DE2751572C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
genießbaren Lipid-Protein-Produkts aus Ölsamen.
Bei der Aufarbeitung von Ölsamen zur Gewinnung von Pro
teinen geht man im allgemeinen so vor, daß die Ölfraktion
zunächst abgetrennt wird, weil sie bei der weiteren Aufar
beitung Schwierigkeiten verursacht. Die ölfreien Samenrück
stände werden dann zur Gewinnung der Proteine weiterbehan
delt.
Diese Verfahrensweise ist auch der US-PS 37 36 147 zu ent
nehmen. Die Aufarbeitung des entfetteten Ölsamenmaterials
erfolgt gemäß dieser Patentschrift dann dadurch, daß man
die Proteine aus dem zerkleinerten Samenmaterial bei leicht
alkalischem pH-Wert von 8-12 extrahiert und den Extrakt bei pH-Werten von 2-11 bzw. über 5 bis unter 7 einer Ultra
filtration unterzieht. Auf diese Weise soll Phytinsäure
entfernt werden, die die Lebensmittelqualität der extra
hierten Porteine erheblich beeinträchtigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Herstellung eines genießbaren Lipid-Protein-
Produkts aus Ölsamen bereitzustellen, das mit hohen Pro
teinausbeuten verläuft und ein Produkt mit niedrigem Phy
tinsäuregehalt ergibt. Diese Aufgabe wird gelöst durch das
erfindungsgemäße Verfahren, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß man
- a) zerkleinertes Ölsamenmaterial einer wäßrigen Extraktion bei einem pH oberhalb von 10,1 unterzieht,
- b) die unlöslichen Bestandteile aus dieser Suspension bei einem pH oberhalb von 10,1 abtrennt und
- c) die erhaltene Emulsion einer Ultrafiltration bei pH 6 bis 10 unterzieht, wobei das gelöste Protein und die Lipide im Retentat vorhanden sind.
Ölhaltige Samen (Ölsamen), die erfindungsgemäß verwendet
werden können, sind Kichererbsen, Rapssamen, Kokosnüsse,
Baumwollsamen, Erdnüsse, Saflorsamen, Sesamsamen, Sojabohnen
und Sonnenblumenkene. Sojabohnen sind für diese ölhaltigen
Samen repräsentativ und werden deshalb in der Beschreibung
beispielhaft verwendet. Andere Samen, welche wesentliche
Mengen an Protein und Öl enthalten, können auf ähnliche
Weise wie oben beschrieben behandelt werden, wobei eventuelle
Verfahrensänderungen dem Fachmann bekannt sind. Sojabohnen
werden erfindungsgemäß bevorzugt verwendet.
Erfindungsgemäß werden gemahlene ganze Sojabohnen vorzugs
weise als Ausgangsmaterial gewählt. Es können auch gemahlene
geschälte Bohnen verwendet werden, wobei dies aber keinen
Vorteil bringt, da unlösliches Material und lösliche Kohlen
hydrate in späteren Verfahrensstufen entfernt werden und
die Anwesenheit der Hülsen diese Entfernung nicht erschwert.
Das Mahlen kann in trockenem Zustand erfolgen, man kann aber
auch eine wäßrige Suspension der Bohnen mahlen. Bevorzugt
verwendet man Temperaturen oberhalb etwa 10°C um optimale
Proteinqualitäten und Extraktionsausbeuten bei gründlicher
Phytatentfernung, wenn letzteres gewünscht ist, zu erhalten.
Übermäßiges Erhitzen des zerkleinerten Sojabohnen-Materials
vor der Extration scheint die Proteinlöslichkeit zu
verringern und eine alkali-stabile Bindung zwischen den
Phytatkomponenten und anderen alkali-löslichen Sojabestand
teilen, wahrscheinlich Proteinen, zu bilden, wodruch eine
wirksame Phytatentfernung, wie nachstehend noch beschrieben
wird, verringert ist.
Gewünschtenfalls kann man die Bohnen vor dem Mahlen
blanchieren, wird dies jedoch getan, so sollte die Erhitzungs
zeit begrenzt sein und das Blanchieren derart durchgeführt
werden, daß eine Verringerung der Proteinausbeute ver
mieden wird. Ähnlich kann man auch hadenlsübliches voll
fettes Sojamehl als Rohmaterial verwenden, aber auch hier
wählt man vorzugsweise ein Mehl, das nicht erhitzt wurde,
da dies, wie oben bereits erwähnt, die Wirksamkeit der
Proteinextraktion und der Phytatentfernung verringert.
Es können auch Mischungen von fetthaltigen und entfetteten
Mehlen verwendet werden. Es wird angenommen, daß das
Blanchieren der ganzen Bohnen und das Mahlen im nassen
Zustand die organoleptischen Qualitäten des erfindungsge
mäßen Produkts verbessert.
Wenn man ein Produkt mit einem geringen Phytatgehalt wünscht,
solle das zerkleinerte Sojabohnenroh
material zuvor nicht mit Säure behandelt worden sein.
