DE19943188A1 - Verfahren zur Herstellung von Ballaststoffen mit hohem Wasserbindevermögen und deren Anwendung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Ballaststoffen mit hohem Wasserbindevermögen und deren Anwendung

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Herbstreith und Fox KG Pektin Fabriken
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Abstract

Zur Erhöhung des Wasserbindevermögens von Ballaststoffen wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Pflanzenbestandteile in einem sauren oder basischen Milieu unter Wärmezufuhr aufgeschlossen und anschließend mit Alkohol gewaschen werden. Als Pflanzenbestandteile können beispielsweise Rückstände aus der Frucht- bzw. Gemüseverarbeitung verwendet werden. Es werden auch Vorschläge zur Verwendung solcher Ballaststoffe gemacht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ballaststoffes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Lebensmittelprodukte unter Verwendung eines solchen Ballaststoffs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Hintergrund der Erfindung
Ballaststoffe sind diejenigen organischen Bestandteile pflanzlicher Lebensmittel, die von den Enzymen des Menschen nicht abgebaut und daher im Dünndarm nicht resorbiert werden können. Die Bezeichnung Ballaststoffe stammt aus der Zeit, in der die nicht direkt als Nährstoffe verwendbaren Bestandteile der menschlichen Ernährung als überflüssiger Ballast angesehen wurden. Inzwischen ist die ernäh­ rungsphysiologische Wirksamkeit der Ballaststoffe, die in vielfältiger Weise Verdau­ ungs- und Stoffwechselprozesse beeinflussen können, unumstritten.
Ballaststoffe kommen in Pflanzen als Stütz- und Strukturelemente der Pflanzen­ zellwand (Cellulosen, Pektine und Lignin), als Pflanzengummis und -schleimstoffe (Hemicellulose) und als Nichtstärkereservekohlenhydrate (Glucane, Galakto­ mannane) vor. Ballaststoffe werden chemisch-analytisch in wasserlösliche und wasserunlösliche Ballaststoffe eingeteilt. Die wasserlöslichen Ballaststoffbestand­ teile und die freien hydrophilen Gruppen bestimmen das Wasserbindevermögen und dieses wiederum beeinflusst die technologischen Einsatzmöglichkeiten in Le­ bensmitteln und Auswirkungen auf Lebensmittel.
Stand der Technik
Für den Einsatz in Lebensmitteln werden Ballaststoffkonzentrate aus Getreide, Le­ guminosen, Obst und Gemüse angeboten. Getreide- und Leguminosenprodukte werden durch Vermahlen der Getreidespeizen bzw. der äußeren Schalenschichten hergestellt. Frucht- bzw. Gemüsefasern sind Mahlprodukte von entsafteten und schonend getrockneten Rohstoffen.
Bei diesen Ballaststoffkonzentraten handelt es sich beispielsweise um Haferspeise­ kleie, Weizenfaser, Erbsenfaser, Apfelfaser, Citrusfaser, Karottenfaser. Sie unter­ scheiden sich sowohl im Gesamtballaststoffgehalt als auch im Verhältnis von un­ löslichen zu löslichen Ballaststoffen. Die Ballaststoffgehalte (nach der AOAC- Methode bestimmt) einiger Ballaststoffkonzentrate sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:
Der lösliche Anteil wirkt sich auf das Wasserbindevermögen der Ballststoffkonzen­ trate aus:
Das Wasserbindevermögen der Ballaststoffkonzentrate hat zum einen einen Ein­ fluss auf die ernährungsphysiologische Wirksamkeit, zum anderen wird durch das Wasserbindevermögen der Ballaststoffkonzentrate eine gezielte Steuerung von Produkteigenschaften in Lebensmitteln erreicht. Für viele Einsatzgebiete sind Bal­ laststoffe mit hohem Wasserbindevermögen erwünscht.
Ballaststoffkonzentrate werden immer häufiger in Brot und Backwaren, Früchte- und Getreideriegel, Getränken, Fruchtzubereitungen, Hackfleischerzeugnissen zur Nahrungsergänzung, Kalorienreduktion, aus ernährungsphysiologischen und le­ bensmitteltechnologischen Gründen eingesetzt. Sowohl aus geschmacklichen Gründen als auch wegen des höheren Gehalts an löslichen Ballaststoffen werden Obstfasern den Getreidefasern beim Einsatz in Lebensmitteln vorgezogen.
