DE2004716C3 - Verfahren zur Gewinnung von löslichem Protein aus einem proteinhaltigen Rohmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von löslichem Protein aus einem proteinhaltigen Rohmaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiges Verfahren ist in der AT-PS 2 48 217 beschrieben. Nach diesem Verfahren wird Sojamilch dadurch hergestellt, daß man vorgequollene Sojabohnen mit einem Überschuß von Wasser mahlt, die so erhaltene Aufschlämmung bei Temperaturen von über ■ 20° C behandelt und schließlich die so hitzebehandelte Aufschlämmung im Vakuum auf 40 bis 60⁰C abkühlt. Hernach wird aus der so behandelten Aufschlämmung die Sojamilch physikalisch abgetrennt, sterilisiert und konzentriert.

In der US-PS 26 31 111 ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem eine Aufschlämmung von Maisgluten einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um den Proteingehalt des Glutens zu erhöhen. Dies erfolgt dadurch, daß man durch die Hitzebehandlung dem Maisgluten Stärke entzieht, welche durch die Behandlung löslich gemacht wird und sich dann leicht von dem nicht wasserlöslichen Maisgluten abtrennen läßt.

Ein weiteres übliches Verfahren zur Gewinnung von löslichem Protein aus einem proteinhaltigen Rohmaterial, welches dem eingangs beschriebenen Verfahren ähnelt, besteht darin, daß das Rohmaterial in etwa der 8-bis lOfachen Menge Wasser für 30 bis 120 Minuten eingeweicht wird. Der pH-Wert der Aufschlämmung wird durch Zugabe von Lauge zwischen 9 und 11 gehalten. Nach dem Einweichen werden die festen Bestandteile der Aufschlämmung von den flüssigen Bestandteilen getrennt; die festen Bestandteile werden wieder von neuem aufgeschlämmt, die wäßrige Proteinlösung wird anschließend für mehrere Stunden auf mehr als JOO⁰C erhitzt, um Mikroorganismen abzutöten und im Falle von Sojabohnen als Rohmaterial Trypsininhibitoren zu zerstören oder inaktiv zu machen. Wendet man dieses Verfahren für Sojabohnen an, so kann man 55 bis 66% des Proteins als lösliches Protein gewinnen, der Rest des Proteins verbleibt in den Abfällen. Für das mehrfache Auslaugen des Rohmaterials werden große Mengen Wasser verbraucht; das Verfahren ist zeitraubend und kostspielig. Bei der erforderlichen langen Hitzebehandlung neigt das gewonnene Protein zur Denaturierung; das gewonnene Protein ist auch schlecht in Wasser löslich.

ί Durch die vorliegende Erfindung soll ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches I angegeben werden, mit welchem eine größere Ausbeute an löslichem Protein erzielt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein

ίο Verfahren gemäß Anspruch 1.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist wesentlich, daß die wäßrige Aufschlämmung schnell auf die Temperatur zwischen etwa 100 bis 180°C, im Mittel bevorzugt etwa 150⁰C erhitzt wird, und zwar für einen Zeitraum von nicht mehr als 6 Minuten, und daß die Aufschlämmung dann unter reduziertem Druck abgekühlt wird.

Unter diesen speziellen Bedingungen gelingt es, eine so hohe Ausbeute an löslichem Protein bei Verwendung verschiedener Rohmaterialien zu erzielen, daß sich eine gute Wirtschaftlichkeit ergibt

Es wurde herausgefunden, daß hohe Ausbeuten an löslichem Protein nur in dem angegebenen eng begrenzten zeitlichen Bereich bei vergleichsweise sehr hohen Behandlungstemperaturen erhalten werden.

