DE2405589C3 - Verfahren zur Herstellung leicht benetzbarer, wasserlöslicher natürlicher Eiweißprodukte - Google Patents

Verfahren zur Herstellung leicht benetzbarer, wasserlöslicher natürlicher Eiweißprodukte

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung leicki benetzbarer, löslicher und resorbierbarer Eiweißprodukte aus natürlichen Eiweißquellen und ihre Verwendung als Nahrungsmittelzusatz.
Für die Herstellung hochwertiger Eiweißprodukte sollen höhermolekulare Proteine zum Zwecke der leichten und vollständigen Resorbierbarkeit und besseren Benetzbarkeit mit Wasser zu niedermolekularen Peptonen abgebaut werden. Als Eiweißquellen stehen die verschiedensten Eiweißstoffe, z. B. Gelatine und die bei der Milchaufbereitung als Abfallprodukt anfallende Molke zur Verfügung.
Die Gelatine wird von allen proteolytischen Enzymen leicht angegriffen. Es gelingt, Gelatinelösungen mit einem Proteingehalt bis zu 40% im Zeitraum von 6 Stunden soweit abzubauen, daß bei Abkühlung bis auf 2" C keine Gelbildung mehr beobachtet wird. Dabei wird das Gelatinemolekül, für das ein mittleres Molekulargewicht von 60 000—80000 angenommen werden kann, in Peptidbruchstücke von 30 bis 40 Aminosäureeinheiten zerlegt Die Benetzbarkeit des Abbauproduktes mit Wasser ist gut, außerdem werden durch die enzymatische Reaktion keine den Geschmack beeinträchtigenden Abbauprodukte gebildet Einziger Nachteil für die Verwendung als Nahrungsmittel ist der geringe Gehalt an essentiellen Aminosäuren in der Gelatine.
Um die biologische Wertigkeit der Gelatine aufzubessern, wurde nach weiteren Proteinquellen gesucht Dabei bot sich z. B. die bei der Milchaufbereitung als Abfallprodukt anfallende Molke an. Bei dem Molkeeiweiß handelt es sich hauptsächlich um Lactoglobuline mit einem Molekulargewicht von rund 17 000. Bei diesem niederen Molekulargewicht wird das Eiweiß genügend rasch verdaut und resorbiert Das aus nicht vorbehandelter Molke gewonnene Trockenpulyer wird durch Wasser sehr schlecht benetzt. Durch Einrühren des Trockenpulvers in Wasser kommt es zur Klumpenbildung, Man erhält keine homogene Lösung, Piese nachteilige Eigenschaft läßt sich durch eine enzymatische Vorbehandlung des Molkeneiwejßes beseitigen. Bei dem ensymatischen Abbau mit hochaktiven
s proteolytischen Enzymen werden native Eiweißmoleküle in niedermolekulare Bruchstücke gespalten, die durch thermische Behandlung nicht mehr ausflockbar sind. Da jedoch die proteolytische Reaktion zur Bildung von Abbauprodukten mit einem intensiven Bittergescbmack
ι ο führt, ist eine Verwendung der so behandelten Molke für den Nahnmgsmittelsektor ausgeschlossen. Ähnliche, bisher nicht gelöste Schwierigkeiten und Probleme bestehen bei anderen natürlichen oder synthetischen Eiweißrohstoffen.