Der Gesamtballaststoff von Pflanzenfasern kann durch eine Erhöhung des löslichen Anteils durch physikalische Behandlungsmethoden wie z. B. Kochextrusion erhöht werden. Extrudierte Apfelfasern weisen einen Gehalt an löslichen Ballaststoffen von 25% auf. Ein Zusatz von Citronensäure bzw. Natriumhydrogencarbonat führt zu einer weiteren Erhöhung des löslichen Ballaststoffanteils.
Bei der Herstellung von Pektinen werden durch saure Extraktion die unlöslichen Protopektine der Pflanzenzellwand in lösliche Pektine überführt und durch Alkohol­ fällung aus dem Extrakt gewonnen. Durch Extrusion kann der Anteil an löslichen Substanzen - in diesem Fall hauptsächlich Pektin - erhöht und dadurch die Pek­ tinausbeute erhöht werden. Als Rohstoffe für die Pektingewinnung werden haupt­ sächlich Apfeltrester, Citrustrester und Zuckerrübenschnitzel eingesetzt.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Ver­ fahren zur Verfügung zu stellen, mit dem das Wasserbindevermögen von Ballast­ stoffen erhöht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Ausgangsprodukte für die Herstellung dieser Ballaststoffe sind Pflanzenteile aller Art, bevorzugt Rückstände, die bei der Verarbeitung von Pflanzen aller Art wie Obst und Gemüse (Blattgemüse, Leguminosen, Kartoffeln) anfallen, wie z. B. Apfeltrester - frisch oder schonend getrockneter Rückstand der Apfelsaftherstellung-, Citrustres­ ter, entsaftete, frische oder schonend getrocknete Citronenschalen mit Frucht­ fleischbestandteilen. Mögliche Rohstoffe können auch Orangenschalen, Mandari­ nenschalen, Johannisbeerfasern etc. sein.
Gemäß Anspruch 2 werden die getrockneten Fruchtrückstände in saurer, wässri­ ger Suspension bei höherer Temperatur aufgeschlossen. Je nach Pflanzenart er­ folgt anschließend ein Abbau von Nicht-Ballaststoffen wie z. B. Stärke und Protein mit geeigneten Enzymen. Hierzu werden in der wässrigen Suspension die pH- und Temperatur-Optima der Enzyme eingestellt. Nach Abtrennung der wässrigen Ex­ traktionsphase werden die verbleibenden Feststoffe abgetrennt und mit Alkohol gewaschen. Gemäß Anspruch 2 ist es besonders vorteilhaft, dieses Waschen in Alkohol in zwei Stufen, zunächst mit verdünntem und dann mit konzentriertem Al­ kohol durchzuführen, gegebenenfalls erfolgt bei diesem Waschschritt eine Einstel­ lung des pH-Wertes mit Säure, Lauge oder Puffersubstanzen. Nach Durchführung dieses Verfahrens wird das Ballaststoffkonzentrat getrocknet und durch Vermah­ lung und Sieben auf die gewünschte Korngröße eingestellt. Für den Aufschluss können zum Beispiel Schwefelsäure, Salpetersäure, Salzsäure, schweflige Säure und Citronensäure eingesetzt werden. Gewaschen wird beispielsweise mit Metha­ nol, Ethanol oder Isopropanol.
Der heiße, saure Aufschluss führt zu einer Veränderung der Pflanzenzellwand­ struktur und dadurch zu einer deutlichen Erhöhung des Wasserbindevermögens der Pflanzenfaser. Diese deutliche Erhöhung kann nicht auf einen gering höheren Anteil an löslichen Ballaststoffen zurückgeführt werden.
Vielmehr war überraschend, dass durch den sauren Aufschluss und das Waschen mit Alkohol, das auch eine Aufkonzentrierung der Gesamtballaststoffe bewirkt, das Wasserbindevermögen überproportional ansteigt und damit Eigenschaften entste­ hen, die Ballaststoffe nach dem Stand der Technik nicht erreichen.
Das Wasserbindevermögen einer auf diese Weise aufgeschlossenen Apfelfaser liegt bei ca. 15 g Wasser pro Gramm trockene Faser, bei entsprechend aufge­ schlossener Citrusfaser bei ca. 17 g Wasser pro Gramm trockene Faser. Das Was­ serbindevermögen der üblicherweise in der Lebensmittelindustrie eingesetzten Ballaststoffe liegt bei weitem unter 10 g Wasser pro Gramm trockene Faser.
