JP4663001B2 - 米糠タンパク質抽出物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は米糠から米糠タンパク質抽出物を製造する方法に係り、より詳しくは米糠を前処理し脱脂して脱脂米糠を製造する段階、製造された脱脂米糠からタンパク質を抽出する段階、及び抽出されたタンパク質を沈殿させて最終の乾燥米糠タンパク質抽出物を製造する段階を含んでなる米糠タンパク質抽出物の製造方法に関するものである。

全世界的にタンパク質素材の市場は約２兆円以上と予測されている。現在、多様な目的で食品産業などに利用されており、主に使用されるタンパク質素材は牛乳タンパク質、動物性タンパク質、卵黄タンパク質、ゼラチン、単細胞タンパク質、豆タンパク質、魚肉タンパク質、グルテン、その他の植物性タンパク質に区分されて広範囲な用途に使用されている。

このようなタンパク素材の用途は、その使用目的によって、栄養学的用途と、物性と関連する機能的用途の２種に区分できる。
まず、栄養学的用途として、最終製品にタンパク質またはアミノ酸の含量を高めることで、製品の全体的な栄養学的バランスまたは価値を高め、不足なタンパク成分を強化する目的で利用される。代表的な用途としては、粉ミルクまたは離乳食などの乳児食製品、または運動後の疲れ回復または体内栄養均衡を取るための各種健康機能性食品などがある。最近は、タンパク質摂取に対する関心が増大するにしたがい、各種の一般食品においてもタンパク質の含量を高めるために多様なタンパク素材を使用している趨勢にある。
また、機能的用途での使用とは、タンパク質が有する固有の物性的特性を製品に利用するためにタンパク質を使用することを意味する。一般に、タンパク質の特性を示す項目としては、水分／オイル吸収力、気泡生成／安定力、乳化力、ゲル形成能力などが主に使用される。

タンパク質のこのような特性によって、タンパク素材は製菓、製パン、肉加工、麺類、デザートなどの製品群に使用されており、最近は、タンパク素材の物性研究によってその用途が徐々に拡大している。
最近、タンパク質市場には大きなトレンドが観察されている。過去には主に動物性タンパク質素材を多く用いてきたが、最近は健康に対する消費者の関心度増加とともに狂牛病、口蹄疫、鳥類インフルエンザなどの動物性タンパク質ソースに対する警戒心が高くなるにしたがい、相対的により安定的な感じの植物性タンパク素材に対する関心が増大している。大豆タンパク質はこのような消費者の要求に応えながら、現在植物性タンパク素材のなかで最大の市場を形成している。しかし、大豆の原料的特性上、アレルギーのおそれとともに絶えず発生するＧＭＯイシューのため、多くの使用者がこのようなおそれを払拭させることができる新たな植物性タンパク素材に対する関心度が増加している実情である。

多様な植物性素材の中でも、米は量的には全世界５大穀物であって、供給量が豊かで、アレルギーがなく、絶対的なタンパク質含量は少ないが、その組成が優秀で良質のタンパクソースとして広く利用されている。
米のこのような優れた特性によって、最近、一部会社は、米を原料として米タンパク素材に対する開発と製品化を始めている。しかし、現在、米タンパク素材を製造する会社は、タンパク含量が少なくて価格の高い白米または玄米を原料として使用するため、原価競争力の確保が難しい問題点がある。このような原価上昇の問題を解決するために、既存の企業等は、原料中に多量含有されている澱粉質の利用が必須であり、このために高温の酵素処理によって原料から約９０％以上含有されている澱粉質を分離した後、残留物からタンパク質を回収する方式で製品を生産している。

しかし、前記のような高温の熱処理は、原料中に存在する大部分のタンパク質に深刻な変性を引き起こし、それ以上の物性的特徴を有することができないタンパク質のみを生成することになる限界点がある。このような技術的限界のため、現在生産されるすべての米タンパク質は高価の原料である白米または玄米を利用するにもかかわらず、品質的特性がたいへん悪くて機能的用途には適用することができない不完全なタンパク質製品のみを製造していることが従来の技術限界点である。
タンパク質は多様な物性的特徴がある物質であるが、製造工程中に外部条件によって容易に変性することができる敏感な食品素材である。一応、変性するか、タンパク質の結合が切れれば、それ以上タンパク質素材としての物性的特性は全然期待することができないため、多様な用途に適用可能な高品質タンパク素材の開発のためには、より画期的でありながら原価の面でも競争力を有する新製造技術の開発が切実であると言える。