Aus der US-PS 25 85 225 ist ein Verfahren bekannt, wonach Lactalbumin insbesondere mittels den 'jocbaktiven Enzyms Trypsin zu Eiweißprodukten abgebaut wird, die auf Grund ihres Geruchs und Geschmacks als Nahrungsmittelzusatz geeignet sind. Nachteilig an dem Verfahren ist vor allem, daß die Hydrolyse nicht bei dem für das verwendete Enzym optimalen pH-Wert durchgeführt wird, was eine teilweise Desaktivierung des Enzyms, dem entsprechend eine Abspaltung von Ammoniak aus den vorliegenden Amiden und eine Beeinträchtigung der Gcschmacksqualität der Endprodukte zur Folge hat Für die praktische Anwendung des Hydrolyseverfahrens nachteilig ist weiter der relativ große Zeitaufwand (ca. 7 Stunden), den seine Durchführung erfordert
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung resorbierbarer, in Wasser leicht benetzbarer und löslicher, geschmacklich einwandfreier Eiweißprodukte zu entwickeln, das bei gegenüber bekannten Verfahren verkürzter Reaktionsdauer auch bei Umsetzung größerer Mengen von Eiweißrohstoffen gute Reproduzierbarkeit gewährleistet und das darüber hinaus Produkte liefert die ohne Schwierigkeiten der Sprühtrocknung unterworfen werden können.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung leicht benetzbarer, wasserlöslicher natürlicher Eiweißprodukte, die frei von Bittergeschmack sind, durch Behandlung natürlicher Eiweißrohstoffe in wäßriger Suspension mit proteolytischen Enzymen aus der Gruppe der Pankreas-Enzyme, bei dem bezüglich der Enzymaktivität optimalen pH im Bereich von 7,5 bis 10 und einer Temperatur zwischen 40 und 600C, das dadurch gekennzeichnet ist daß Eiwt.ärohstoffe aus der Gruppe der Molke·, Milch-, Soja-, Mais-, Kartoffel-,
Weiten-, ölsaat-, Nußkern-, Sonnenblumkern- und Eiprotein in Gegenwart von Gelatine oder Gelatine' Abbauprodukten abgebaut werden, wobei der Eiweißrohstoff und die Gelatine in einem Gewichtsverhältnis 1 :10 bis 10:1 vorliegen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man Abbauprodukte, die keinen ungewünschten Bittergeschmack besitzen. Die Produkte werden von Wasser sehr leicht benetzt und aufgelöst Das thermische Verhalten der Lösungen ist ausgezeichnet, eins
μ Ausflockung bei Erwärmung ist praktisch nicht tu beobachten.
Für das Verfahren der Erfindung geeignet sind insbesondere proteolytische Enzyme geringerer Aktivität au« der Gruppe der Pankreasfermente. Es handeil sich hierbei im allgemeinen um unspezifische Enzymgemische, die aus Proteasen, Lipasen und Atnylaser bestehen. Als besonders bevorzugt hat sich eir Fnzymgemisch bestehend aus Protease, Lipase und
Amylase erwiesen, das industriell im allgemeinen aus Schweine- oder Rinderpankreas hergestellt wird. Pie Enzyme des Gemisches besitzen folgende Aktivitätswerte;
3 500 E/g Protease
18 000E/gUpase
30 000 E/g Amylase
Hierbei bedeutet die Einheit IE diejenige Enzymmenge, die unter den im folgenden angegebenen Prüfbedingungen ein Micromol Folin-positive Aminosäure (berechnet als Tyrosin) freisetzt:
160 mg Hämoglobin nach Anson
3OmMoI Harnstoff
. 500 μΜοΙ Boratpuffer pH 6,0
25uMolNaq
80 μg Enzym in 6 ml Endvolumen
Temperatur: 35,5"C
Zeit: !
Aber auch andere proteolytische Enzyme mit geeigneten Aktivitätswerten sind im Prinzip geeignet Dem durchschnittlichen Fachmann ist es ohne Schwierigkeiten möglich, aus dem Angebot von proteolytischen Enzymen geeignete auszuwählen. Für die Auswahl ist der folgende Test, der im Rahmen von Routinearbeiten ohne weiteres durchgeführt werden kann, bestimmend.
Erfüllt ein proteolytisches Enzym die Bedingungen dieses Testes, kann es ohne weiteres für das erfindungsgemäße Verfahrec eingesät werden.
Testversuch zur Prüfung geeigneter Proteasen
Es wird eine 20%ige wäßrige Suspension des zu behandelnden Eiweißstoffes hergestellt Dieser Suspension wird das zu prüfende Enzym im Gewichtsverhältnis 1 :750, bezogen auf das Trockengewicht des zu behandelnden Eiweißstoffes, zugesetzt Dieses Gemisch wird 3 bis 4 Stunden lang auf eine Temperatur zwischen 500C und 600C erwärmt Der pH-Wert wird dabei auf einem Wert gehalten, bei dem bekannterweise das zu untersuchende Enzym sein Wirkungsoptimum besitzt. Bei den bevorzugt geeigneten Pankreasfermenten geringer Aktivität bzw. den bevorzugt geeigneten tryptischen Enzymen liegt dieser pH-Wert im Bereich zwischen 8 und 8,5. Die für die proteolytische Wirkung optimalen pH-Werte sind aus der einschlägigen Literatur bekannt
Für die Eignung des proteolytischen Enzyms sind zwei Bedingungen maßgebend:
1. Das enzymatisch behandelte Eiweiß soll in Wasser leicht suspendierbar bzw. löslich sein, d. h., auch bei einer Erwärmung auf höhere Temperatur soll keine Ausflockung eintreten.
