Filtreringsmetoder för utvinning av växtproteiner avsedda för morgondagens produktion av livsmedel

We are facing a protein shift in which a portion of the animal based protein in our diet needs to be replaced by plant proteins to reduce the climate impact from the food sector. Many agricultural by-streams contain high value proteins not used to their full potential. We aim to recover proteins from by-streams from rapeseed oil production and quinoa starch isolation by membrane technology to recover and concentrate proteins, and reduce unwanted compounds in a cost efficient way. Key challenges are optimization of pre-treatments and maximize the protein yield through membrane material/module choices, and operating conditions (temperature, pressure, etc.). Techniques are currently used in the dairy industry, but need to be optimized for this application. The impact for the industry is: farmers can increase revenues via by-stream valorization, new protein foods with low climate impact can be created, the import of soy can be reduced, and jobs created in Sweden.

Vi står inför ett proteinskifte där en del av det animaliska proteinet bör ersättas av vegetabiliskt protein för att sänka klimatpåverkan från livsmedelssektorn. Många agrikulturella restströmmar innehåller högvärdigt protein som idag inte utnyttjas till sin fulla potential. I det aktuella projektet vill vi rena upp och koncentrera protein från restströmmar från rapsoljeproduktion samt isolering av quinoa-stärkelse på ett kostnadseffektivt sätt. Här är membranprocesser nyckeln. De huvudsakliga utmaningarna i projektet är att optimera förbehandlingen före membranprocesserna och att justera membranprocessbetingelser för att maximera proteinutbytet genom att välja rätt membranmaterial, driftinställningar, tryck och temperatur. Teknikerna finns på plats och behöver optimeras för syftet. Nyttan för näringen är att lantbrukare får bättre betalt för hela sin gröda. Dessutom skapas nya proteinrika klimatsmarta livsmedel, import av soja kan minska och fler arbetstillfällen skapas i Sverige.

Protein från rapskaka är en underutnyttjad resurs som är källa till högkvalitativa växtbaserade proteiner. Trots ett högt proteininnehåll och en balanserad sammansättning av aminosyror har användningen av rapskaka hittills varit begränsad till djurfoder på grund av dess innehåll av anti-nutrienter och bittersmakande ämnen. Detta projekt har fokuserat på att ta tillvara rapskakans proteiner för att skapa ett proteinkoncentrat med reducerad halt anti-nutrienter och förbättrad smak.
Genom att lösa upp proteinerna under alkaliska förhållanden var det möjligt att avlägsna skalresterna och fibrer från proteinlösningen. Därefter kunde proteinerna utfällas genom pH sänkning och proteinerna kunde samlas upp som ett proteinkoncentrat. Detta proteinkoncentrat hade en låg halt av anti-nutrienter, men smaken var fortfarande bitter. Detta kunde lösas genom att sänka pH under extraktionen. Detta resulterade i ett mer välsmakande protein som sedan ytterligare kunde renas genom ultrafilrering.

Vid pressning av rapsfrön till rapsolja går det åt 3 kg rapsfrön till varje kilo rapsolja. De resterade 2 kg blir en pressrest kallad rapskaka. Denna rapskaka har ett högt proteininnehåll på ca 30 % och har en balanserad sammansättning av aminosyror vilket gör att proteinerna i denna rapskaka skulle lämpa sig som livsmedel. Trots detta används rapskaka idag främst som djurfoder. Detta beror på rapskakans innehåll av anti-nutrienter och ämnen som ger den en bitter smak. Hade det varit möjligt att ta till vara på proteinerna i rapskakan och använda dessa som en ingrediens till livsmedel hade dessa proteiner kunnat räcka till en mycket större mängd mat än idag, då, mellan 79- 97 % av proteinerna i ett djurfoder försvinner i djurens metabolism. Ett livsmedel baserat på rapsproteiner har därför en drastiskt lägre klimatpåverkan än dess djurbaserade motsvarighet.
Vi har visat att genom att lösa upp proteinerna från rapskakan kan fröskal och fibrer avskiljas från den proteinhaltiga vätskan. Genom att sänka vätskans pH koagulerar proteinerna på samma sätt som vid ost- eller tofu-tillverkning och en fast proteinmassa skapas. Denna proteinmassa har ett lågt innehåll av anti-nutrienter men under lång tid har det varit ett problem med dess bittra smak, vilket har varit huvudorsaken till att vi hittills inte kunnat se produkter baserade på rapsproteiner i mataffären. Ifall smaken på proteinmassan förbättras kan denna användas på liknande sätt som proteinkoncentrat från soja används idag, som för att göra växtbaserade köttanaloger eller växtbaserad glass.
Genom att lösa upp proteinerna under mildare förhållanden, vid neutralt pH i stället för som tidigare höga pH, var det möjligt att få en proteinprodukt med mildare smak. Nackdelen är att den mildare behandlingen av proteiner gör att en lägre andel av rapskakans proteiner går upp i lösning, men med tillsatts av vanligt koksalt kunde hälften av rapskakans proteiner lösas upp. Därefter renas proteinerna med hjälp av ultrafiltrering, filter som är så täta att de kan hålla tillbaka proteiner medan ämnen som har en mindre storlek, som salter och bitterämnen, kan passera. Med ultrafiltreringen kunde lösningens volym minskas med 80 %. Då proteinerna hålls tillbaka av membranet men orenheter med liten storlek kan passera så får man samtidigt en högre proteinkoncentration och ett renare protein i koncentratet.
För att utnyttja rapskakan till största möjliga grad är det av intresse att även ta vara på den andra hälften av rapskakans proteiner som finns kvar i rapskakan efter den första lakningen. Genom att extrahera om den kvarvarande lakade rapskakan vid högre pH kunde nästan 80 % av rapskakans totala proteiner tas till vara. De proteiner som fås från denna andra extraktion har en bitter smak men skulle kunna användas till mer tekniska användningsområden som t. ex. som bindemedel eller bioplast.
Vi har kunnat göra flera framsteg mot målet att kunna producera växtproteinbaserade livsmedel gjorda på närodlad raps. Halten av anti-nutrienter är inte längre ett problem och framsteg har gjort mot att producera ett alltmer välsmakande rapsprotein. Arbetet fortsätter och ytterligare framsteg väntas inom kort.