Die kurze Dauer der Hitzebehandlung ist auch im Hinblick auf den Durchsatz durch den verwendeten Reaktor von Vorteil. Bei dem Verfahren nach der AT-PS 2 48 217 befindet sich die Aufschlämmung zur

jo Hitzebehandlung insgesamt 25 Minuten in einem Autoklaven, der intermittierend beschickt wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dagegen kontinuierlich gearbeitet, wobei die Zeit zum Hindurchlaufen der Aufschlämmung durch den Durchlaufreaktor sehr

»5 kurz ist.

Die Hitzebehandlung erfolgt bevorzugt bei mindestens 276,6 kPa. Anschließend kann bei reduziertem Druck schnell abgekühlt werden, und zwar einfach auch dadurch, daß man die Aufschlämmung dem Atmosphä rendruck aussetzt, welcher stets verfügbar ist. Es ist also keine gesonderte Vakuumkammer zum Abkühlen der Aufschlämmung notwendig.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gewinnt man in kontinuierlichen Prozeß löslich gemachtes Protein; es ist also nicht erforderlich, daß die Feststoffe von der Emulsion physikalisch abgeschieden werden.

Auch zur Vorbereitung der wäßrigen Aufschlämmung ist nur wenig Aufwand erforderlich, während bei dem Verfahren nach der AT-PS 2 48 217 zunächst ein achtstündiges Vorquellen ungeschälte! Sojabohnen in fließendem Kaltwasser notwendig ist, dann die Bohnen einmal bei 60⁰C und einmal bei 20°C 30 Minuten lang im fließenden Wasser entbitteri werden müssen und schließlich dann nach Zumischung von Wasser naß vermählen werden müssen. Auch diese Maßnahmen sind beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man 80% des im Rohmaterial verfügbaren Proteins in

M) lösliches Protein umwandeln.

Das mil dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Protein ist nicht merklich denaturiert und von hoher Reinheit. Verwendet man das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von löslichem Protein aus

ho Sojabohnen, so sind Trypsininhibitoren schon im wesentlichen inaktiv gemacht. Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Protein hat ferner einen erheblich verbesserten Geschmack und ein

besseres Aroma.

Vorteilhafte Wetterbildungen der Erfindung sind in Unieransprüchen angegeben.

Nachstehend werden zunächst die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert, wonach ί dann vier konkrete Beispiele für die Gewinnung löslichen Proteins aus Sojabohnenflocken bzw. Hefe beschrieben werden.

Ein erster Schritt des Verfahrens besteht darin, das proteinhaltige Rohmaterial mit Wasser so zu vermi- in sehen, daß eine gute Aufschlämmung erhalten wird. Das Rohmaterial kann pflanzlichen Ursprungs wie beispielsweise Sojabohnen oder anderer ölsamen. Luzerne, Gras, Getreide oder ähnliches oder mikrobiologischen Ursprungs wie Hefe, Bakterien und Pilze sein. Im π allgemeinen ist eine kraftvolle, etwa 10 oder weniger Minuten andauernde Vermischung ausreichend. Die Aufschlämmung kann kontinuierlich gebildet werden durch Einführen von Wasser und dem proteinhaltigcn Rohmaterial in eä«2n Mischtank und gleichzeitiger Entnahme der erhaftenen Aufschlämmung. Der maximale Feststoffgehalt in der Aufschlämmung bestimmt sich durch Überlegungen hinsichtlich der Materialbehandlung, beispielsweise der Fähigkeit der verwendeten Einrichtung, die Aufschlämmung an die Druckkocheinrichtung weiterzuleiten.

Insbesondere bei pflanzlichen wie beispielsweise Sojabohnen, wird das proteinhaltige Rohmaterial in einer besonderen Form verwendet, um so die Aufnahme von Protein in die Lösung zu vergrößern. So kann, falls notwendig, das proteinhaltige Rohmaterial, wie beispielsweise Sojabohnen, gemahlen, geflockt, geschnitzelt, geschrotet oder sonst tvi eine besondere Form gebracht werden.