Das Wasserbindevermögen konnte auch dadurch erhöht werden, dass nicht wäss­ rig-sauer aufgeschlossen wurde, sondern der Aufschluss in saurer, alkoholischer Suspension erfolgte, jedoch war hierdurch die Erhöhung des Ballaststoffgehalts geringer. Auch ein entsprechender enzymatischer Abbau der Nicht-Ballaststoffe ist dabei nicht möglich.
Versuche mit einem alkalischen Aufschluss gemäß Anspruch 10 unter Verwendung von z. B. Natronlauge oder Kalilauge anstatt Säure erbrachten ebenfalls ein erhöh­ tes Wasserbindevermögen. Der saure Aufschluss war aber in dieser Hinsicht über­ legen. Dennoch sollte betont werden, dass auch der alkalische Aufschluss einen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik darstellt.
Das erfindungsgemäße Ballaststoffkonzentrat mit dem hohen Wasserbindevermö­ gen kann in die verschiedensten Lebensmittel eingesetzt werden, z. B. Brot, Frucht­ saftgetränke, Quarkdesserts, Wurst- und Fleischwaren, Hackfleischzubereitungen, Pudding, Mayonnaise, Ketchup, Fruchtzubereitungen aller Art. Durch das hohe Wasserbindevermögen kann die Ballaststoffdosierung verringert werden, wodurch sonst übliche Nachteile bei der Ballaststoffzugabe, wie beispielsweise rauhes Mundgefühl, vermieden werden. Der Einsatz dieser aufgeschlossenen Fasern be­ wirkt bei den meisten Produkten eine glatte Struktur.
Ausführungsbeispiele
Im folgenden werden mehrere Beispiele zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben:
1. Herstellung von Citrusfaser mit hohem Wasserbindevermögen
100 g Citrustrester werden in 3900 ml heißem Wasser suspendiert. Der pH-Wert dieser Suspension wird mit Schwefelsäure auf 2,5 eingestellt. Die Suspension wird 4 Stunden bei 85°C gerührt. Der Citrustrester wird von der wässrigen Phase über ein Filtertuch (oder Zentrifuge, Nutsche) abgetrennt und mit 3 l 85% Isopropanol aufgenommen und eine Stunde gerührt. Anschließend wird der Citrustreter abge­ trennt und mit 2 l reinem Isopropanol aufgenommen und eine Stunde gerührt. Nach Abtrennung des Alkohols wird die gewaschene und aufgeschlossene Citrusfaser getrocknet und anschließend durch Vermahlung und Sieben auf eine gewünschte Korngröße eingestellt.
2. Herstellung von Apfelfaser mit hohem Wasserbindevermögen
100 g Apfelfaser werden in 2600 ml Wasser suspendiert. Die Suspension wird mit Schwefelsäure auf pH 3,0 eingestellt und 8 Stunden bei 75°C gerührt. Nach Ab­ kühlen auf 45°C werden zur Entstärkung 4 ml Amylase zugegeben und 3 Stunden gerührt. Anschließend wird der Apfeltrester von der wässrigen Phase über ein Fil­ tertuch abgetrennt und mit 2,5 l 85% Isopropanol aufgenommen und eine Stunde gerührt. Der Apfeltrester wird abgetrennt und mit 1,5 l reinem Isopropanol aufge­ nommen und eine Stunde gerührt. Nach Abtrennung des Alkohols wird die gewa­ schene und aufgeschlossene Apfelfaser getrocknet und anschließend durch Ver­ mahlung und Sieben auf eine gewünschte Korngröße eingestellt.
Bestimmung des Wasserbindevermögens
Im folgenden wird beschrieben wie das Wasserbindevermögen (WBV) bestimmt wurde. Es wurde eine offizielle AACC-Methode für proteinhaltige Produkte in Nah­ rungsfasern in leicht modifizierter Form angewendet.
Die Proben werden in einem Wasserüberschuss während 24 Stunden bei Raum­ temperatur quellen gelassen. Nach Zentrifugation und anschließendem Absaugen des Überstandes kann das ungefähre WBV (x g H2O/g Trockensubstanz) gravime­ trisch bestimmt werden.
Die folgenden Parameter sind festgelegt:
Einwaage: 1 g (im Zentrifugenglas)
Wasserzugabe: 30 ml
Zentrifugation: 3000-5000 g
Zentrifugierdauer: 10 Minuten.
Für die genaue Bestimmung des Wasserbindevermögens wird eine Reihe mit fol­ genden Wasserzugaben pro g Trockensubstanz (TS) gemacht:
  • - (x - 0,2) g
  • - (x - 0,1) g
  • - x g
  • - (x + 0,1) g
  • - (x + 0,2) g.