玄米の精米中に発生する副産物である米糠は、高い栄養学的価値にもかかわらず、それ自体が持っている多様な高脂肪含量と多様な酵素、精米中に外部物質からの汚染によって酸敗及び腐敗が極めて早く進む特徴があり、精米中に玄米の重量の約１０％だけが米糠として提供される現実的問題のため、その間産業的活用価値が低くて、一部飼料用投入原料用や堆肥などとして使われるほかは、ほとんど捨てられてきたのが実情である。しかし、このような米糠は、脂肪が約２０％、タンパク質が約１６〜１８％の水準で、一般の白米や玄米の６％水準より約３倍以上多いタンパク質を含んでおり、各種ミネラルなどの栄養成分を多量含んでいるので、栄養学的にも非常に良い食品原料であると言える。
それにもかかわらず、今まで米糠からタンパク質を回収する技術は開示されておらず、また知られていなかった。

本発明の目的は、従来の方法で製造した変性した米タンパク素材とはまったく異なる物性的特徴を有する高品質タンパクの製造が可能であり、また従来の使用原料に比べ、１／４価格水準の米糠を原料として使用することにより、確実な原価競争力を有することができる、米の精米工程中に発生する高栄養副産物である米糠を原料として用いて、変性しない高品質、高純度のタンパク素材の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記方法によって製造された米糠タンパク質抽出物を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、米糠を原料として米糠ペレットを製造する段階；製造された米糠ペレットを乾燥させる段階；乾燥した米糠ペレットから米油を抽出して脱脂米糠を製造する段階；製造された脱脂米糠からタンパク質を抽出する段階；抽出後に得られた溶液からタンパク質を沈殿させて回収する段階；及び回収されたタンパク質を水で洗浄した後、中和させ、噴霧乾燥させて最終の米糠タンパク質抽出物を収得する段階を含んでなる米糠タンパク質抽出物の製造方法を提供する。

本発明による米糠タンパク質抽出物の製造方法をより具体的に説明すれば次のようである。
本発明の方法は、大別して、米糠前処理及び脱脂米糠の製造段階、製造された脱脂米糠からタンパク質を抽出する段階、抽出されたタンパク質を沈殿させて最終乾燥製品の形態に作る段階を含むことでなる。

米糠前処理及び脱脂米糠の製造段階は、不安定な米糠に含有されたタンパク質の変性を最小化しながら油抽出を実施して残油分含量を所望水準まで低めることで、タンパク質抽出原料として使用するのに適した脱脂米糠に作るもので、米糠のペレット化及び乾燥の後、乾燥米糠の重量の２〜４倍のｎ−ヘキサンを加えて循環油抽出を行って、残油分含量が５％、好ましくは３％、さらに好ましくは１％以下になるまで抽出を行い、６０℃以下の条件で残留ヘキサンを除去する工程である。このときに使用する油抽出／脱溶剤システムと設備によって、所要抽出時間は数時間ないし数日まで変わることができる。残油分含量が多すぎると最終の調製タンパク質の脂肪含量が高くなり、タンパク質の純度が低くなり品質劣化が起きる。残留ヘキサン除去温度が６０℃よりも高いと、タンパク質の変性が起き好ましくない。

製造された脱脂米糠からタンパク質を抽出する段階は、脱脂米糠の重量の４〜８倍の水を加水し、３０〜６０分間撹拌しながら水化させることで、粒子が均一に分散するように処理した後、２０〜５０℃の温度条件で１〜５Ｎの水酸化ナトリウム溶液を徐々に注入して最終ｐＨを８〜１０に一定に維持し、約３０〜６０分間タンパク質を抽出する。ただし、ｐＨ調節の際、水酸化ナトリウム溶液の注入速度をなるべく徐々に注入することが重要であり、溶液の急速注入は、製造されたタンパク質の色相を暗くする。水酸化ナトリウム濃度が高いと製造されたタンパク質の色が濃くなり、ｐＨ調整の際にタンパク質の一部が加水分解する。さらに、最終ｐＨが１０を超えるとリジノアラニンのような毒性物質が生じる。

タンパク質抽出後溶液を、常温で５，０００ｇ以上の条件で遠心分離して溶液と沈殿物を分離する。この際、分離された溶液中に製造しようとするタンパク質がとけていることになる。このようなに分離されたタンパク質溶液を、１０〜３０℃の温度条件で１〜３ＮＨＣｌ溶液によってｐＨ３〜５、好ましくは４〜５に調整し、１０〜３０分間反応させることで、溶液中のタンパク質を等電点沈殿させた後、５，０００ｇ以上の条件で遠心分離して沈殿タンパク質を得ることができる。高濃度の塩酸は物質を変性させるので望ましくない。タンパク質の沈殿をｐＨ４〜５で行うのは等電点を考慮したからである。ｐＨ４〜５の範囲外では沈殿効率が減少する。