Der pH-Wert der wäßrigen Aufschlä imung ist nicht kritisch und kann sich in dem Bereich zwischen 1,5 und 11 bewegen, ausgenommen den isoelektrischen Punkt für das jeweilige, zur Proteingewinnung verwendete Protein. Es gibt jedoch einen optimalen pH-Wert für maximale Proteingewinnung aus einem bestimmten proteinhaltigcn Rohmaterial So liegt das Optimum und der bevorzugte pH-Wert für die Behandlung von Sojabohnen bei 6,8 bis 7,2 für Getreide bei 6,8 bis 9, für Luzerne und Gras bei 7 bis II, für mikrobiologisches Ausgangsmaterial bei 6 bis 9. Die Einstellung des pH-Wertes auf den optimalen Wert kann durch Zuführung von verschiedenen Kationen wie beispielsweise N H4+, K+, Na+, Ca ^{+ +} usw. erreicht werden.

Der zweite Schritt besteht darin, die von dem Mischtank kommende Aufschlämmung schnell auf eine Temperatur in dem Bereich zwischen etwa 106° und 177°C zu erhitzen. Die Erhitzung erfolgt unter einem Druck etwa zwischen 103 kPa (1,05 at) und 1668 kPa (17 at). Dazu kann jede passende Heizeinrichtung verwendet werden. Die Aufschlämmung wird bei v> Temperaturen zwischen 106 und 177° C unter Druck für relativ kurze Zeiteinheit aufrechterhalten, im allgemeinen für Zeiträume von nicht länger als 4 bis 6 Minuten. Diese relativ kurze Erhitzungsperiode bei hohen Temperaturen unter Druck ist wichtig zur Erzielung einer maximalen Pföleinäüsläügüng. Die höhe Temperatur-Druckbehandlung für einen kurzen Zeitraum zerstört wirksam möglicherweise vorhandene mikrobiologische Spczien und inaktiviert im Falle von Sojabohnen zusätzlich die Trvpsininhibitoren. η·ί

Der dritte Schritt besteht darin, die erhitzte Aufschlämmung unter reduziertem Druck schnell zu kühlen, und /war durch rasche Beförderung der heißen Aufschlämmung in eine Entspannungskammer, die unter einem geringerer, als dem während des Erhitzungsvorgangs verwendeten Druck steht, oder durch Beförderung in eine Vakuum-Kammer, um eine Dampfentspannung zu erreichen. Bei diesem Schritt ist es erwünscht, maximale Verdampfung zu erzielen. Dieser Kühlschritt erhöht die Proteingewinnung aufgrund des Zefreißens von Partikelchen infolge des plötzlichen Druckabfalles. Die Oberfläche der festen Bestandteile der Aufschlämmung wird so aufgrund des Entweichens von Dampf vergrößert und gleichzeitig wird eine sehr wichtige Geruchsentfernung erreicht. Falls es gewünscht ist, kann eine Wiedergewinnung des entweichenden Dampfes auf übliche Art erfolgen.

Irr vierten Schritt wird die abgekühlte Aufschlämmung aus der Entspannungskammer entnommen und ist dann geeignet, weiteren Schritten zur Herstellung des gewünschten Proteinerzeugnisses unterworfen zu werden, beispielsweise milchähnlicher Erzeugnisse, ProteinmehL Konzentrate oder Niederschläge. Um Proteinmehl zu erhalten, kann die aus der Entspannungskammer entnommene Aufschlämmung einem Trocknungsvorgang unterworfen werden. In ähnlicher Weise kann eine Trennung erfolgen, um die unlöslichen Teile von den flüssigen Teilen abzutrennen, welche letzteren als Ausgangsbasis zur Herstellung beispielsweise von Sojamilch verwendet »erden können. Der lösliche Bestandteil kann unter geeigneten Bedingungen getrocknet werden, um ein Proteinkonzentrat von hoher Wasserlöslidikeit zu gewinnen. Eine weitere Läuterung dieses löslichen Teils zur Isolierung kann dadurch erreicht werden, daß der Teil einer isoelektrischen oder alkoholischen Ausscheidung unterworfen wird, um isoliertes bzw. ausgeschiedenes Protein hoher Qualität herzustellen. Der der Entspannungskammer entnommene Brei enthält einen hohen Betrag des verwertbarem Proteins in dem proteinhaltigen Rohmaterial. Beispielsweise enthält im Falle von Sojabohnen der Brei im allgemeinen mehr als 80% des verfügbaren Proteins.

