Método y sistema para solubilizar proteína.

Un método para solubilizar proteína que consiste en:

aplicar un álcali a una fuente de proteína para formar una suspensión;

calentar la suspensión a una temperatura suficiente para permitir la hidrólisis dela proteína en la fuente de proteína con el fin de obtener un líquido de reacción;

mantener el líquido de reacción a una temperatura elevada que varía entre 75 y250 °C durante un periodo de tiempo que varía entre 1 segundo y 5 horas paradestruir todos o casi todos los priones en el líquido de reacción;

separar los sólidos del líquido de reacción:

neutralizar el líquido de reacción con ácido o una fuente de ácido paraproducir líquido neutralizado;

concentrar el líquido neutralizado para producir líquido concentrado y agua;

y

devolver el agua a la suspensión antes o durante el paso delcalentamiento.

CAMPO DE LA INVENCIÓN [0001] La presente invención hace referencia a un proceso para solubilizar proteína,

concretamente proteína de fuentes en las cuales la proteína no se solubiliza de inmediato. Algunos modos de realización presentan un proceso para destrozar priones en una proteína solubilizada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La creciente población mundial ha aumentado las necesidades alimentarias de forma drástica durante las últimas décadas, llevando a una mayor demanda de fuentes de proteínas para animales domesticados. El aumento de población también genera un aumento en la cantidad de residuos que pueden ser una fuente valiosa para producir pienso para animales.

Los procesos para la solubilización de proteína a partir de fuentes biológicas son útiles para convertir la proteína de residuos en fuentes de proteína valiosas. Por consiguiente, se ha desarrollado anteriormente un buen número de tales procesos. Algunos procesos funcionan solo con proteínas que se solubilizan fácilmente. Otros han sido diseñados para mejorar la solubilización de proteína a partir de fuentes en las que la proteína no se solubiliza fácilmente, tal como plumas de pollo. [0004] Los tratamientos termoquímicos fomentan la hidrólisis de materiales ricos en proteínas, separando polímeros complejos en moléculas más pequeñas, mejorando su digestibilidad y generando productos que permiten que los animales puedan cumplir sus necesidades de mantenimiento, crecimiento y producción con menos pienso en total. [0005] Un proceso anterior para la solubilización de proteína en plumas de pollo conlleva un tratamiento con vapor. En este proceso las plumas se tratan con vapor para hacer harina de plumas. El proceso solo aumenta ligeramente la solubilidad o digestibilidad de la proteína en las plumas.

Otro proceso anterior conlleva un tratamiento ácido de fuentes de proteína. El tratamiento hidroliza los aminoácidos, pero las condiciones son normalmente tan duras que muchos aminoácidos se destruyen. Las condiciones ácidas también estimulan la formación de enlaces disulfuro en lugar de la destrucción de dichos enlaces, lo que ayudaría a la solubilidad.

Además, las condiciones en sistemas previos pueden no ser adecuadas para la destrucción de priones en la fuente de proteína original. [0008] WO2004/043159A1 describe un proceso para solubilizar proteína que incluye la aplicación de un álcali, tal como cal, y el calentamiento. El proceso puede conllevar también la recuperación de la cal y puede conseguirse en una única fase o en dos fases para separar la proteína solubilizada de las fuentes lábiles y recalcitrantes. También participan sistemas y dispositivos para usarse en un proceso como tal, que incluyen un reactor continuo de tanque agitado y un reactor de flujo de pistón. WO89/11797A1 describe un método y un sistema para la hidrólisis continua de material queratinoso. El sistema incorpora un depósito alargado para hidrólisis bajo la presión y temperatura adecuadas que se establece por inyección de vapor directa a través de las válvulas de inyección, por las que la masa del producto se calienta, se fluidiza y se agita de una vez y a la vez. [0009] De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención se presenta un método para solubilizar proteína que consiste en:

aplicar un álcali a una fuente de proteína para formar una suspensión; calentar la suspensión a una temperatura suficiente para permitir la hidrólisis de la proteína en la fuente de proteína con el fin de obtener un líquido de reacción; mantener el líquido de reacción a una temperatura elevada que varía entre 75 y 250 °C durante un periodo de tiempo que varía entre 1 segundo y 5 horas para destruir todos o casi todos los priones en el líquido de reacción; separar los sólidos del líquido de reacción; neutralizar el líquido de reacción con ácido o una fuente de ácido para producir un líquido neutralizado; concentrar el líquido neutralizado para producir líquido concentrado y agua; y devolver el agua a la suspensión antes o durante el paso de calentamiento.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención se presenta un sistema para solubilizar proteína que comprende: un medio de reacción operativo para hacer reaccionar una fuente de proteína y un álcali para producir un líquido de reacción; un medio de retención operativo para retener el líquido de reacción a una temperatura elevada que varía entre los 75 y los 250 °C durante un periodo de tiempo que varía entre 1 segundo y 5 horas para destruir todos o casi todos los priones en el líquido de reacción; un medio de separación sólido/líquido operativo para separar sólidos del líquido de reacción; un medio de neutralización operativo para permitir la adición de ácido al líquido de reacción y producir un líquido neutralizado;

un medio de concentración operativo para concentrar el líquido neutralizado y

para producir un líquido concentrado y agua;

un medio operativo para pasar agua desde el medio de concentración al medio de reacción; y

al menos un medio de intercambio de calor operativo para intercambiar el calor de proceso. [0011] La presente invención incluye un proceso innovador para la solubilización de proteínas. El proceso generalmente conlleva suministrar un álcali, como la cal, a una fuente biológica para producir una suspensión. La proteína en la suspensión se hidroliza para producir un producto líquido. La suspensión puede calentarse para ayudar en el proceso de hidrólisis. Puede resultar un residuo sólido. Este residuo puede ser sometido a otros procesos de la presente invención. [0012] De acuerdo con un modo de realización específico, la invención incluye un método para solubilizar proteína. El método puede incluir aplicar un álcali a una fuente de proteína para formar una suspensión; calentar la suspensión a una temperatura suficiente para permitir la hidrólisis de la proteína en la fuente de proteína con el fin de obtener un líquido de reacción; separar los sólidos del líquido de reacción; neutralizar el líquido de reacción con ácido o una fuente de ácido para producir un líquido neutralizado; concentrar el líquido neutralizado para producir líquido concentrado y agua; y devolver el agua a la suspensión antes o durante el paso de calentamiento. [0013] De acuerdo con otro modo de realización específico, la invención incluye un sistema para solubilizar proteína. El sistema puede incluir un reactor calentado capaz de hacer reaccionar una fuente de proteína y un álcali para producir un líquido de reacción. El sistema puede también incluir un separador líquido/sólido capaz de separar sólidos del líquido de reacción. El sistema también puede incluir un tanque de neutralización capaz de permitir la adición de ácido al líquido de reacción para producir un líquido neutralizado y un tanque de concentración capaz de concentrar el líquido neutralizado y producir un líquido concentrado y agua. El sistema puede además incluir un conducto capaz de pasar agua desde el tanque de concentración al reactor calentado y al menos un intercambiador de calor capaz de intercambiar el calor de proceso. [0014] Ventajas adicionales de algunos modos de realización de la invención incluyen:

Las mezclas de proteínas lábiles y recalcitrantes pueden ser procesadas de forma simultánea. Pueden usarse los reactores de flujo de pistón ya existentes. La reducción de residuos se une a la producción de suplemento proteínico o alimentario. La digestibilidad de la proteína aumenta de forma significante cuando se solubiliza. El proceso es simple y permite la recuperación de algunos componentes y del calor. Se mejora la seguridad de los alimentos si los priones se destruyen. La trituración aumenta la velocidad de reacción de la asimilación de la proteína, permitiendo una concentración del producto incrementada y una degradación del producto reducida. Los componentes no reactivos pueden eliminarse. El producto proteínico puede concentrarse y secarse. Los microorganismos pueden destruirse. La invención también incluye un sistema de reactores adecuado para procesos internos de la presente invención.

