬浮液特性
[0063] 颗粒尺寸分布
[0064] 由Malvern Mastersizer 2000(其为激光衍射仪器)测量悬浮黄豌豆蛋白质的颗粒尺寸分布。进行了三次测量,且图5示出结果。可看到,悬浮液包括细颗粒,其中,d(0.1):0.089μm,d(0.5):0.286μm以及d(0.9):1.779μm。
[0065] 剪切粘度
[0066] 由流变仪对浆料(悬浮液)和对从以3000rpm达10min的离心分离中收集的固体两者测量剪切粘度。测量由Malvern Kinexus Lab+流变仪执行,且剪切粘度测量序列来自流变仪rSpace软件。测量的目的是查看浆料和固体是否具有剪切稀化的性质。
[0067] 以剪切速率斜变序列使用锤和杯几何性质来测量浆料。以剪切速率斜变序列使用锯齿板几何性质来测量固体。为了固体的进一步的流表征,还以并行板和间隙速度0.5;2和4mm/s(豌豆蛋白质HP;豌豆蛋白质HP SqF0.5;2;4mm/s)应用挤压流序列。
[0068] 图6中呈现浆料(豌豆蛋白质浆料或悬浮液)和固体两者的剪切粘度。可从图6看到,浆料和固体两者示出剪切稀化的表现。
[0069] 对比测试
[0070] 用如上文描述的那样制备的植物基蛋白质悬浮液来执行对比测试。
[0071] 在测试中,0.5%的体积固体含量是关于轻相(即,来自高速分离器和倾析式分离器两者的悬浮液的澄清液相)的目标值。包括120l/h固体的供给物体积可在倾析器中处理,而包括700l/h固体的供给物流可在Alfa Laval 高速分离器中处理。这意味着,在获得相同低含量(0.5%体积)的轻相中悬浮颗粒且不发生机器堵塞时,高速分离器的体积产能是与倾析器的体积产能相比的5.8倍大。
[0072] 植物基蛋白质分离测试的结论
[0073] 对黄豌豆的中试规模的测试示出,Alfa Laval 高速分离器可收获蛋白质析出物并递送具有非常低含量的悬浮颗粒的轻相。
[0074] 高速分离器因此是用于分离悬浮植物基蛋白质的可行的技术,因为悬浮颗粒由于它们的物理化学性质可推动到重相出口。这使得能够以连续的重液体流运行高速分离器(HSS),因此允许以通常被认为是对于HSS来说过高的供给物浓度供给机器。机器仍具有固体排放能力,其用来维持机器的稳定,因为在周边中将存在杂质积聚。与其它类型的HSS机器(诸如澄清器)相反,排放不是预期的分离方法。
[0075] 与倾析式离心机相比,Alfa Laval 高速分离器展现在类似或改进的轻相质量的情况下的更高的体积产能。这允许将Alfa Laval 高速分离器用作在倾析器之前的预浓缩器或用作在倾析器之后的轻相清洁器。用该组合,可能使用更少的倾析器并具有在总体过程内的蛋白质的总体更高的回收。