Kommt das natürliche Sojaprotein in Gegenwart von Phytin
säurekomponenten mit Säure in Kontakt, so ergeben sich
alkalistabile Bindungen, welche die Wirksamkeit der nach
stehend beschriebenen Methode zur Entfernung der Phytin
säurebestandteile beeinträchtigen. Demgemäß sind zerkleinerte
Sojamaterialien, wie mittels Säure ausgefällte Sojakonzentrate,
welche durch Extraktion löslicher Kohlenhydrate mittels
Säure am isoelektrischen Punkt des Sojaproteins hergestellt
wurden, keine geeigneten Ausgangsmaterialien.
Die Suspension wird bei einem pH oberhalb von 10,1
unter Verwendung eines der oben
genannten lipidhaltigen zerkleinerten Sojamaterialien her
gestellt.
Bei einem
pH-Wert von 10,1 bis 14 werden die Phytate
unlöslich und können zusammen mit anderen unlöslichen Be
standteilen in einer nachfolgenden Stufe entfernt werden.
Gewöhnlich verwendet man für die Extraktion 4 bis 40 Gewichts
teile Wasser oder wäßrig-alkalische Lösung pro Gewichtsteil
zerkleinertem Sojamaterial. Vorzugsweise verwendet man
8 bis 16 Gewichtsteile Wasser oder wäßrige Lösung. Natrium
hydroxyd, Kaliumhydroxyd oder andere, nicht-toxische, wasser
lösliche Basen, welche bei Nahrungsmitteln gebräuchlich
und mit dem Sojaprotein verträglich sind, können
verwendet werden, um die Lösung basisch zu machen. Erdalkali
metallhydroxyde, wie Bariumhydroxyd oder Calciumhydroxyd
verursachen bei bestimmten Anwendungsbedingungen Ausfällung
des Sojaproteins und sind nicht bevorzugt. Wenn aus dem Extrakt
eine maximale Menge an Protein gewonnen werden soll, ver
wendet man relativ große Mengen Extraktwasser oder alkalische
Lösung, wobei die Feststoffe durch Zentrifugieren und erneute
Extraktion entfernt werden können. Wenn Feststoffrück
stände als Tierfutter verwendet werden sollen, kann es
wünschenswert sein, eine weniger gründliche Extraktion
durchzuführen oder das Waschen der Feststoffe nach Entfernen
der überstehenden Flüssigkeit zu unterlassen. Ähnlich können
die Zeiten und Temperaturen verändert werden, um sie
speziellen Verfahren und Ausrüstungen anzupassen. Vorzugs
weise begrenzt man jedoch die Zeitdauer während der das
Produkt hohen alkalischen pH Werten wie pH 12 oder darüber
ausgesetzt ist auf nicht mehr als 2 Stunden bei 25°C, um
eine chemische Zersetzung des Proteins zu vermeiden.
Wenn es wünschenswert ist, die Phytinsäurebestandteile zu
entfernen und ein Soja-Lipid-Protein-Produkt zu erhalten,
das sowohl einen niedrigen Kohlenhydrat- als auch Phytin
säureanteil hat, sollte die Suspension in Stufe a)
vorzugsweise bei pH 11 bis
12 und insbesondere pH 11,4 bis 11,8 gebildet werden.
Dadurch wird die Bindung des löslichen Phytinsäure-Sojaprotein
komplexes unterbrochen und die Phytate werden unlöslich.
Die bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung ver
wendeten Bezeichnungen Phytat oder Phytate stehen für Salze
der Phytinsäure oder molekulare Komplexe von Phytinsäure
mit anderen Sojabestandteilen. Nachdem die Phytate bei
pH 10,1-14 unlöslich gemacht worden sind, werden sie mittels
herkömmlicher Techniken zur Feststoffentfernung, wie
zentrifugieren oder abfiltrieren in nachfolgenden Verfahrens
stufen abgetrennt.
Hinsichtlich der Alkalibehandlung in Stufe a) wurde gefunden,
daß der Phytatgehalt des Extrakts bei pH-Werten oberhalb
10,1 abrupt abfällt. Bei pH 10,6 erhält man einen Extrakt
mit einem Phytatgehalt von etwa 1 g/1100 g Feststoffen im
Extrakt. Bei pH 11,0 liegt der Phytatgehalt bei etwa 0,05 g/100 g
Feststoffe. Wenn bei der Beschreibung der vorliegenden
Erfindung die Bezeichnung "mit niedrigem Phytatgehalt"
verwendet wird, bezeichnet sie ein Produkt, das weniger als
0,5 g Phytat pro 100 g Feststoffe, und vorzugsweise weniger
als 0,3 g Phytat pro 100 g Feststoffe enthält. Bei zu
nehmendem pH-Wert nimmt die Tendenz zu, daß das Protein
hydrolysiert und eine Kondensation über die Schwefel ent
haltenden Aminosäuren erfolgt. Wenngleich die Phytatent
fernung bei allen pH-Werten oberhalb pH 10,1 erfolgt, so
ist sie bei pH-Werten oberhalb 11,0 noch wirksamer. Vorzugs
weise arbeitet man in einem Bereich von etwa pH 11 bis 12,
am bevorzugtesten bei pH 11,4 bis 11,8 um soweit möglich
einen Verlust an Proteinqualität aufgrund von Hydrolyse oder
Kondensation schwefelhaltiger Aminosäuren zu verhindern
und trotzdem eine wirksame Phytatentfernung zu erreichen.