Para una mejor comprensión de la invención y sus ventajas, puede hacerse referencia a la siguiente descripción de modos de realización ilustrativos y a los dibujos adjuntos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS [0016] Las siguientes figuras hacen referencia a modos de realización seleccionados de la presente invención.

La FIGURA 1 muestra un diagrama escalonado para la hidrólisis de material rico en proteínas bajo condiciones alcalinas. La FIGURA 2 es un gráfico que muestra la hidrólisis de... [Seguir leyendo]

1. Un método para solubilizar proteína que consiste en: aplicar un álcali a una fuente de proteína para formar una suspensión; calentar la suspensión a una temperatura suficiente para permitir la hidrólisis de la proteína en la fuente de proteína con el fin de obtener un líquido de reacción; mantener el líquido de reacción a una temperatura elevada que varía entre 75 y 250 °C durante un periodo de tiempo que varía entre 1 segundo y 5 horas para destruir todos o casi todos los priones en el líquido de reacción; separar los sólidos del líquido de reacción:

neutralizar el líquido de reacción con ácido o una fuente de ácido para producir líquido neutralizado; concentrar el líquido neutralizado para producir líquido concentrado y agua; y devolver el agua a la suspensión antes o durante el paso del calentamiento.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además triturar la fuente de proteína.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el álcali comprende óxido de calcio o hidróxido de calcio.

4. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el álcali comprende un compuesto elegido de entre el grupo consistente en: óxido de magnesio, hidróxido de magnesio, hidróxido de sodio, carbonato de sodio, hidróxido de potasio, amoniaco y cualquier combinación de las mismas.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el calentamiento produce amoniaco, que comprende además neutralizar el amoniaco con un ácido.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 1, que consiste además en devolver los sólidos separados a la fuente de proteína.

7. Método de acuerdo con la reivindicación 1, que consiste además en separar los sólidos reactivos de los sólidos inertes en los sólidos separados.

8. Método de acuerdo con la reivindicación 1, que consiste además en separar los sólidos del líquido neutralizado.

9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que los sólidos separados comprenden el álcali, que consiste además en añadir los sólidos separados a la fuente de proteína.

10. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que concentrar el líquido

neutralizado comprende además evaporar el líquido neutralizado.

11. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que concentrar el líquido neutralizado comprende además filtrar el líquido neutralizado.

12. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que concentrar el líquido neutralizado comprende además congelar el líquido neutralizado.

13. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que concentrar el líquido neutralizado comprende además añadir una amina inmiscible.

14. Método de acuerdo con la reivindicación 1, que consiste además en secar el líquido concentrado.

15. Método de acuerdo con la reivindicación 1, que consiste además en producir calor de proceso y reutilizar el calor de proceso.

16. Un sistema para solubilizar proteína que comprende: un medio de reacción operativo para hacer reaccionar una fuente de proteína y un álcali con el fin de producir un líquido de reacción; un medio de retención operativo para retener el líquido de reacción a una temperatura elevada que varía entre los 75 y los 250 °C durante un periodo de tiempo que varía entre 1 segundo y 5 horas con el fin de destruir todos o casi todos los priones en el líquido de reacción:

un medio de separación de sólido/líquido operativo para separar sólidos del líquido de reacción; un medio de neutralización operativo para permitir la adición de un ácido al líquido de reacción con el fin de producir un líquido neutralizado; un medio de concentración operativo para concentrar el líquido neutralizado y producir un líquido concentrado y agua; un medio operativo para pasar agua desde el medio de concentración al medio de reacción; y al menos un medio de intercambio de calor operativo para intercambiar calor de proceso.

