DE3008900A1 - Verfahren zur herstellung eines gereinigten proteinhydrolysats - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines gereinigten proteinhydrolysatsInfo
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Description
RICHARD KMEiSSL
Widenmayerstr. 46 München, 7.3.1980
Widenmayerstr. 46 München, 7.3.1980
D-8000 MÜNCHEN 22
TeL0S9/295125.
TeL0S9/295125.
SOCIETE DES PRODUITS NESTLE S.A. V e ν e y / Schweiz
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten Proteinhydrolysats
030038/0836
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines
gereinigten Proteinhydrolysate, d.h. also eines Proteinhydrolysats, das keine Proteine und Makropeptide enthält.
Eine der Schwierigkeiten, die bei der industriellen Herstellung von Proteinhydrolysäten auftreten, besteht - mindestens bei gewissen
Anwendungen - in der Entfernung der Proteine und Makropeptide, die zurückbleiben, weil entweder gewisse Proteine der Hydrolyse
nicht oder nicht ausreichend zugänglich sind oder weil die erhaltenen Bruchstücke sich erneut in Agglomerate kombiniert
haben. Insbesondere in der Diätetik und ganz besonders in der Kinderdiätetik ist es oftmals sehr wichtig sicherzustellen, daß
die fraglichen Hydrolysate keine Proteine und Makropeptide mehr enthalten, da Stoffe dieser Art mit höherem Molekulargewicht
leicht Allergien hervorrufen. Die bisher bekannten Verfahren, die hauptsächlich auf der Ausflockung und Abzentrifugierung beruhen,
ermöglichen es nicht, dieses Ziel zu erreichen. Bei ihnen bleiben nicht vernachlässigbare Mengen an Proteinen und Makropeptiden
(entweder restliche oder durch erneute Kombination gebildete) zurück.
Durch die vorliegende Erfindung wird es nunmehr ermöglicht, gereinigte
Proteinhydrolysate herzustellen, d.h. also solche Proteinhydrolysate, die keine zurückgebliebenen oder durch erneute Kombination
gebildeten Proteine oder Makropeptide enthalten, welche in der Folge der Einfachheit halber einfach als "Proteine" bezeichnet
werden sollen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch ausgeführt, daß man eine wäßrige Proteinlösung einer Hydrolyse
unterwirft, das Hydrolyseprodukt einer thermischen Behandlung unterzieht, bei welcher eine Denaturierung der darin enthaltenen
Proteine stattfindet, und schließlich die Proteine durch Ultrafiltration entfernt. Das Permeat der Ultrafiltration stellt
das gereinigte Proteinhydrolysat dar.
Mit dem Ausdruck "wäßrige Lösung" sind sowohl echte Lösungen als ·
auch kolloidale Lösungen gemeint. Der Ausdruck "Denaturierung"
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-q-
soll nicht in dem Sinn verstanden werden, daß damit eine vollständige
Denaturierung gemeint ist. Gegebenenfalls kann auch eine qualitative oder quantitative teilweise Denaturierung ausreichen.
Die Ausgangsproteine können tierische Proteine sein, d.h. Proteine
von Fleisch, Fisch, usw. oder Milchproteine, Kasein, Lactalbumin, usw. sein. Es kann sich auch um pflanzliche Proteine aus
Körnern oder Blättern handeln, wie z.B. um Sojaproteine oder um Proteine aus den Blättern von Luzernen. Schließlich kommen auch
Proteine mikrobiellen Ursprungs in Frage, wie z.B. Hefeproteine.
In der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Proteine einer chemischen - im allgemeinen sauren - oder enzymatischen
Hydrolyse unterworfen, wobei im letzteren Fall Enzymgemische oder gereinigte Enzyme verwendet werden können. Bei Proteinen
mikrobiellen Ursprungs kann es sich um den Mikroben eigene Enzyme handeln, wobei die erhaltenen Produkte dann als
Autolysate bezeichnet werden. Als Beispiel für Proteine, die gemäß der Erfindung mit Vorteil verwendet werden können, soll
Lactalbumin erwähnt werden. Als typische Hydrolyse soll beispielsweise
die enzymatische Hydrolyse mit Pankreatin erwähnt werden.
Wie oben bereits erwähnt enthalten die durch Hydrolyse hergestellten
Produkte Proteine, und zwar in erhöhtem Maße, wenn die Hydrolyse unter akzeptablen industriellen Bedingungen ausgeführt worden
ist. Die Produkte werden deshalb einer thermischen Behandlung unterworfen, welche eine Denaturierung der Proteine ermöglicht.
Sie kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden, beispielsweise bei einer hohen Temperatur von 100 bis 140 C während 10 s
bis 4 min oder bei einer niedrigeren Temperatur von 75° bis 1000C während 2 bis 60 min.
Es soll darauf hingewiesen werden, daß im Falle einer enzymatischen
Durchführung der Hydrolyse die thermische Behandlung eine Inaktivierung des Enzyms zur Folge haben kann. Diese Nebenwirkung
wurde aber nicht systematisch untersucht, da das Enzym auf alle Fälle während der Ultrafiltraion zusammen mit den Proteinen
entfernt wird.