Die Temperatur während der Phytatabtrennung, die sich an die
alkalische Behandlung anschließt, sollte vorzugsweise
mindestens 10°C, noch bevorzugter 10 bis 50°C und ins
besondere 15°C bis 30°C betragen. Es wurde gefunden,
daß die Phytatentfernung nach alkalischer Behandlung bei
pH 11 bis 12 bei 10°C oder darunter unvollständig, aber
dennoch bedeutsam ist. Bei 10°C wird etwa die Hälfte des
Phytats entfernt, während bei 20°C 90% und bei 30°C
mehr als 99% des Phytats entfernt werden. Die vorgenannten
Temperturbereiche sind die optimalen Werte für die Auf
trennung der löslichen Sojaprotein-Phythinsäure-Komplexe
und zur Unlöslichmachung der Phytate und Phytinsäurederivate.
Unter manchen Herstellungsbedingungen können sich andere
Temperaturbereiche als geeigneter erweisen, da die Temperatur,
bei der der Phytatniederschlag gebildet wird, einen Einfluß
auf dessen physikalische Eigenschaft hat, die wiederum die
Filtrations- und Zentrifugierungseigenschaften beeinflussen.
Eine empirische Wahl der optimalen Temperatur bei der das
Phytat unlöslich gemacht wird, für jede gegebene Herstellungs
einrichtung ist wünschenswert. Optimale Werte liegen gewöhnlich
im Bereich von 15°C bis 30°C. Bei Temperaturen oberhalb
50°C nimmt die Tendenz zur Hydrolyse des Proteins und zur
Bildung unerwünschter Proteinreaktionsprodukte zu; somit
sind höhere Temperaturen zu vermeiden.
Die Zeitdauer, während der der Sojaprotein enthaltende
Extrakt einer wäßrigen Base im Bereich von pH 10,1 bis
14 zur Phytatausfällung ausgesetzt ist, sollte abhängig von
der verwendeten Temperatur begrenzt werden, so daß kein
wesentlicher Verlust der Proteinqualität auftritt. Ein ge
eigneter Weg, dies sicherzustellen ist es, den Cystein
gehalt des Proteins zu bestimmten, da Cystein unter den Amino
säuren am ehesten bei den verwendeten alkalischen Bedingungen
aus dem Sojaprotein verlorengehen kann. Es wurde gefunden,
daß bei pH 11 und Temperaturen im Bereich von 20 bis 30°C
bis zu 6 3/4 Stunden praktisch kein Cysteinverlust
auftritt. Jedoch bei pH 12 tritt ein deutlicher Cystein
verlust während 2 3/4 Stunden bei 40°C ein. Bei 20°C
und pH 12 ist der Cysteinverlust während 2 3/4 Stunden
nicht bemerkenswert, jedoch sind nach 6 3/4 Stunden praktisch
15% des Cysteins verloren. Demgemäß wird für die Phytat
ausfällung eine Zeitdauer bis zu 1/2 Stunde empfohlen,
diese Zeitdauer kann jedoch länger sein, wenn man im
unteren pH-Bereich arbeitet. Bei pH-Werten von 12 und höher
ist eine genaue Begrenzung der Zeitdauer, während der das
Material dem alkalischen Medium ausgesetzt ist, notwendig,
wobei man den Gehalt der Aminosäure Cystein überwacht.
Zusammenfassen kann gesagt werden, daß die Zeitdauer,
während der der alkalische, wäßrige Sojaextrakt im Bereich
von pH 10,6 bis 14 zur Phytatausfällung behandelt wird,
so gewählt werden sollte, daß unter den gewählten pH- und
Temperaturbedingungen die Zeitdauer so ist, daß nicht mehr
als etwa 10% des Cysteins des Sojaprotein enthaltenden
Extrakts zerstört wird. Verfahrensbedingungen, bei denen
wesentlich mehr als 10% zerstört werden sind unerwünscht,
da eines der Ziele der vorliegenden Erfindung die Schaffung
eines Sojaproteins mit verbesserter Nährwertqualität ist. Dies
wird durch Zersetzung des Sojaproteins und den Verlust
gewisser Aminosäure-Werte, insbesondere Cystein verhindert.
In Stufe b) erfolgt die Abtrennung der verbrauchten Flocken
und der unlöslich gemachten Phytate.
Man erhält eine wäßrige Emulsion von
Lipidmaterial, welche
Protein und Kohlenhydrate enthalten kann.
Es können herkömmliche Vorrichtungen für Abtrennungsver
fahren, wie beispielsweise Zentrifugieren, verwendet werden.
Die gleichen Einschränkungen hinsichtlich Zeit, Temperatur
und pH-Wert, welche bei der Herstellung des Extrakts in
Stufe a) zutreffend sind, sind für die Abtrennung des
Teilchenmaterials in Stufe b) gültig.
Die wäßrige Sojalipid-Emulsion, aus der das Teilchenmaterial
entfernt worden ist, ist für die weitere Verarbeitung höchst
geeignet, wenn sie 1 bis 12 Gew.-% Protein, 1-10 Gew.-%
Kohlenhydrate und damit verbundene Mineralstoffe enthält,
welche während der Extraktion gelöst werden. Werden Extrakte
hergestellt, welche mehr als 12 Gew.-% Protein enthalten,
sind sie im allgemeinen viskos und sowohl unangenehm zu
handhaben als auch unwirtschaftlich bei der weiteren Ver
arbeitung während des Zentrifugierens, Filtrierens und
Waschens.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die in Stufe b)
hergestellte Emulsion einer kurzzeitigen Hitzebehandlung
bei hohen Temperaturen bei einem pH von weniger als 10
aber oberhalb des isolelektrischen Punktes des Sojaproteins,
vorzugsweise pH 7,0, unterworfen.