Diejenige Probe, bei welcher gerade kein Überstand mehr sichtbar ist, entspricht dem genauen WBV. Mit der etwas aufwendigen Methode werden die löslichen An­ teile der Nahrungsfasern ebenfalls in die Bestimmung mit einbezogen.
Produktrezepturen
Im folgenden werden noch einige Produktrezepturen für den Einsatz des erfin­ dungsgemäßen Ballaststoffs angegeben:
1. Brot
280 g Weizenmehl vom Typ 405
200 g Weizenmehl vom Typ 550
20 g des erfindungsgemäßen Ballaststoffs
20 g Backhefe
12,5 g Salz
400 g Wasser.
Der Herstellungsprozess ist wie folgt:
  • 1. Hefe dispergieren
  • 2. Alle Bestandteile im Hobart 3 Minuten kneten (Stufe 1)
  • 3. 30 Minuten Teig rühren
  • 4. 30 Minuten Stück garen
  • 5. Backen: 50 Minuten bei 200°C Unter- und Oberhitze.
2. Fruchtsaftgetränk
3 g Pektin Classic CM 203
100 g Buttermilch
60 g Orangensaftkonzentrat
100 g Zucker
20 g des erfindungsgemäßen Ballaststoffs
717 g Wasser.
Der Herstellungsprozess ist wie folgt:
  • 1. Pektin mit doppelter Menge Zucker abmischen
  • 2. Gemisch in Wasser (85°C) dispergieren, 10 Minuten Heißhaltung
  • 3. Wasser, Buttermilch, Orangensaftkonzentrat mischen
  • 4. heiße Lösung (siehe Punkt 2), Zucker und Ballaststoff in Mischung (siehe Punkt 3) dispergieren
  • 5. pH-Kontrolle und eventuell Einstellung mit 50%iger Zitronensäure auf pH 3,8-4,0
  • 6. 1 Stunde Quellzeit
  • 7. Erhitzung auf 85°C (Kochtopf)
  • 8. Heißabfüllung.
3. Quarkdessert, thermisiert
6 g Gelatine 220 Bloom Typ A
1,8 g Guar GH 250
1,2 g Johannisbrotkernmehl Carob (LBG)
825 g Magerquark 18% Fett in Trockenmasse
190,5 g Joghurt 3,5% Fett in Trockenmasse
205,5 g Sahne 30% Fett
90 g Zucker
150 g Wasser
30 g erfindungsgemäßer Ballaststoff.
Der Herstellungsprozess ist wie folgt:
  • 1. Gelatine, LBG, Guar mischen und in Wasser (85°C) dispergieren, 10 Minu­ ten Heißhaltung.
  • 2. Quark, Sahne, Joghurt im Stephan vorlegen und 1 Minute bei 1500 Umdre­ hungen pro Minute mischen.
  • 3. Zugabe von Zucker und Ballaststoff, 1 Minute bei 1500 Umdrehungen mi­ schen.
  • 4. Zugabe der heißen Lösung (siehe Punkt 1), 1 Minute bei 1500 Umdrehungen mischen.
  • 5. pH-Wert-Kontrolle und evtl. Einstellung mit 50%iger Zitronensäure auf pH 4,3.
  • 6. Erhitzung bei 1500 Umdrehungen pro Minute auf 72°C.
  • 7. Heißabfüllung.
4. Hackfleischzubereitung
272 g Rinderhack
80 g Rinderfett
18 g Wasser
16 g Paniermehl
6 g Salz
8 g erfindungsgemäßer Ballaststoff.
Der Herstellungsprozess ist wie folgt:
  • 1. Bestandteile im Hobart (Stufe 1) für 3 Minuten mischen
  • 2. Masse zu Kugeln formen
  • 3. Backen im Ofen bei 200°C Ober- und Unterhitze.
5. Pudding
17 g Caseinat Rovita HV
85 g Molkenprotein Lacprodan 60
120 g Zucker
1778,5 g Milch 3% Fett
20 g erfindungsgemäßer Ballaststoff
56 g Stärke FIFIo.
Der Herstellungsprozess ist wie folgt:
  • 1. Trockenbestandteile vormischen und in Milch dispergieren
  • 2. 1 Stunde Quellzeit
  • 3. Erhitzung im Stephan bei 1500 Umdrehungen auf 85°C
  • 4. Heißabfüllung.