17. Sistema de acuerdo con la reivindicación 16, en el que el medio de reacción es un reactor calentado; el medio de retención es un tanque de retención; el medio de separación sólido/líquido es un separador sólido/líquido; el medio de neutralización es un tanque de neutralización; el medio de concentración es un tanque de concentración; el medio operativo para pasar agua desde el medio de concentración al medio de

reacción es un conducto operativo para pasar agua desde el tanque de concentración al reactor calentado y el al menos un medio de intercambio de calor es al menos un intercambiador de calor.

18. Sistema de acuerdo con la reivindicación 17, en el que el reactor calentado comprende un tanque agitado.

19. Sistema de acuerdo con la reivindicación 16, que comprende además un medio de colección operativo para recoger amoniaco del medio de reacción y permitir su neutralización con un ácido.

20. Sistema de acuerdo con la reivindicación 17, en el que el tanque de concentración comprende además un componente elegido de un grupo que consiste en: un evaporador con múltiples efectos, un evaporador de compresión mecánica de vapor, un evaporador de compresión de vapor por eyector de chorro, una membrana de ósmosis inversa, una membrana de nanofiltración tensa, un congelador, un sistema de recuperación de amina y cualquier combinación de los mismos.

PROTEÍNA α-queratina (pelo) , β-queratina (plumas) , tejido animal (despojos) , materia vegetal (heno)

DESAMIDACIÓN HIDRÓLISIS

Los residuos en la proteína de Se rompe el enlace peptídico.

GLN y ASN reaccionan y forman Se generan péptidos más residuos de GLU y ASP, con pequeños y aminoácidos libres amoniaco como producto.

PÉPTIDOS MÁS PEQUEÑOS Y AMINOÁCIDOS LIBRES

Los péptidos más pequeños con una mayor digestibilidad (estructura) y los aminoácidos libres se disuelven en la fase líquida.

DEGRADACIÓN Muchos aminoácidos no son estables bajo condiciones alcalinas y experimentan reacciones que generan diferentes productos (p. ej. otros aminoácidos, amoniaco)

FIGURA 1 FIGURA 2

FIGURA 3 FIGURA 4

FIGURA 5

FIGURA 6

FIGURA 7

Agua Proteína

Líquido Líquido Líquido Líquido Sólidos

Producto

FIGURA 12

Agua Agua Agua Agua

Proteína

Líquido Líquido Líquido Líquido Sólidos

Producto Producto Producto Producto

FIGURA 13

Muestra no centrifugada Muestra centrifugada

Agua

Materia prima

Cal

Centrifugador

FIGURA 17

Temperatura

Solubilización proteína (porcentaje conversión)

Tiempo (min)

FIGURA 18

Solubilización proteína

Solubilización proteína

(porcentaje conversión)

(porcentaje conversión)

Carga de cal

Tiempo (min)

FIGURA 19

Concentración de alfalfa

Tiempo (min)

FIGURA 20

Solubilización proteína

Solubilización proteína (porcentaje conversión)

Carga de cal

Tiempo (min)

FIGURA 23

Concentración

heno de soja

Tiempo (min)

FIGURA 24

FIGURA 25

FIGURA 26 FIGURA 27

FIGURA 28 FIGURA 29

FIGURA 30 FIGURA 31

FIGURA 32 FIGURA 33

FIGURA 34 FIGURA 35

FIGURA 36 FIGURA 37

FIGURA 38

Porcentaje conversión Tiempo (h)

FIGURA 48

FIGURA 49

Conversión (%) Conversión (%)

Conversión (%)

Sec. A Sec. B

FIGURA 50

FIGURA 51

FIGURA 52

Sales de amonio Purga Ácido Ácido Gas Fuente deproteína Intercambio

Separación

de calor Vapor

Base sólido/líquido Sólidos Separaciónsólido/líquido Agua Corriente de

Concentrado

proceso Intercambiolíquido adecuada de calor Vapor o calor

Vapor Producto seco FIGURA 53