Man verwendet eine Temperatur im Bereich von 60°C bis
150°C während 1 Sekunde bis zu 30 Minuten. Die Wahl der
geeigneten Kombination von Zeit und Temperatur wird weiter
unter noch näher beschrieben. Die Hitzebehandlung in diesem
Stadium hat den Vorteil, daß die Ultrafiltrationsdurchfluß
rate in Stufe c) erhöht und der Mikrobenbefall soweit
verringert wird, daß die Lösung während der Ultrafiltrations
stufe nicht verderben kann.
Die Filtration in Stufe c) erfolgt vorzugsweise unter Ver
wendung einer Ultrafiltrationsvorrichtung, welche eine
semi-permeable Membran enthält, die die Proteinbestandteile
zurückhält und gelöste Materialien mit niedrigerem Molekular
gewicht passieren läßt. Geeignet sind semi-permeable Membranen
welche Proteine mit einem minimalen Molekulargewicht im
Bereich von etwa 10 000 bis 50 000 Dalton zurückhalten
können. Die Vorrichtung arbeitet bei einem Druck von etwa
2,0 kg/cm², aber auch Drücke im Bereich von
1,2 kg/cm² bis 8,03 kg/cm² und höher
sind brauchbar. Die erfindungsgemäße Ultrafiltration unter
scheidet sich von anderen Membranfiltrationsverfahren hin
sichtlich der Porosität der verwendeten Membran und dem
Druck, der auf das Retentat ausgeübt wird, um überschüssiges
Wasser und Bestandteile mit niedrigem Molekulargewicht
hindurchzupressen. Bei umgekehrten Osmoseverfahren beispiels
weise verwendet man Membranen mit viel geringerer Porosität,
welche Materialien mit viel niedrigerem Molekulargewicht
zurückhalten als die Kohlenhydratebestandteile der Sojabohne,
welche erfindungsgemäß entfernt werden sollen. Umgekehrte
Osmoseverfahren sind auch beträchtlich teuerer in der Durch
führung, da höhere Arbeitsdrücke und im allgemeinen niedrigere
Durchflußraten verwendet werden.
Es wurde nun überraschend gefunden, daß die Anwesenheit von
suspendiertem oder emulgiertem Fett in dem Extrakt, aus
dem die Kohlenhydrate durch Ultrafiltration entfernt werden
sollen, die Wirksamkeit der Ultrafiltration nicht beeinflußt
und daß das suspendierte oder emulgierte Fett im Retentat
zurückbleibt. Auf diese Weise kann man ein höchst erwünschtes
Nahrungsmittelprodukt herstellen, das sowohl Fett als auch
Proteine und wenig Kohlenhydrate enthält. Es ist schon lange
bekannt, daß vom Standpunkt der menschlichen Ernährung aus
gesehen die Kohlenhydrate zu den unerwünschten Bestandteilen
der Sojabohnen gehören.
Die Filtration unter Verwendung einer semi-permeablen Membran
erfolgt bevorzugt bei einem pH im Bereich von 6,5 bis 7,5,
um das Protein zu schonen, jedoch ist dies nicht wesentlich.
Bei pH-Werten oberhalb 10 können einige Filtrationsmembranen
zersetzt oder beschädigt werden und darüber hinaus ist ein
Verlust der Proteinqualität wahrscheinlicher. Deshalb führt
man die Membranfiltration bei einem pH im Bereich
von etwa pH 6 bis 10, bevorzugt bei pH 6,5 bis 7,5, durch.
Die Emulsion, die der Ultrafiltration unterworfen wird
und das Retentat während des Ultrafiltrationsferfahrens
hält man bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von
etwa 45°C bis 75°C, um die Durchflußrate zu verbessern
und einen Bakterienbefall minimal zu halten. Hinsichtlich des
letzteren Punktes ist eine Temperatur von mind. ca. 60 bis 65°C
bevorzugt. Temperaturen oberhalb 75°C sind unerwünscht,
da dann chemische Zersetzung und Kondensationsreaktionen
des Proteins vorkommen, wobei sich unerwünschte Nebenprodukte
bilden und die Proteinqualität vermindert wird. Unterhalb
etwa 60°C ist die Pasteurisierung weniger wirksam und das
Produkt kann verderben. Unterhalb etwa 45°C ist die günstige
Beeinflussung der Druchflußrate nur noch unerheblich.
Vorzugsweise wird ein Soja-Lipid-Protein Nahrungsmittel in
flüssiger Form hergestellt, wobei die Proteinkonzentration
etwa 3 bis 7 Gew.-% beträgt; für einige Zwecke können jedoch
auch geringere oder höhere Konzentrationen erwünscht sein.