6. Mayonnaise
200 g Essig
2500 g Öl
150 g Zucker
85 g Salz
50 g Senf
50 g Molkenprotein Lacprodan 60
100 g Ultratex 2 12 g Xanthan Jungbunzlauer
3 g Vidocrem B
20 g erfindungsgemäßer Ballaststoff
1830 g Wasser.
Der Herstellungsprozess ist wie folgt:
  • 1. Wasser in der Fryma-Kolbenmühle vorlegen
  • 2. Vakuum anlegen
  • 3. gemischte Trockenbestandteile einziehen und 60 Sekunden dispergieren
  • 4. Öl langsam einziehen und 60 Sekunden emulgieren
  • 5. saure Bestandteile einziehen und 30 Sekunden dispergieren
  • 6. Vakuum ablassen und Abfüllung.
7. Ketchup
36 g Essig (20%)
24 g Salz
180 g Zucker
360 g Tomatenmark 2fach konzentriert
12 g erfindungsgemäßer Ballaststoff
588 g Wasser.
Der Herstellungsprozess ist wie folgt:
  • 1. Alle Bestandteile bei 1500 Umdrehungen im Stephan mischen
  • 2. Erhitzung bei 1500 Umdrehungen pro Minute auf 85°C
  • 3. Heißabfüllung.
8. Brotaufstrich
450 g tiefgekühlte Erdbeeren
545 g Saccharose, kristallin
30 g erfindungsgemäßer Ballaststoff
30 g Wasser
x g Citronensäurelösung 50%ig.
Der Herstellungsprozess ist wie folgt:
  • 1. Zucker und Früchte einrühren und aufkochen
  • 2. Ballaststoffe einrühren und auf End-Trockensubstanz auskochen
  • 3. Citronensäurelösung zur Einstellung des pH-Wertes dosieren
  • 4. Heiß abfüllen.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung eines Ballaststoffes, gekennzeichnet durch den heissen, sauren Aufschluss von Pflanzenbestandteilen und anschliessendes Waschen mit Alkohol.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschluss in wässrigem Milieu stattfindet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Waschen mit Alkohol in zwei Schritten erfolgt, wobei im ersten Schritt mit verdünntem Al­ kohol, im zweiten Schritt mit konzentriertem Alkohol gewaschen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Pflanzenbe­ standteile Rückstände bei der Frucht- bzw. Gemüseverarbeitung, bevorzugt Apfeltrester oder Zitrustrester, verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufschluss organische Säuren wie z. B. Citronensäure oder Mineralsäuren wie z. B. Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure, schweflige Säure, bevorzugt Schwefelsäure, verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufschluss in einem pH-Bereich zwischen pH 0,5 und pH 4,0, bevorzugt zwischen pH 2,0 und pH 3,0 erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufschluss in einem Temperaturbereich zwischen 60°C und 100°C unter Normaldruck, be­ vorzugt 80°C bis 90°C, oder bis zu 140°C unter Druck, erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Aufschlussdauer von 10 Minuten (bei Druckanwendung) bis 8 Stunden unter Normaldruck, bevor­ zugt 3-5 Stunden unter Normaldruck.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Waschen Methanol oder Isopropanol eingesetzt wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines Ballaststoffes, gekennzeichnet durch den heissen, alkalischen Aufschluss von Pflanzenbestandteilen und anschliessendes Waschen mit Alkohol.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Waschen mit Alkohol in zwei Schritten erfolgt, wobei im ersten Schritt mit verdünntem Alkohol, im zweiten Schritt mit konzentriertem Alkohol gewaschen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Pflanzenbe­ standteile Rückstände bei der Frucht- bzw. Gemüseverarbeitung, bevorzugt Apfeltrester oder Zitrustrester, verwendet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufschluss in einem Temperaturbereich zwischen 60°C und 100°C unter Normaldruck, bevorzugt 80°C bis 90°C, oder bis zu 140°C unter Druck, erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Aufschlussdauer von 10 Minuten (bei Druckanwendung) bis 8 Stunden unter Normaldruck, be­ vorzugt 3-5 Stunden unter Normaldruck.
15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Waschen Methanol oder Isopropanol eingesetzt wird.
16. Lebensmittelprodukte unter Verwendung des Ballaststoffes gemäss An­ spruch 1 oder 10, insbesondere Brot, Fruchtsaftgetränk, Quarkdessert, Fleisch- und Wurstwaren, Hackfleischzubereitung, Pudding, Mayonnaise, Ketchup, Fruchtbrotaufstrich, Fruchtzubereitungen aller Art.
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