Proteiinin ja proteiinihydrolysaattien entsyymiavusteinen rikastus rypsin kylmäpuristeesta

New protein sources are needed to fulfil the growing global demand for food protein. The co-stream from cold pressing of rapeseed oil, press cake, is a rich source of protein (32 26%) with good nutritional value. Several technologies based on alkaline or saline extraction have been developed for enrichment of rapeseed protein, but high energy and water consumption due to dilute conditions and multiple processing steps limit their sustainability and profitability. In the present study, enzyme-aided methods for extraction of protein from rapeseed cold-press cake were developed, and factors influencing protein extractability and properties of the obtained protein-rich fractions were elucidated. Pretreatments and carbohydrate-hydrolyzing enzyme treatment were used to facilitate extraction at reduced water content and without chemicals such as alkali or salt. Particularly a pectinase preparation with β-glucanase side activity enabled effective hydrolysis of rapeseed cell wall polysaccharides, increasing protein recovery by aqueous extraction. Similar improvement of protein extractability was, however, not achieved by mechanical cell wall disruption, suggesting that protein release was not to a major extent physically hindered by the residual cell structures in the press cake. Instead, enzyme treatment reduced the water holding capacity of the press cake and released hydrolysis products which are suggested to have enhanced the solubility of rapeseed protein during water extraction. At 10% solid content, enzyme-aided water extraction produced protein-enriched fractions with a similar yield and estimated production costs as conventional alkaline extraction (pH 10) and isoelectric precipitation. Techno-economic evaluation of different extraction schemes also suggested substantial reduction of energy costs when the extraction was carried out at 20% solid content. Due to the co-extraction of carbohydrates, enzyme-aided protein extraction was less selective than non-enzymatic alkaline extraction and isoelectric precipitation. On the other hand, carbohydrates are suggested to have improved the solubility and dispersion stability of protein extracts by electrostatic interactions. The results indicate that enzyme-aided fractionation methods are suitable for rapeseed protein production and may offer a techno-economically feasible alternative to alkaline or saline extraction. Additionally, protein hydrolyzates were extracted from dry-fractionated rapeseed press cake by proteolytic enzyme treatment. The hydrolyzates showed high inhibition of radical-induced oxidation in vitro, and their observed antioxidativity correlated with their protein and sinapic acid concentration. The hydrolyzates were also able to inhibit the myeloperoxidase and elastase enzymes involved in inflammation and skin aging, therefore having novel application potential as active ingredients or natural preservatives in skin care products.Maapallon kasvavan proteiinintarpeen tyydyttämiseksi tarvitaan uusia elintarvikkeisiin sopivia proteiinilähteitä. Rypsiöljyn kylmäpuristuksen sivuvirrassa, ns. puristeessa, on 32 36 % ravitsemuksellisesti hyvälaatuista proteiinia. Rypsiproteiinin rikastukseen puristeesta on kehitetty useita emäs- ja suolauuttomenetelmiä, mutta niiden kannattavuutta heikentää suuri veden- ja energiankulutus, joka johtuu useista prosessivaiheista ja laimeista uutto-olosuhteista. Tässä työssä kehitettiin entsyymiavusteisia menetelmiä proteiinin rikastamiseen rypsin kylmäpuristeesta ja selvitettiin, mitkä tekijät vaikuttavat proteiinin uuttuvuuteen sekä tuotettujen proteiinirikkaiden jakeiden ominaisuuksiin. Tavoitteena oli esikäsittelyn ja hiilihydraatteja hydrolysoivien entsyymien avulla tehostaa rypsiproteiinin uuttumista tavanomaista alhaisemmassa vesipitoisuudessa sekä ilman kemikaaleja, kuten emästä tai suolaa. Erityisesti pektinaasituote, joka sisälsi sivuaktiivisuutena β-glukanaasia, hajotti tehokkaasti soluseinien hiilihydraatteja. Pektinaasikäsittelyllä saatiin myös merkittävästi parannettua proteiinin talteenottoa. Soluseinien mekaanisella hajotuksella ei kuitenkaan ollut proteiinisaantoa vastaavasti lisäävää vaikutusta, mikä viittaa siihen, etteivät puristeessa osittain säilyneet siementen solurakenteet merkittävässä määrin fyysisesti rajoittaneet proteiinin uuttumista. Tulosten perusteella entsyymikäsittely vähensi puristeen vedensitomiskykyä ja paransi siten neste-kiintoaine-erotuksen tehokkuutta ja uutteen talteenottoa. Lisäksi entsyymikäsittelyn hydrolyysituotteet näyttivät lisäävän proteiinin liukoisuutta vesiuutossa suolan tai emäksen tavoin. Entsyymiavusteinen vesiuutto kymmenen prosentin kuiva-ainepitoisuudessa osoittautui yhtä tehokkaaksi ja kuluiltaan samantasoiseksi rypsiproteiinin rikastusmenetelmäksi kuin perinteinen emäsuuton (pH 10) ja happosaostuksen yhdistelmä. Teknistaloudellinen tarkastelu lisäksi osoitti, että uuttosakeuden nostaminen 20 prosenttiin laskee selvästi prosessin energiakuluja. Entsyymiavusteinen proteiiniuutto oli hiilihydraattien samanaikaisen liukenemisen takia vähemmän valikoiva kuin ilman entsyymiä tehty emäsuutto ja happosaostus, mutta toisaalta hiilihydraatit paransivat proteiiniuutteiden liukoisuutta ja dispersio-ominaisuuksia sähköisten vuorovaikutusten kautta. Tulosten perusteella entsyymiavusteiset menetelmät soveltuvat rypsiproteiinin rikastukseen ja voivat tuoda teknistaloudellisesti kilpailukykyisen vaihtoehdon emäs- ja suolauuttomenetelmille. Kuivafraktioidusta rypsipuristeesta tuotettiin proteolyyttisen entsyymikäsittelyn avulla myös proteiinihydrolysaatteja, joiden todettiin ehkäisevän radikaalien indusoimia hapetusreaktioita in vitro. Hydrolysaattien antioksidatiivisuus korreloi niiden proteiinipitoisuuden ja fenolisen sinappihappopitoisuuden kanssa. Lisäksi hydrolysaatit inhiboivat myeloperoksidaasi- ja elastaasientsyymejä, joilla on rooli tulehdusreaktioissa ja ihon kimmoisuuden heikkenemisessä. Näin ollen rypsipuristeesta rikastetuilla proteiinihydrolysaateilla on myös uudenlaisia sovellusmahdollisuuksia ihonhoitotuotteiden hapettumista estävinä ja ihoa hoitavina ainesosina