Die Proteinkonzentration des Sojaproteins kann leicht auf
jeden Wert im Bereich von 1 bis 12 Gew.-% eingestellt
werden, indem man die Extraktionswassermengen und Permeat
mengen entsprechend variiert. Solange das Protein in Lösung ver
bleibt, kann man eindampfen oder verdünnen. Proteinlösungen
mit Konzentrationen von weniger als 1 Gew.-% sind unwirt
schaftlich und von geringem praktischem Interesse. Wenn man
beispielsweise mit einer teilchenfreien Emulsion mit einer
Proteinkonzentration von 3,5% beginnt und die Hälfte des
Volumens als Permeat entfernt, so weist das Retentat eine
Proteinkonzentration von 7% auf. Eine wesentliche Verringerung
der Kohlenhydrate und der anorganischen Bestandteile erfolgt
durch die Entfernung dieser Bestandteile mit dem Permeat
wasser. Da die Sojakohlenhydrate, weil sie für den Menschen
schwer zu verdauen sind, im allgemeinen unerwünschte Nahrungs
mittelbestandteile darstellen, ist es wünschenswert, den
größten Teil davon zu entfernen.
Der Kohlenhydratgehalt der erfindungsgemäß hergestellten
Soja-Lipid-Protein-Nahrungsmittel wird bei der Beschreibung
der vorliegenden Erfindung als Proteinkoeffizient bezeichnet,
welcher das Verhältnis des Proteingehaltes zu der Summe aus
Protein-plus Kohlenhydratbestandteilen ausdrückt. Für
Kindernahrung wird ein Proteinkoeffizient von etwa 0,90 oder
mehr bevorzugt, da die Soja-Kohlenhydrate bei Kindern, die
mit Kindernahrung auf der Basis von Sojaprotein ernähert
werden, Flatulenz und unerwünschte Stühle bewirken. Wäßrige
Lipid-Protein-Nahrungsmittel mit einem Proteinkoeffizienten
um etwa 0,8 sind als Zusatz zu herkömmlichen Nahrungsmitteln,
wie Fleisch oder Brot für flüssige Nahrungsmittel für
Erwachsene geeignet.
Es wurde gefunden, daß durch Konzentration eines 3,5
Gew.-% Protein enthaltenden Extrakts durch Ultrafiltration
auf die Hälfte seines Volumens das Retentat für Kinder
nahrung immer noch einen unerwünscht hohen Anteil an Kohlen
hydraten aufweist. Ein derartiges Produkt ist jedoch für
bestimmte andere Nahrungsmittelzwecke verwendbar. Es wurde
gefunden, daß Diafiltration (eine Form der Ultrafiltration,
bei der das Retentat kontinuierlich mit Wasser oder einer
Waschlösung verdünnt wird) ein geeigneter Weg ist, weitere
unerwünschte Kohlenhydrate und anorganische Bestandteile zu
entfernen. Dabei wird kontinuierlich eine Diafiltrations
lösung, vorzugsweise Wasser, zum Retentat gegeben, während
es durch die Filtriervorrichtung zirkuliert und das Permeat
wird entfernt. Die Diafiltration stellt somit einen Wasch
vorgang dar, bei dem die unerwünschten Bestandteile mit
niedrigem Molekulargewicht aus dem Retentat gewaschen werden.
Bezeichnet man gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung das Ausgangsvolumen der teilchenfreien Emulsion
mit 1, so wird 1/2 Volumen Permeat durch Ultrafiltration
entfernt und dann werden 1/2 bis 2 1/2 Volumina Wasser
zur Verdünnung des Retentats während der Diafiltration
verwendet, bis das gesamte gesammelte Permeatvolumen bis
zu 3 Volumina ausmacht. Diafiltration bis zur Erzielung eines
größeren Permeatvolumens ergibt nur eine geringe zusätzliche
Reinigung. Man kann mit der Diafiltration allmählich kurz nach
Beginn der Ultrafiltration beginnen und die Rate erhöhen,
wenn man sich der gewünschten Proteinkonzentration nähert.
Alternativ kann man auch vor der Diafiltration bis zum
gewünschten Proteingehalt konzentrieren.
Anstelle von Wasser kann man auch Diafiltrationslösungen
verwenden, welche für das Endprodukt gewünschte Bestandteile
enthalten, oder Bestandteile welche die Proteinretention
oder die Durchflußrate verbessern. Bei der Herstellung von
Kindernahrung sind solche zusätzlichen Bestandteile für
das fertige Produkt, welche die erfindungsgemäße Sojaprotein
lösung als hauptsächlichen Bestandteil enthalten und die
während der Diafiltration damit vereinigt werden können,
Kohlenhydrate, Fette und Mineralbestandteile. Dies kann zwar
manchmal vorteilhaft sein, ist jedoch keine allgemein be
vorzugte Verfahrensweise, da zumindest ein Teil dieser
Zusätze verlorengeht, indem er über die Membran in das
Permeat übergeht. Diese Verluste können teilweise ausge
glichen werden, indem man die gewünschten Bestandteile
aus dem Permeat wiedergewinnt, oder indem man das Permeat
wieder in das Diafiltrationswasser einführt.
Eine wünschenswerte zusätzliche
Verfahrensweise ist eine kurzzeitige Hitzebehandlung des
Extrakts (wie oben beschrieben) und/oder Retentats und/oder eines aus dem letzteren
hergestellten flüssigen Nahrungsmittelprodukt bei hohen
Temperaturen.
Das Erhitzen erfolgt unter den oben (siehe Stufe b) angegebenen
Tempertur- und Zeitbedingungen.