このようにして得られた沈殿タンパク質に２〜５倍の水を加えて水洗を行った後、さらに遠心分離によって、きれいに洗浄された沈殿タンパク質を取得することになる。この際、水洗が完全でない場合は、最終製品で異臭が発生する可能性がある。
水洗が完了した沈殿タンパク質にさらに１〜２倍の水を加えた後、溶液状態に作り、この溶液に２Ｎ以下の水酸化ナトリウムを徐々に加えてｐＨ５〜７、好ましくはｐＨ６〜７に中和させる。

このように中和されたタンパク質溶液を、注入空気温度１５０〜１９０℃、背風温度７０〜１００℃、ノズル圧力１．２〜１．８ｂａｒで噴霧乾燥（アトマイザータイプの場合には、１０，０００〜２０，０００ＲＰＭ）を行うことで、最終的に乾燥したタンパク質製品を製造することになる。ただ、噴霧乾燥の際、過度な温度の上昇は製品の品質に直接影響を与えるので、温度設定に気を付けなければならない。注入空気温度が１９０℃を超えるとタンパク質の変性が生じる。

また、前記製造工程中、産業的にタンパク質溶液から溶液と沈殿物を分離するためには、デカンターと高速連続式遠心型分離器を併用する方法も可能である。
前記のように製造された米糠タンパク質抽出物は、粉末化した状態で食品中の各種タンパクまたはアミノ酸の栄養強化の目的、あるいはドレッシング、マヨネーズ、プディング、豆腐、乳児食、製菓、製パン用物性改良または品質改良の目的で各種食品に適用することができる。

このような本発明の方法は、米糠の優れた栄養学的特性にもかかわらず、酸敗の解決や安全性のための技術部材によって、低価の飼料用または堆肥用に付加価値なしに処分されて来た米糠を原料として用いて、米糠内に多量に存在する良質の油をタンパク質変性なしに抽出して米油として利用可能にするだけでなく、究極には米糠内に多量に存在する良質のタンパク質を抽出して、アレルギーがなく、ＧＭＯイシューから自由な差別的高品質のタンパク質素材を独創的に開発することができるようにする。

また、副産物として捨てられる多量の米糠資源に対する付加価値を付与するリサイクル方策を提示するとともに、差別的品質の新しい植物性米糠タンパク質素材によって、その間動物性タンパク質からの危険要素と各種ＧＭＯイシューまたはアレルギーからの危険を感じて来た消費者の要求に応える新製品を提供し、多様な分野への応用と適用によって消費者に良質のタンパク質原料を供給して社会的に新しい市場を創出することができ、さらに原価競争力を基盤にして新しい収益モデル化ができるようにする。

米糠ペレットの大きさは２〜１０ｍｍであり水分含量は１０％以下である。米糠ペレットの大きさが２ｍｍよりも小さいと乾燥工程で割れやすく割れたペレットは米糠油抽出装置の底を封鎖し、その結果、十分に抽出工程を行うことが不利になる。１０ｍｍを超えると溶媒に容易に接触し難く、その結果、抽出効率が減り米糠中の残留油量が多くなる。水分含量が１０％を超えると、抽出効率が落ち、ペレットの強度が弱くなるため多数の粒子ができ、その結果、抽出を行うことができなくなる。

以下、本発明の好適な実施例の構成及び作用効果について詳細に説明する。

１．米糠前処理及び脱脂米糠の製造
大韓民国内の農協精米工場と中国の大型精米工場から入手した水分１２〜１６％の新鮮な米糠をペレット形成機によって大きさ２〜１０ｍｍにペレット化させた。製造された米糠ペレットを、水分含量が１０％以下になるように乾燥させた。乾燥した米糠ペレットに重量対比２〜５倍のｎ−ヘキサンを加え、循環油抽出を実施し、残油分含量が３％水準になるまで米油を抽出した。６０℃以下の温度条件で残留ヘキサンを除去して脱脂米糠を製造した。

２．製造された脱脂米糠からタンパク質抽出
前記製造された脱脂米糠に重量対比４〜８倍の水を加水し、３０〜６０分間撹拌しながら水化させて、粒子が均一に分散するように処理した。ついで、２０〜３０℃の温度条件で３Ｎの水酸化ナトリウム溶液を徐々に注入しながら最終ｐＨを８〜１０に調整した後、一定に維持して約３０〜６０分間タンパク質を抽出した。

３．最終の米糠タンパク質抽出物の製造
タンパク質抽出の後、溶液を常温で５，０００ｇ以上の条件で遠心分離して溶液と沈殿物を分離する。このように分離されたタンパク質溶液を、１０〜３０℃の温度条件で１〜３ＮＨＣｌ溶液でｐＨ条件を３．５〜５．０に調整し、３０分以内に反応させて、溶液中にタンパク質を等電点沈殿させた後、５，０００ｇ以上の条件でさらに遠心分離して沈殿タンパク質を得た。収得した沈殿タンパク質に２〜５倍の水を加えて水洗した後、さらに遠心分離によって、きれいに洗浄された沈殿タンパク質を収得した。