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300890Q
Die Ultrafiltration kann direkt nach der thermischen Behandlung durchgeführt werden, wobei die Proteine zwar denaturiert aber
nicht unbedingt ausgeflockt sind. Dies stellt einen wesentlichen Unterschied zu den herkömmlichen, unter Zentrifugierung durchgeführten
Verfahren dar, bei denen ein Ruhenlassen erforderlich ist, um eine maximale Ausflockung der Proteine zu ermöglichen.
Gemäß einer Abwandlung kann man das Produkt der Hydrolyse zwischen
der thermischen Behandlung und der Ultrafiltration durch eine Kolloidalmühle hindurchführen.
Die Ultrafiltration kann in bekannter Weise im geschlossenen
Kreislauf ausgeführt werden, wobei ein Pufferbehälter zu Hilfe genommen wird, in den das Retentat zurückgeführt wird. Die Ultra
filtration kann auch mit mehreren hintereinander geschalteten Membranen oder Ultrafiltrationsvorrichtungen durchgeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Retentat
während der Ultrafiltration verdünnt. Diese Ultrafiltrationstechnik
unter gleichzeitiger Verdünnung wird als "Diafiltration" bezeichnet.
Das Verdünnungsmittel, in erster Linie Wasser, wird dem Pufferbehälter zugegeben oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Ultrafiltrationsvorrichtungen eingespeist.
Die Temperatur, bei der die Ultrafiltration ausgeführt wird,
kann frei gewählt werden. Aus bakteriologischen Gründen wird es jedoch bevorzugt, die Ultrafiltration bei einer Temperatur zwischen
55 und 80°C durchzuführen.
Das Permeat der Ultrafiltration, welches von Proteinen frei ist,
stellt das gereinigte Proteinhydrolysat dar. Gegebenenfalls kann dieses Permeat, beispielsweise durch Eindampfen, konzentriert
und abschließend getrocknet werden, um ein trockenes gereinigtes Hydrolysat zu erhalten.
Das Retentat der Ultrafiltration kann zu einer Hydrolysestufe
zurückgeführt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
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Verfahrens unterwirft man eine Proteinlösung, die vorher aus bakteriologischen Gründen thermisch behandelt worden ist, einer
chemischen - beispielsweise sauren - Hydrolyse oder einer enzymatischen - beispielsweise mit Pankreatin - Hydrolyse, wobei das
Hydrolyseprodukt in ide.aler Weise einen Trockenfeststoffgehalt zwischen 3 und 15 % aufweist. Im Falle der enzymatischen Hydrolyse
arbeitet man vorteilhafterweise beim optimalen pH-Wert des Enzyms, wobei der pH-Wert der Proteinlösung fortlaufend eingestellt
wird, beispielsweise mit Hilfe von Kalk oder Phosphorsäure. Das Hydrolyseprodukt wird dann durch Einspritzen von
Dampf oder in einem Wärmeaustauscher thermisch behandelt, beispielsweise während 1 min bei 130 C. Das thermisch behandelte
Hydrolyseprodukt kann dann direkt einer Ultrafiltrationsvorrichtung
zugeführt werden, man kann aber auch die Proteine vorher ausflocken lassen oder das thermisch behandelte Hydrolyseprodukt
vorher durch eine Kolloidalmühle hindurchführen.
Typischerweise ist die Ultrafiltrationsvorrichtung mit Membranen
ausgerüstet, die eine Schnittzone zwischen 1000 und 10000 aufweisen.
Je nach der Zusammensetzung können die durch das erfindungsgemässe
Verfahren hergestellten gereinigten Hydrolysate in verschiedene diätetische, besonders in für Kinder und Rekonvaleszenten
geeignete diätetische Nahrungsmittelpräparate einverleibt werden. Sie können aber auch in leicht resorbierbare Nahrungsmittel für
unter Allergien leidende Personen einverleibt werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. Darin sind die Teile und Prozentangaben in Gewicht ausgedrückt,
sofern nichts anderes angegeben ist.
Beispiele_l_bis_6
Es wird eine Proteinlösung in Wasser aus Molkepulver (durch Ultrafiltration
von 85 % der Proteine isoliertes Lactalbumin:Beispiele
1 bis 5; durch Ausfällen von 10 % der Proteine isoliertes Lactalbumin: Beispiel 6) hergestellt. Dabei wird eine Auflösungs-
50 C angewende
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temperatur zwischen 30 und 50 C angewendet.
-Ar -
Hierauf wird während 10 bis 30 s zur Sterilisation der Lösung Dampf mit 115 C eingespritzt, worauf nach Abkühlung auf 55°C
der pH-Wert mit Ca(OH)2 auf 7,2 eingestellt und Pankreatin in
einer Menge von 8% zugegeben wird. Die Hydrolyse wird dann während
5 h bei 50 bis 55 C ablaufen gelassen.
Hierauf wird der pH-Wert durch Zusatz von H PO. auf 6,7 nachgestellt,
worauf die in der folgenden Tabelle angegebene thermische Behandlung durchgeführt wird.