Unter dem Gesichtspunkt der Brauchbarkeit der wäßrigen
Lipid-Protein-Nahrungsmittel der vorliegenden Erfindung
bei der Herstellung von flüssigen Nahrungsmittelprodukten,
wie Kindernahrung, Milchersatz und Mahlzeitenersatz oder
Zusätzen, hat die Hitzebehandlung den Vorteil, daß sie den
Nährwert des Proteins und die Funktionalität des Proteins
verbessert, indem sie die Viskosität der Lösungen verringert
und deren Löslichkeits- und Fettemulgiereigenschaften ver
bessert. Diese Vorteile sind gegeben unabhängig davon, ob
die Hitzebehandlung vor oder nach der Ultrafiltration statt
findet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die kurz
zeitige Hitzebehandlung in zwei Stufen, wobei eine relativ
milde Hitzebehandlung vor der Ultrafiltration angewendet
wird, um die Möglichkeit des Verderbens zu verringern und
die Durchflußrate zu verbessern, und dann wird das fertige
Sojaproteinretentat nach Entfernung der Kohlenhydratbestand
teile einer strengeren Hitzebehandlung unterworfen. Dies
hat den Vorteil, daß ein Braunfärben, das durch eine Reaktion
der Sojakohlenhydrate mit dem Sojaprotein entsteht, wenn
Kohlenhydrate enthaltende Sojaproteinextrakte erhitzt werden,
nur noch minimal auftreten kann. Beispielsweise kann man
den geklärten Extrakt unmittelbar vor der Ultrafiltration
einer milden Hitzebehandlung von etwa 60°C während 30 Minuten
bis zu 130°C während 1 Minute unterwerfen, dann auf eine
Temperatur von etwa 45 bis 75°C abkühlen und anschließend,
wie oben beschrieben mittels Ultrafiltration reinigen. Das
sich dann ergebende wäßrige, gereinigte Sojaproteinlösungs
retentat kann man dann einer weiteren, strengeren Hitzebe
handlung unterwerfen, um die Funktionalität des Proteins zu
verbessern und nahrungsschädliche Bestandteile zu zerstören.
Für diese zweite Hitzebehandlung kann man eine Temperatur
im Bereich von etwa 110°C während 1 Minute bis zu etwa
150°C während 1 Sekunde anwenden. Die zweite Hitzebehandlung
kann in anschließenden Verfahrensstufen durchgeführt
werden, wobei ein flüssiges Nahrungsmittelprodukt aus dem
wäßrigen, gereingiten Sojaprotein hergestellt wird, indem man
es mit anderen Bestandteilen vermischt.
Die für eine bestimmte Anwendung bevorzugten Hitzebehandlungs
bedingungen werden empirisch bestimmt und an die verfügbare
Ausrüstung angepaßt, wobei man den erhitzten Extrakt unter
sucht, nachdem man die Hitzebehandlung bei verschiedenen
Temperaturen und während verschiedener Zeitspannen durchge
führt hat. Für einige Zwecke können bestimmte Hitzebehandlungs
bedingungen bevorzugt sein, während wiederum andere vorge
zogen werden, wenn die sich ergebende wäßrige, gereinigte
Sojaproteinlösung für einen anderen Zweck verwendet werden
soll. Auf jeden Fall werden die Bedingungen so gewählt, daß
man eines oder mehrere der folgenden Ziele erreicht:
- (i) den Proteinnutzwert des in Stufe c) hergestellten Lipid-Protein-Nahrungsmittels oder eines daraus hergestellten flüssigen Nahrungsmittel produkts zu verbessern;
- (ii) die Funktionalität dieses in Stufe c) hergestellten Lipid-Protein-Nahrungsmittels oder eines daraus herge stellten flüssigen Nahrungsmittelprodukts, gemessen am Sedimentationsindex, Stickstofflöslichkeitsindex oder Emulsionsstabilitätsindex, zu verbessern;
- (iii) die Ultrafiltrationsdurchflußrate in Stufe c) zu erhöhen, oder
- (iv) den Mikrobenbefall der zerkleinderten freien Emulsion und des Retentats soweit zu verringern, daß diese während der Ultrafiltration in Stufe c) praktisch nicht verderben können.
Zur Verwendung in Nahrungsmitteln kann das flüssige Lipid-
Protein-Nährmittel, das nach dem oben beschriebenen Verfahren
hergestellt wird, durch herkömmliche Verfahren einschließlich
Gefriertrocknen und Sprühtrocken getrocknet werden, und man
kann das trockene Pulver als Nahrungsmittelbestandteil ver
wenden. Zur Herstellung von Getränken, wie Sojamilch, wird
das nicht getrocknete Retentat vorzugsweise mit anderen er
wünschten Bestandteilen, wie Kohlenhydraten, Fetten, Vitaminen,
Mineralstoffen etc. vermischt, dann wird das Mittel homogeni
siert und, falls gewünscht, in Dosen verpackt und sterilisiert.
Die Nahrungsmittelprodukte und Getränke haben verbesserte
Eigenschaften hinsichtlich des Nährwerts, der Stabilität und
der funktionalen Eigenschaften.