2. Das enzymatisch behandelte Eiweiß darf nach der Behandlung keinen Bittergeschmack besitzen.
Ein proteolytisches Enzym geringer Wirksamkeit ist für das erfindungsgemäße Verfahren dann geeignet, wenn bei einer wie oben beschrieben behandelten Eiweißsuspension bei Erwärmung auf eine Temperatur von oberhalb 800C keine Ausflockung eintritt und bei einem Geschmackstest kein Bittergeschmack festzustellen ist.
Als EiweiBrohstoffe können für das erfindungsgemäße Verfahren z.B. die folgenden verwendet werden: Molke, Milch (Casein), Sojaeiweiß bzw. die daraus hergestellten Proteinkonzentrate oder Proteinisolate, Maiseiweiß, Kartoffeleiweiß, Weizeneiweiß, ölsaateneiweißstoffe, NttBkerneiweißstoffe, Sonnenbjumenkerneiweiß, Eiproteine oder Eiweißstoffe, die aus Gräsern oder Erdölen, ζ,Β, auf fermentativem Wege erhalten werden.
Wenn auch das erfindungsgemäße Verfahren wie oben angegeben zu Eiweißstoffen mit ausreichend hohen Flocktemperaturen und ohne einen Gehalt an Bitterstoffen entstehen, so besteht eine gewisse
ίο Schwierigkeit darin, daß der Bereich der Reaktionsbedingungen, bei denen der fermentative Abbau nur soweit führt, daß die Flocktemperatur genügend hoch, d. h. über 80° C liegt, ohne daß dabei niedermolekulare Bitterstoffe entstehen, relativ eng ist Dies erfordert
is insbesondere bei Umsetzungen in größeren Mengen eine sehr sorgfältige Einhaltung der optimalen Reaktionsbedingungen.
Diese Nachteile werden bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver-
fahrens vermieden. Überraschenderweise hat es sich herausgestellt daß das erfindungsgemäße Verfahren ohne jede verfahrensmäßige Schwierigkeit und in hervorragend reproduzierbarer Weise dann zu Eiweißstoffen, die den obengenannten Bedingungen genügen und hervorragend als Nahrungsmittelzusäize geeignet sind, führt, wenn die fermentative Behandlung der Eiweißstoffe mit proteolytischen Enzymen geringer Aktivität in Gegenwart von Gelatine oder Abbauprodukten von Gelatine durchgeführt wird.
Anscheinend steuert unerwarteterweise die anwesende Gelatine oder Gelatine-Abbauprodukte den proteolytischen Eingriff der Fermente auf die Eiweißstoffe, so daß Eiweißprodukte entstehen, die die geforderten Eigenschaften hinsichtlich Flocktemperatur und Bitterstoffgehalt besitzen.
Wie bereits oben erwähnt, können den zu behandelnden Lösungen der Ausgangseiweiöprodukte vor dem enzymatischen Abbau sowohl übliche Oelatine als auch Gelatine-Abbauprodukte zugeführt werden.
Der durch den Zusatz erzielte außerordentlich vorteilhafte Effekt wird dadurch nicht beeinflußt
Die Konzentration der Gelatine in dem Reaktionsgemisch kann innerhalb weiter Grenzen schwanken. Sie richtet sich zum Teil nach der Natur der zu behandelnden Eiweißstoffe und natürlich nach den gewünschten Eigenschaften des Endproduktes. Als geeignet haben sich Mischungen der Eiweißstoffe und Gelatine im Gewichtsverhältnis 10:1 bis 1 :10 erwiesen.
Die Konzentration der zuzusetzenden Gelatine wird selbstverständlich nicht nur durch die Verfahrensführung beeinflußt, sondern auch durch die gewünschten Eigenschaften des Endproduktes hinsichtlich der biologischen Wertigkeit Bei Verwendung von Molke als
Eiweißrohstoff besitzt z. B. eine Mischung von Molke
und Gelatine im Gewichtsverhältnis von etwa I : 1 eine optimale biologische Wertigkeit mit einem optimalen
Gehalt an allen essentiellen Aminosäuren.