Bei den folgenden Beispielen wird die zu erhitzende Aufschlämmung in einen, aus rostfreiem Stahl bestehenden, mit einem Rührwerk ausgerüsteten Kessel gegeben. Die Kesselabflußöffnung ist über einen Hochdruckschlauch mit einer passenden Pumpe verbunden. Der Pumpenabfluß wiederum ist über einen Hochdruckschlauch mit einem, aus Stahl bestehenden T-Saugstück verbunden. Mit dem T-Saugstück ist eine Dampfquelle verbunden, wobei in der Dampfleitung direkt vor dem T-Saugsiück ein Ventil angebracht ist.

Der Auslaß des T-Saugstückes ist mit einer rostfreien Stahlröhre von einem Durchmesser von 1,9 cm und einer Länge von annähernd 14,6 m verbunden. Diese Röhre stellt ein Druck·Kochgerät dar. In die Röhre ist bei einer Länge von etwa 3,65 m ein Thermometer eingebaut und an der Auslaßöffnung bzw. an dem die Auslaßöffnung darstellenden Ende des Systems ist ein Manometer und ein als Drosselventil ausgebildetes Nadelventil angebracht. Die Röhre öffnet sich in eine entlüftete Entspannungskammer. Ein Auslaß am Boden der Entspannungskammer führt zu einem passenden Behälter.

Beispiel I

Weiße Sojabohnenflocken mit einer P.D-l.-(Protein-Dispersions-lnclex)Analyse vor, über 80% wurden in einer Schleifmühlü zu einer Feinheit gemahlen, die dem gesamten Material erlauben wurden, ein Standardsieb mit einer Maschenweite von 10 zu passieren und ein

solches mit einer Maschenweite von 100 nicht zu passieren. 3,4 kg des gemahlenen Mehls wurden in dem zu dem Kocher führenden Kessel 45 I Wasser zugefügt und sorgfältig durchgemischt, um eine gleichmäßige Verteilung zu erhalten. Der pH-Wert dieser Mischung betrug 6,7. Diese Sojabohnenmehl-Wasseraufschlämmung wurde durch den Druckkocher mit einer Durchtrittsrate von 45! pro Stunde hindurchgeführt. Die Temperatur des Systems im Abstand von 3,65 m (also an der Stelle, wo das Thermometer angebracht war) wurde auf 15O⁰C gehalten durch teilweises Drosseln des sich vor der Einlaßöffnung zu der entlüfteten Entspannungskammer befindenden Ventils. Das Kochen wurde bei einem Druck von mindestens 276,6 kPa (2,82 at) für einen Zeitraum von weniger als 4 min durchgeführt Der Inhalt der Röhre hinter dem Auslaß des T-Saugstückes war eine Mischung von Dampf und 150⁰C heißem Brei. Der heiße ausgestoßene Brei, in der Entspannungskammer schnell abgekühlt und mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung gebracht, enthielt 3,11% an Feststoffen, die aufgrund des kondensierten Dampfes, der in der Aufschlämmung während der Aufheizungsperiode vorhanden war, etwas verdünnt waren.

Ein Anteil von 693 g des heißen Breis wurde zentrifugiert Nach der Zentrifugierung wurde die Flüssigkeit von dem festen Rest durch Abkippen in einen Becher getrennt Eine Gesamtmenge von 630 g dekantierter Flüssigkeit wurde so erhalten, die noch 2,58% an Feststoffen aufwies. Der in der Zentrifuge verbliebene Schlamm wurde entfernt und in einem Ofen bei 100° C getrocknet Der getrocknete Schlamm enthielt 9,3% des gesamt eingeführten Proteins, 21% der eingeführten Feststoffe und hatte in der Probemenge noch einen Gehalt von 21,6% Protein.