Sojabohnen von Samenqualität werden zweimal in einer
Hammermühle bei einer sehr geringen Zugaberate gemahlen,
um die Entwicklung übermäßiger Wärme und die Bildung
eines zu groben Mehles zu vermeiden. Die Temperatur des
Mehles nach jedem Mahlvorgang beträgt etwa 44°C. Man
stellt eine Suspension von 250 g gemahlenen Bohnen in
4 Litern entionisiertem Wasser bei Raumtemperatur in einem
Behälter her, der mit einer mechanischen Rührvorrichtung
versehen ist, und stellt den pH der Suspension durch Zugabe
von 10%igem wäßrigem Natriumhydroxyd auf pH 9 ein.
Die Suspension wird bei Raumtemperatur bei diesem pH-Wert
30 Minuten lang gründlich gemischt, dann wird das unlös
liche Material durch Zentrifugieren bei 4022×G abgetrennt.
Die überstehende Flüssigkeit wird erneut in den Behälter
gegeben, der mit der Rührvorrichtung versehen ist, dann mit
wäßrigem Natriumhydroxyd auf pH 11,6 eingestellt und bei
Raumtemperatur weitere 30 Minuten gemischt. Anschließend
zentrifugiert man die Suspension bei 13 218×G und unter
wirft die überstehende Flüssigkeit, die aus einer Emulsion
des Soja-Lipid-Proteins in einer Lösung von Sojaprotein
und Sojakohlenhydraten besteht einer Ultrafiltration bei
46°C und 2,81 kg/cm² (40 psi), wobei man eine semipermeable
Membran verwendet, welche Proteine mit einem Molekulargewicht
oberhalb 30 000 Dalton zurückhalten kann. Anschließend kon
zentriert man die Emulsion durch Ultrafiltration auf die
Hälfte ihres ursprünglichen Volumens und reinigt sie dann
weiter mittels Diafiltration, wobei man das konzentrierte
Rententat im gleichen Ausmaß mit entionisiertem Wasser ver
dünnt, in dem Permeat gesammelt wird, so daß ein konstantes
Retentatvolumen aufrechterhalten wird. Man verwendet ein
Volumen an Diafiltrationswasser das dem ursprünglichen Volumen
der in die Ultrafiltrationsvorrichtung eingegebenen Emulsion
entspricht. Dann wird das Retentat gefriergetrocknet und
analysiert. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nach
stehenden Tabelle zusammen mit den Ergebnissen eines
Beispiels gemäß der Erfindung zusammengefaßt,
das wie im Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt wurde, wobei
jedoch der pH-Wert gemäß
der Erfindung verändert wurde.
Der Proteinkoeffizient ist ein Maßstab für die relative
Kohlenhydratentfernung und die Retention des Proteins
während der Membranfiltrationsstufe. Der Proteinkoeffizient
ist das Verhältnis des Proteingehalts des Produkts auf
Gewichtsbasis zur Summe des Proteingehalts plus Kohlenhydrat
gehalts auf Gewichtsbasis. Protein wird nach dem Verfahren
von Lowry, et al., Journal of Biological Chemistry, 193,
265-275 (1951) und Kohlenhydrate nach dem Verfahren von
Dubois, et al., Analytical Chemistry 28, 350-356 (1965) be
stimmt. Die Phytinsäure wird nach dem Verfahren von Wheeler,
et al., Cereal Chemistry 48, 312-320 (1971) bestimmt.
625 g Sojabohnen werden 1 Stunde lang bei 50°C in 10 Liter
destilliertem Wasser eingeweicht. Dann gibt man sie in einen
Mischer mit rotierenden Messern, die an einer Axialwelle
am Boden des Behälters angeordnet sind. Der Mischer hat
ein Fassungsvermögen von 3,8 Liter und man
mahlt 5 Minuten lang bei 50°C. Dann kühlt man die warme
Lösung auf Raumtemperatur, nämlich 20 bis 25°C, stellt
mit verdünntem wäßrigem Natriumhydroxyd auf pH 11,7 ein
und hält die Lösung 15 Minuten bei diesem pH-Wert. Vor der
Einstellung des pH Wertes war der pH der frisch gemahlenen
Bohnen pH 6,4. Anschließend entfernt man unlösliches Material
durch 20 Minuten langes Zentrifugieren bei 4000×G in einer
Entschlammungszentrifuge, dann zentrifugiert man den hellen
Flüssigkeitsstrom, aus dem der größte Teil der Feststoffe
bereits entfernt ist, erneut in einer Sorvall SZ-14 GK
Zentrifuge mit einem Zentrifugenkopf für kontinuierlichen
Durchlauf bei 10 000×G, um weiteres Teilchenmaterial zu ent
fernen. Die sich ergebende Emulsion flüssigen Materials,
das gelöstes Protein und gelöste Kohlenhydrate enthält, wird
von pH 11,3 auf pH 7,0 eingestellt während man sie sammelt,
dann bewahrt man sie über Nacht bei 4°C auf und reinigt
durch Ultrafiltration. Die teilchenfreie Emulsion hat ein
Volumen von 7,9 Liter und enthält 4,45 Gew.-% Feststoffe.