Diese bevorzugte Verfahrensvariante ist gegenüber
μ dem getrennten Abbau der Komponenten auch dadurch vorteilhaft, daß sich die gemeinsam abgebaute Proteinlösung bei der anschließenden Sprühtrocknung wesentlich einfacher handhaben läßt als die reine Eiweißlösung, die wegen des sehr leichten und voluminösen Gelatine*
6$ pulvers sich relativ schwierig versprühen läßt.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Eiweißprodukte besitzen hervorragende lebensmitteltechnologische Eigenschaften. Sie zeigen eine ausge-
zeichnete Benetzbarkeit und sehr gute Löslichkeit in Wasser. Mau erhält nahezu klare wäßrige Lösungen ohne Rückstände, die mit Wasser oder anderen wasserhaltigen Zubereitungen in praktisch unbeschränkten Verhältnissen mischbar sind. Selbst nach stundenlangem Stehenlassen der Lösung oder bei Erwärmen auf Temperaturen über 800C zeigen sich keinerlei Ausflockungserscheinungen. Die Produkte sind praktisch geschmacksneutral und deshalb in hervorragender Weise als Zusatz für Lebensmittel aller Art, z.B. für die Herstellung von Frucht- oder Saftkonzentrationengeeignet
Von besonderer Bedeutung ist dabei, daß selbst konzentrierte wäßrige I Äsungen, die die Eiweißstoffe in Konzentrationen bis zu etwa 50% enthalten, ohne is Ausflockung stundenlang auf Temperaturen erhitzt werden können, die für Sterilisationszwecke geeignet sind. Dadurch gelingt es, Eiweißprodukte zu erhalten mit einer Keimzahl, die weit unter der für Kindernahrungsmittel geforderten Norm liegt Sterilisation, Pasteurisation oder andere konservierungs- oder lebensmitteltechnologische Maßnahmen können ohne die Gefahr einer Schädigung oder Denaturierung durchgeführt werden.
Die leichte Sterilisierbarkeit erhöht die Einsatzmöglichkeiten der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen und für die menschliche Ernährung außerordentlich wichtigen Produkte um ein Vielfaches. Sie können z. B. als Zusatz für Kindernährmittel, diätetische Lebensmittel und sogar für Arzneimittel verwendet werden. Sie sind außerdem als Träger oder Füllstoffe für hochwertige Lebens- und Arzneimittel geeignet Dadurch wird es möglich, die üblicherweise als Träger und Füllstoffe verwendeten, für die menschliche Ernährung jedoch minderwertigen Kohlehydrate durch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Eiweißprodukte höchster biologischer Wertigkeit zu ersetzen.
Für diätetische und medizinische Zwecke ist häufig aus physiologischen Gründen die Einstellung einer speziellen Aminosäurezusammensetzung (biologische Wertigkeit, PER-Wert [Protein Efficieny Ratio] usw) notwendig. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Eiweißprodukte sind für die Lösung derartiger Probleme in hervorragender Weise geeignet, da sie die Eiweißkomponenten aus verschiedenen Quellen in gut mischbarer Form enthalten, ohne daß eine technologisch nachteilige gegenseitige Beeinflussung auftritt
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Eiweißprodukte lassen sich zusammen mit Kohlehydraten und anderen pflanzlichen Füllstoffen, z. B. mit Hilfe eines Extruders, in formstabue Stangen pressen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Eiweißstoffen tritt dabei nicht die Bildung höhermolekularer Produkte und damit eine Verkleisterung des Eiweißes ein. Von besonderer Bedeutung ist ferner, daß aus den Eiweißprodukten, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden, auch relativ leicht unerwünschte Begleitsubstanzen, die von herkömmlichen Eiweißstoffen infolge ihrer Wirkung als Koüoidschutzmittel festgehalten werden, durch physikalische Verfahren (Adsorption, Eluierung) entfernt v.«;rden können. Diese Möglichkeit ist z. B. von groß« Wichtigkeit für die Entfernung von Benzpyren aus Eiweißstoffen, die aus Erdölen erhalten werden. Auf diese Weise werden bisher ungeeignete Eiweißstoffe für die menschliche und tierische Ernährung zugänglich.