Der pH-Wert der 630 g wiegenden, durch Dekantieren gewonnenen Flüssigkeit wurde auf den isoelektrischen Punkt für Sojabohnenprotein eingestellt durch Verwendung von mit Wasser verdünnter Salzsäure. Nach Abstehen wurde die Ausscheidung von der Lösung durch Zentrifugierung abgetrennt 562,2 g der abgeklärten, d.h. dekantierten Flüssigkeit enthielte 1,01% der Feststoffe und wurden von dem auf den pH-Wert eingestellten Material getrennt Die in der Zentrifugenflasche verbleibende Proteinausscheidung wurde entnommen und in einem Laboratoriumsofen bei 100⁰C getrocknet. Die trockene Ausscheidung wog 12,0 g, enthielt 81,0% des Eingangsproteins, 50,7% der Eingangsfeststoffe und hatte einen Proteingehalt von 86,2%.

Beispiel Π

Weiße Sojabohnenflocken mit einer P.D.I.-(Protein-Dispersions-lndex)Analyse von über 80% wurden durch Zufügung von 3,6 kg Flocken zu 453 kg Wasser bei einem pH-Wert von 43 gewaschen. Die Flocken wurden 30 min lang durchgemischt und der unlösliche Rest durch Zentrifugierung abgetrennt. Der gewonnene feste Rest (Sojabohnenmehl) wurde durch Hinzufügung von Wasser und sorgsamer Durchmischung zu einer einheitlichen Aufschlämmung zubereitet. Der pH-Wert dieser Aufschlämmung betrug 6,7. Die Sojabohnenmehl-Wassermischung wurde durch den Druckkocher wie weiter oben schon beschrieben bei einer Durchflußrate von 75 I pro Stunde hindurchgeführt Die Temperatur des Systeme wurde durch teilweise Drosselung des Auslaßventils, das sich vor dem Auslaß in die Entspannungskam-.^.er befand, in einer Entfernung von 3,65 m von dem Einlaß auf 150" C aufrechterhalten Der Kochvorgang wurde bei einem Druck von mindestens 276,6 kr"a (2.82 at) fur einen Zeitraum von weniger als 4 min durchgeführt. Der erhaltene Brei wurde dann

-, durch Einlaß in die Entspannungskammer, die mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung stand, durch Entspannung schnell abgekühlt

Ein bestimmter Anteil des oben erwähnten Breis wurde zentrifugiert und die nach der Zentnfugierung

ίο erhaltene Flüssigkeit auf den isoelektrischen Punkt für Sojabohnenprotein eingestellt unter Verwendung von Salzsäure. Nach weiterem Stehen wurde der Niederschlag durch Zentrifugierung getrennt. Dier Niederschlag wurde mit Wasser vermischt, um ihm eine

ii Konsistenz zu geben(15 bis 20% Feststoffe).die ihn zum Befördern mittels Pumpen geeignet machte, und der pH-Wert wurde durch Verwendung von Ätznatron auf 7 eingestellt und das Ganze sprühgetrocknet Der spritzgetrocknete Niederschlag enthielt 92,8% Protein.

Untersuchungen im Hinblick auf Trypsininhibitortn verliefen negativ und das Ergeh μ entsprach auch der bakteriologischen Spezifizierung tür'iS. Extra-Quaiität eßbares Kasein, wie in dem »Federal Register«, Band 33, Nr. 141, Seite 10 385 beschrieben.