Dann führt man mit der gleichen Vorrichtung, wie in Beispiel 1
beschrieben, die Ultrafiltration durch, bis man 3,95 Liter
Permeat gesammelt hat. Anschließend gibt man für die Dia
filtration destilliertes Wasser in dem Ausmaß zu, in dem man
Permeat sammelt und führt die Diafiltration auf diese Weise
so lange fort bis man insgesamt 11,97 kg Permeat gesammelt
hat. Das Retentat wiegt 4,59 kg und enthält 5,43 Gew.-%
Feststoffe. Auf trockener Basis wurden die folgenden Analysen
ergebnisse erhalten. Die nachstehenden Werte sind der
Mittelwert aus drei Proben, wobei die Abweichungen vom Standard
angegeben sind.
Protein (g/100 g Feststoffe) | |
62,6 ± 0,379 | |
Fett (g/100 g Protein) | 49,8 ± 12,4 |
Asche (g/100 g Protein) | 3,32 ± 0,153 |
Phytinsäure (g/100 g Protein) | 0,082 |
Eine Charge von 2,08 kg des genießbaren Lipid-Protein-Retentats,
das gemäß dem in Beispiel 3 beschriebenen Verfahren herge
stellt worden war und die oben angegebenen Analysenwerte auf
weist, wird in flüssigem Zustand mit den nachfolgend aufge
führten Bestandteilen vermischt, so daß man eine Sojamilch
erhält, welche 3,30 Gew.-% Protein, 3,50 Gew.-% Fett und
5,00 Gew.-% Kohlenhydrate enthält.
Zutaten | |
Menge | |
Proteinmaterial aus ganzen Bohnen, flüssig (insgesamt 6,76% Feststoffe; Protein 4,26%; Fett 2,10%-Gew.-%)|1 080,00 g | |
Sojaöl | 47,04 g |
Maissirup-Feststoffe | 23,03 g |
Saccharose | 92,03 g |
Milchsalze | 21,90 g |
Magnesiumchlorid-hexahydrat | 2,11 g |
Karrageenan | 1,26 g |
Lecithin | 10,04 g |
Wasser, soviel wie erforderlich für | 2 511,20 g |
Man vermischt alle Bestandteile mit Ausnahme des Lecithins und
des Sojaöles. Anschließend erhitzt man die Mischung auf 66°C
und gibt dann die Mischung von Sojaöl und Lecithin, welche
auf die gleiche Temperatur erhitzt worden war, zu und homo
genisiert diese Mischung zweimal in einer mechanischen
Homogenisiervorrichtung mit einem Druck von 211,0 kg/cm².
Das homogene, milchähnliche Produkt füllt
man dann in Babyflaschen zu 113,4 g ab un sterilisiert
6 Minuten bei 127°C. Bei der Verarbeitung ergaben sich
keinerlei Schwierigkeiten.
Claims (16)
1. Verfahren zur Herstellung eines genießbarn Lipid-
Protein-Produkts aus Ölsamen,
dadurch gekennzeichnet, daß man
- a) zerkleinertes Ölsamenmaterial einer wäßrigen Ex tration bei einem pH oberhalb von 10,1 unterzieht;
- b) die unlöslichen Bestandteile aus dieser Suspension bei einem pH oberhalb von 10,1 abtrennt, und
- c) die erhaltene Emulsion einer Ultrafiltration bei pH 6 bis 10 unterzieht, wobei das gelöste Protein und die Lipide im Retentat vorhanden sind.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Ölsamen Kichererbsen, Rapssamen, Kokosnüsse,
Baumwollsamen, Erdnüsse, Saflorsamen, Sesamsamen, Soja
bohnen oder Sonnenblumenkerne verwendet.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man als zerkleinertes Ölsamenmaterial gemahlene
Sojabohnen verwendet.
4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man als zerkleinertes Ölsamenmaterial Fett enthal
tendes Sojamehl verwendet.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichet,
daß die Ultrafiltration auch eine Diafiltration umfaßt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichet,
daß die Diafiltration so lange fortgesetzt wird, bis das
Retentat einen Proteinkoeffizienten von mindestens etwa
0,8 aufweist.
7. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Diafiltration so lange fortgesetzt wird, bis das
Retentat einen Proteinkoeffizienten von mindestens etwa
0,9 hat.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Emulsion und das Retentat während der Ultra
filtration bei einer Temperatur im Bereich von etwa
45°C bis 75°C hält.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe a) und b) bei
einer Temperatur oberhalb etwa 10°C durchgeführt werden.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stufe a) und b) bei einer Temperatur im Bereich
von etwa 15°C bis etwa 30°C durchgeführt werden.
11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß man in den Stufen a) und b)
bei einem pH im Bereich von 11 bis 12 arbeitet.
12. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ultrafiltration innerhalb eines pH-Bereiches von
6,5 bis 7,5 erfolgt.
13. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man in Stufe b) die erhaltene Emulsion bei einem pH
oberhalb des isoelektrischen Punktes des Proteins, jedoch
unterhalb 10, und/oder in Stufe c) das Retentat 1 Sekunde
bis 30 Minuten auf eine Temperatur von 60°C bis 150°C
erhitzt.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß man 45 Sekunden bis 30 Minuten auf eine Temperatur
im Bereich von 60°C bis 130°C erhitzt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß man das in Stufe c) erhaltene
Retentat trocknet.
16. Verwendung eines nach den Ansprüchen 1 bis 15 erhal
tenen Retentats im Gemisch mit anderen Nahrungsmittelbe
standteilen.
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