Beispiel 1
Eine 20%ige wäßrige Lösung von Molkeneiweiß wird auf 45°C erwärmt und mit Natronlauge auf pH 8,5 eingestellt Bei dieser Temperatur gibt man unter intensivem Rühren ein Gemisch der Enzyme Protease, Lipase und Amylase im Gewichtsverhältnis 1 :1000 (bezogen auf das in der Lösung enthaltene Molkeneiweiß) zu. Man rührt 4 Stunden bei pH 8,5 und 45° C und gibt eine weitere Menge des Enzymgemisches (Gewichtsverhältnis 1 :2000) zu. Danach wird die Temperatur langsam auf 60° C erhöht Dabei wird die Lösung dickflüssig, ohne daß das Molkeneiweiß ausflockt Nach weiteren 2—3 Stunden ist das Eiweiß soweit abgebaut, daß die Proteinlösung im Sterilisator bei 700C pasteurisiert werden kann, ohne daß Ausflockung eintritt.
Die Proteinlösung wird in üblicher Weise durch Versprühen getrocknet Die danach prhaltenen Produkte zeigen die folgenden analytischen Daten:
Abbauprodukte von Gelatine Molke Gelatine+ Molke (1:1)
Trockenverlust 5,9 5,3 4,5
Kohlenhydrate - 4,4 3,9
Asche 5,7 7,4 5,4
N-Gehalt 14,1 13,2 13,7
N-Substanz 88,1 82,5 85,6
(Rohprotein N · 6,25)
100 g Rohprotein enthalten in %:
Abbauprodukte von Gelatine Molke Gelatine+ Molke (1:1)
Lysin 4,55 8,82 5,92
Histidin 1,78 2,89 1,66
Arginin 5,21 3,38 6,88
Tryptophan 2,42 + 1,33
Asparaginsäure 6,82 7,88 7.17
Fort setzung 24 Gelatine 1.93 05 589 8
7 Abbauprodukte von 1,96
Threonin 3,77 Gelatine+ Molke (1:1)
Serin 8,43 Molke 2,77
Glutaminsäure 15.20 4,66 4,23
Prolin 31.00 5,23 14,54
Glycin 5.12 11,32 12.51
Alanin 1.35 10.13 14.90
Cystein 2.53 5.69 7.17
Valin 0,81 0.82
Methionin i,46 1.61 4.04
isoleucin 3,14 6.09 1.57
Leucin + 3,12 2,83
Tyrosin 5,38 5,47
Phenylalanin 10.13 1,89
4,97 3,25
5.22
Beispiel 2
Eine 2O°/oige Gelatine wird bei 45C mit einer 20%igen Lösung von Molkeneiweiß im Verhältnis 1 : 1 vermischt. Mit Natronlauge wird auf pH 8.5 eingestellt. Bei 450C gibt man unter intensivem Rühren das in Beispiel 1 genannte Enzymgemisch im Gewichtsverhältnis 1 : 1000 (bezogen auf die in der Lösung enthaltene Eiweißtrockensubstanz) zu. Man rührt bei pH 8.5 und 45 C so lange weiter, bis eine deutliche Viskositätsabnahme nicht mehr festzustellen ist. Danach gibt man eine weitere Uengc des Enzymgemisches (1 :2000) hinzu und erhöht die Temperatur langsam auf 60" C. Nach weiteren 2 — 3 Stunden ist das Eiweiß soweit abgebaut, daß die Lösung im Sterilisator bei 70" C pasteurisiert werden kann, ohne d&ß Ausflockung eintritt.

Claims (3)

Patentansprüche;
1. Verfahren zur Herstellung leicht benetzbarer, wasserlöslicher natürlicher Eiweißprodukte, die frei von Bittergeschmack sind, durch Behandlung natürlicher Eiweißrohstoffe in wäßriger Suspension mit proteolytischen Enzymen aus der Gruppe der Pankreas-Enzyme, bei dem bezüglich der Enzymaktivität optimalen pH im Bereich von 7,5 bis 10 und einer Temperatur zwischen 40 und 60° C, dadurch gekennzeichnet, daß Eiweißrohstoffe aus der Gruppe der Molke-, Milch-, Soja-, Mais-, Kartoffel-, Weizen-, ölsaat-, Nußkern-, Sonnenblumkern- und Eiprotein in Gegenwart von Gelatine oder Gelatine-Abbauprodukten abgebaut werden, wobei der Eiweißrohstoff und die Gelatine in einem Gewichtsverhältnis 1 :10 bis 10:1 vorliegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Enzymgemisches bestehend aus Protease, LJpase und Amylase mit den Aktivitätswerten 3500 E/g, 18 000 E/g bzw. 30 000 E/g.
3. Verwendung der nach dem Verfahren der Ansprüche 1 oder 2 hergestellten Eiweißprodukte als Nahrungsmittelzusatz.
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