水洗が完了した沈殿タンパク質にさらに１〜２倍の水を加えた後、溶液状態に作り、この溶液に２Ｎ以下の水酸化ナトリウム溶液を徐々に加えてｐＨ６〜７に中和させた。中和されたタンパク質溶液を、注入空気温度１５０〜１９０℃、背風温度８０〜１００℃、ノズル圧力１．２〜１．８ｂａｒの条件で噴霧乾燥して、最終の乾燥した米糠タンパク質抽出物を収得した。前記噴霧乾燥条件は、機器の処理容量またはタイプによってその条件は多様に変更可能である。

＜実験例１＞
前記実施例１で製造した米糠タンパク質抽出物の成分分析を実施し、その分析結果を表１に示した。

前記表１に示したように、本発明によって高純度（タンパク７０％）の米糠タンパク質抽出物の製造が可能であることが技術的に確認された。また、従来の脱脂米糠を利用した他の方法によって実験室で製造した純度は約４０％未満であった。

＜実験例２＞
本発明の方法で製造された米糠及び脱脂米糠と、他の会社が一般的に利用している原料である白米と玄米に対する成分組成比較を調査し、その結果を表２に示した。

前記表２に示したように、脱脂米糠原料のうち、タンパク質含量が白米の約３倍、玄米の２倍以上多いことが分析された。原料の価格において、白米が脱脂米糠の約４倍以上高いことに鑑みると、本発明のように脱脂米糠を利用してタンパク質を製造する場合、最大１２倍以上の原価競争力を確保することができると評価される。

＜実験例３＞
本発明によって製造された米糠タンパク質抽出物に対する物性的特性を分析した結果、及び海外製造社の他の米タンパク製品との特性比較表をそれぞれ表３及び表４に示した。

本発明によって製造されたタンパク質は、非常に高い乳化力、気泡生成力、気泡安定性を示すので、各種乳化機能が要求される食品（マヨネーズ、プディング、デザートなど）に適用可能であるだけでなく、タンパクが変性しないので、摂取の際、口内での感じが柔らかくて多様な食品への応用が可能である。しかし他社製品の場合には、変性によって物性的特性を全く示すことができないことが分かる。

その他にも、本発明の米糠を利用した食品用高純度タンパク素材の製造方法及びその方法によって製造された米タンパク質素材は多様に変形実施可能なもので、本発明の目的範囲を逸脱しない範疇内の変形実施例等はいずれも本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

本発明は、多様な目的の食品産業、つまり製菓、製パン、肉加工、麺類、デザートなどの製品群に適用可能である。

Claims (2)

1. 米糠を原料として米糠ペレットを製造する段階；
   製造された米糠ペレットを乾燥させて米糠ペレットの大きさが２〜１０ｍｍであり、水分含量が１０％以下とする段階；
   乾燥した米糠ペレットに２〜４倍のｎ−へキサンを加えて残油分１％以下に米油を抽出し、６０℃以下の温度で残油ｎ−ヘキサンを除去して脱脂米糠を製造する段階；
   製造された脱脂米糠に４〜８倍の水を加水して６０分以内で水化させた後、１〜５Ｎ水酸化ナトリウム溶液で２０〜５０℃の温度条件でｐＨを８〜１０に調整し、３０〜６０分以内で行う脱脂米糠からタンパク質を抽出する段階；
   抽出後に得られた溶液を分離し、分離されたタンパク質溶液を、１０〜３０℃の温度条件で３Ｎ以下のＨＣｌ溶液でｐＨを４〜５に調整し、溶解されたタンパク質を沈殿させ、これを遠心分離して溶液から分離して沈殿タンパクを収得し、収得した沈殿タンパクに２〜５倍の水を加え、攪拌及び遠心分離で再分離し、水洗して、異味、異臭を除去し、さらに水を加水して固形物含量を５〜２０％範囲に調整した後、４０℃以下の温度条件で２Ｎ以下の水酸化ナトリウム溶液でｐＨ５〜７に中和して中和タンパク溶液を収得する段階；及び
   得られた中和タンパク溶液を噴霧乾燥器によって、注入空気温度１５０〜１９０℃、背風温度７０〜１００℃、ノズルの液噴射圧力１．２〜１．８ｂａｒの条件で噴霧乾燥させて最終の米糠タンパク質抽出物を収得する段階；
   を含んでなる、米糠タンパク質抽出物の製造方法。
2. 請求項１の方法で製造され、タンパク質含量が６５〜８０％であることを特徴とする、米糠タンパク質抽出物。