Beispiel Hl

Ein Sojabohnen-Konzentrat wird durch Erhitzung von Sojabohnenflocken, wie in den Beispielen I und II beschrieben, vorbereitet und der erhaltene Brei

M zentrifugiert Die erhaltene Zentrifdgenflüssigkeit wird auf einen pH-Wert von 7 unter Verwendung von Ätznatron eingestellt und dann spritzgetrocknet Das erhaltene getrocknete Produkt weist einen hohen Anteil (größer 90%) des natürlichen Eingangsproteins auf, ist

J5 im wesentlichen frei von Trypsininhibitoren. ist geruchlos gemacht uad hat eine Löslichkeit in Wasser, die sichtlich stärker ist als bei konventionellen Konzentraten.

Beispiel IV

Komprimierte Destillationshefe mit einem Proteingehalt in trockener Form von 57% wurde mit Wasser bei einer Temperatur etwa von 293 bis 323° C auf geschlämmt, wodurch sich ein Brei mit eivtem Gehalt von

·»■> 33% Feststoffen ergab. Der pH-Wert des Breis wurde unter Verwendung von Alkali auf 7,0 eingestellt Der Brei wurde unter Verwendung der bei der vorne beschriebenen Einrichtung bei einer Temperatur von 150⁰C und einem Druck von mindestens 45UkPa (4,6 at) druckgekocht, während einer Kontaktzeit von 4 min.

Der dem Druckkocher entnommene, in der gelüfteten Entspannungskammer durch Entspannung schneit gekühlte Brei enthielt 2,75% Feststoffe, die aufgrund des kondensierten Dampfes, der sich während des Erhitzungszyklus ir dem Brei gebildet hatte, etwas verdünnt waren.

Eine anteilmäßige Menge von 503,2 g des Breis wurde zentrifugiert, um die löslichen von den unlöslichen Bestandteile! zu trennen. Nach der Zentrifugierung wurde die unlösliche Phase getrocknet, das getrocknete Produkt wies einen Proteingehalt von 64.3% auf und enthielt 83.1 % des Eingangsproleins.

Ein zweiter Anteil des druckgekochten Breis wurde

hi entnommen und die beiden Phasen voneinander getrennt, währ.'rd die Lösung heiß war. Der pH-Wert der erhaltenen gereinigten Lösung wurde unter Verwendung von Säure auf 2,5 erniedrigt, um eine

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Ausscheidung zu erhalten. Die Ausscheidung wurde schlämmung wurde heiß gehalten und sorgfältig

durch Zentrifugieren und Trocknung gewonnen. Die durchgemischt, bevor die löslichen von den unlöslichen

getrocknete Ausscheidung enthielt 89,1% Protein. Bestandteilen getrennt wurden. Der pH-Wert des

Eine dritte Teilmenge des druckgekochten Breis löslichen Anteiles wurde unter Verwendung von Säure

wurde entnommen und diesem Brei wurde Dioctylnatri- > auf 2,5 erniedrigt, um eine Ausscheidung zu bilden. Die

umthiosuccinat entsprechend einem halben Prozent der Ausscheidung wurde gewonnen und getrocknet, wobei

gesamten vorliegenden Feststoffe beigefügt. Die Auf- das getrocknete Produkt 90,9% Protein enthielt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von löslichem Protein aus einem proteinhaltigen Rohmaterial, wobei aus dem proteinhaltigen Rohmaterial eine wäßrige Aufschlämmung bereitet, diese bei einem den isoelektrischen Punkt des jeweiligen Proteins ausschließenden pH-Wert unter Druck auf Temperaturen zwischen 100 und 180° C erhitzt, anschließend unter reduziertem Druck abgekühlt und schließlich von dieser das löslich gemachte Protein abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Erhitzung innerhalb eines Zeitraums von nicht mehr als 6 Minuten kontinuierlich vornimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als proteinaltiges Rohmaterial pflanzliches oder mikrobiologisches Material verwendet

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als proteinhaltiges pflanzliches Material entfettete, teilweise entfettete oder vollfette Sojabohnen verwendet