Die Ultrafiltration erfolgt in einer Abcor-Vorrichtung, die mit
HFM 180 SG-Membranen ausgerüstet ist, jedoch mit Ausnahme von Beispiel 6,, wo eine Ucarsep 2L-Vorrichtung (Union Carbide)-Vorrichtung
verwendet wird, die mit NRT-Membranen bestückt ist.
Die erhaltenen Resultate sind in der folgenden Tabelle angegeben, in der auch der durch die Ultrafiltration erreichte Konzentrierungsgrad
(3-mal oder~2 mal) enthalten ist. Die Diafiltration wird mit konstantem Volumen durchgeführt.
3eispiel | Art des Proteins |
Gehalt des Hydrolyse- produkts an Trockenfest stoffen in 5 |
9% | thermische Behand- - lung |
Ultrafiltra tion (UF) Diafiltration (DF) |
Permeations- menge |
1 | lactalbumin | 9% | 98°C/3anin | UF/65°C/3x | 80 l/fe2/h | |
2 | Lactalbumin | 13% | 130°C/l min | UF/65°C/3x | 60 1/m /h | |
3 | lactalbumin | 9% | 98°C/3Qnin | UF/65°C/2x | 60 IMi Ai | |
4 | lactalbumin | 9% | 98°C/3Qnin | UF 65°C/2x + DF/65 C |
95 IM2Ai | |
5 | Lactalbumir | 9% | 98°C/3Onin | UF/65°C/3x | 125 IM2Ai | |
6 | Lactalbumii | 130°C/l min | UF/65°C/3x | 75 IM2Ai |
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Vergleichsbeispiele
a) Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren (Lactalbumin: 9%)
wird wiederholt, wobei jedoch eine thermische Behandlung angewendet wird, bei der praktisch keine Denaturierung auftritt
(90 C/5 s). Die Ultrafiltration unter den gleichen Bedingungen ist zwar möglich, jedoch beträgt die Permeationsmenge nur
20 l/m2/h.
b) Beispiel 3 (Lactalbumin: 13%)wird wiederholt, wobei jedoch
die unter a) angegebene nicht-denatürierende thermische
Behandlung angewendet wird. Die Permeationsmenge bei der
2 Ultrafiltration beträgt nur 15 1/m /h.
Beispiele 7 bis 10
Durch Auflösen eines Pulvers bei 30 bis 50 C werden die folgenden
Proteinlösungen hergestellt:
Beispiel 7 Lactalbumin, 8%ige Lösung Beispiel 8 Kasein, 10%ige Lösung
Beispiel 9 Sojaisolat ll%ige Lösung Beispiel 10 Pischproteinkonzentrat, 8%ige Lösung
Beispiel 11 Hefeproteinkonzentrat, 12%ige Lösung.
In Beispiel 7 wird das (durch Ultrafiltration isolierte)Lactalbumin
unter den Bedingungen der Beispiele 1 bis 6 hydrolysiert, wobei jedoch ein Gemisch aus 3% Pankreatin und 0,8% neutrale Protease
bakteriellen Ursprungs (NOVO M) verwendet wird.
Das Fischproteinkonzentrat (Kabeljau) ist ein Konzentrat mit einem
Proteingehalt von 94%.
Das Hefeproteinkonzentrat wird durch Fermentation von CANDIDA UTILIS auf Melassen erhalten. Es enthält 55% Protein.
Die angewendeten thermischen Behandlungen und die Ultrafiltrationsbedingungen
sind wie folgt:
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-S-
Beisp.
Beisp.
Beisp.
Beisp. 10
Beisp. 11
Beisp.
Beisp.
Beisp. 10
Beisp. 11
7 13CTC/1 min, UF/65°C/2x
8 13O°C/1 min, UF/7O°C/2x
9 13O°C/1 min, UF/7O°C/3x
98 C/3Omin, UF/65°C/2x 98OC/30min, UF/65°C/2x
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Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung eines gereinigten Proteinhydrolysats,
dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Proteinlösung einer Hydrolyse unterwirft, das Hydrolyseprodukt einer thermischen
Behandlung unterzieht, bei welcher eine Denaturierung der darin enthaltenen Proteine stattfindet, und schließlich
die Proteine durch Ultrafiltration entfernt, wobei das Perneat der Ultrafiltration das gereinigte Proteinhydrolysat darstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrolyse auf enzymatischem Wege durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Enzym Pankreatin verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die thermische Behandlung bei 100 bis 140 C während 10 s bis 4 min
durchführt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die thermische
durchführt.
thermische Behandlung bei 75 bis 10O0C während 2 bis 60 min
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen der thermischen Behandlung und der Ultrafiltration
das Hydrolyseprodukt durch eine Kolloidalmühle hindurchführt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ultrafiltration unter Verdünnung ("Diafiltration") durchführt
.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Ultrafiltration mit Membranen durchführt, die eine Schnittzone
zwischen 1000 und 10000 aufweisen.
9. Verwendung eines nach Anspruch 1 hergestellten gereinigten Hydrolysats für Nahrungsmittelzwecke.
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