NO139462B - Fremgangsmaate for fremstilling av et sproett, knasende, tyggbart proteinprodukt - Google Patents

Description

.Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte av den art

som er angitt i kravets ingress.

I de senere år er megen oppmerksomhet blitt rettet mot utviklingen av nye proteinkilder i menneskef6de. Det eksisterer et behov for proteinmateriale som kan innarbeides i matvarer eller som er anvendelige som et grunnleggende proteinholdige stoff i menneskefode. Hurtig okning av verdensbefolkningen har gjort den fortsatte avhengighet av tradisjonelle proteinkilder hoyst upraktisk. Dessuten, proteintilforsien fra typi-

ske proteinkilder, slik som animalsk kjott og vissegronnsaker,

er utilstrekkelig til å gi et balansert kosthold som er til-strekkelig til å tilfredsstille de menneskelige behov verden over. Disse faktorer sammen med de vanskeligheter som er forbundet med å fremskaffe protein fra tradisjonelle kilder på

grunn av tbrke, oversvommelse og nedgang både i dyrehold og avlinger gjor at situasjonen er kritisk.

En mulig losning av problemet å tilfredsstille det stadig okende behov for proteinfode er tilveiebragt ved fremgangsmåter for den bio-syntetiske fremstilling av protein ved dyrkningen av mikroorganismer på hydrokarbon eller andre stoffer. Det er f. eks. kjent at mikroorganismer, slik som bakterier og gjær,

som ér dyrket ved. enkelt-celle reproduksjon, inneholder hoye proteinandeler og kan brukes direkte i matvarer som materiale av hele celler eller kan behandles for å utvinne rendyrket protein. Forsok i den senere tid har vist at mikroorganismer, dyrket på hydrokarbonsubstrater, kan anvendes med hell i fdr til dyr, men ennå er disse mikroorganismer ikke blitt kommer-sielt akseptert ved mattilberedninger egnet for menneske-

føde.

Med utviklingen av vellykkede fremgangsmåter for den syntetiske fremstilling av protein-holdige mikroorganismer (noen ganger i det folgende betegnet enkelt-celle-proteiner) har et oyeblikkelig behov oppstått for metoder for å teksturisere slike enkelt-celle-proteinmaterialer på en måte som er til-strekkelig til å gjore dem egnet for bruk i næringsmidler.' Generelt fremstilles enkelt-celle-protein forst som en våt

pasta og omdannes deretter til torr pulverform. Dette torre pulver, av utseende og grep lignende mel, mangler konsisten-sen og matfomemmelse som er nødvendig for å gi et attraktivt næringsmiddel. Dessuten, når anbragt i vann vender det pul-veriserte enkelt-celle-protein fort tilbake til enkelt-celle-formen.

Idéelt er det derfor onskelig å meddele egenskaper slik som tyggbarhet, sprohet, motstandsevne mot dispergering i vann og lignende til slike enkelt-celle-proteiner for at de kan anvendes best mulig som tilsetningsmidler til og som erstatninger for naturlige næringsmidler.

Forskjellige fremgangsmåter er kjent på området for å bevirke teksturdannelse i protein basert på soyabonner, men slike fremgangsmåter kan vanligvis ikke anvendes i enkelt-celle-teknologien og er ikke effektiv ved slik anvendelse.

Anvendelsen av "teksturiserte vegetabilske proteiner" (i det folgende betegnet TVP) i næringsmidler, særlig som.droyemid-ler for kjott eller analoger har okt kraftig. Mange forutsier at markedet for TVP kan nå 10% av alt hjemlig kjottforbruk innen året 1985. Teknologien for å teksturisere soyaprotein er veletablert. For tiden er det hovedsakelig to typer TVP som fremstilles på markedet. Nemlig det ekspanderte vegetabilske protein fremstilles ved en termoplastisk ekstruderings-teknikk og det strukne vegetabilske protein ved en fiber-spinneteknikk. TVP er karakteristisk ved at det har struktu-rell integritet og identifiserbar tekstur. Disse trekk gjor det i stand til å motstå hydrogenering ved kokning og andre fremgangsmåter som anvendes ved fremstilling av næringsmidlet. For at enkelt-ce7le-proteiner (SCP) skal kunne konkurrere med vegetabilske froproteiner og få sin andel av proteinmarkedet i fremtiden må det teksturiseres og behandles for fjerning av nukleinsyre.

Det menneskelige stoffskiftesystem gir urinsyre slik som ved ribonukleinsyrens (RNA) metabolisme. Da mennesket ikke har et uricase-enzym-system, brytes urinsyre ikke ytterligere ned og utskilles med urin. Da urinsyre har en meget lav opploselighet i vann vil den akkumulere i legemet i krystallinsk form hvis den produseres i storre mengder enn legemet kan utskille. Dette kan fore til tilstanden kjent som podagra. Mange ernærings-eksperter har anbefalt at RNA-inntaket i kosten holdes på et lavt nivå.

Mikrobielle celler eller enkelt-celle protein-(SCP)-materialer inneholder fra 4 til 30 % eller mer nukleinsyrer alt etter deres veksthastighet og fasen for vekst. Vanlig er de mikrobielle cellers hoyere nukleinsyreinnhold forbundet med hurtige vekstfaser. Hvis de mikrobielle celler skal anvendes som pro-teinkilde i næringsmidler for mennesker anbefaler ernærings-eksperter vanligvis at mengden av nukleinsyrer som av SCP til-fores kosten ikke skal overstige 2 g pr. dag.

De beregnede RNA-innhold for noen vanlige proteinkilder er angitt i tabell I. Disse varierer fra 0 til 4 %. RNA-innholdet av SCP ligger vanligvis fra 8 til B % for eksponentielle vekstfaseceller. I SCP bestemt for menneskelig forbruk skal RNA-innholdet fortrinnsvis reduseres til ca. 2 % på celle-torrvektsbasis.

En foretrukken måte å gjore bruk av SCP-materiale er i form av brutte celler. I denne form foreligger et behov for utviklingen av hjelpemidler for å fjerne nukleinsyrer fra det mikrobielle cellemateriale. Dette skal helst gjennomfores med et minimalt tap av proteinmaterialer fra cellene for å opprett-holde den ernæringsmessige tiltrekning av slike SCP materialer .

En.fremgangsmåte for å oppnå forannevnte mål er å dra fordel av det enzymsystem som allerede er tilstede i de encellede mikroorganismer, aktivere de latente enzymer slik at de virker degraderende eller hydrolytiske på en selektiv måte på de spe-sielle nukleinsyre-typer som er tilstede i SCP materialet. En slik fremgangsmåte er blitt beskrevet i US-patentsoknad nr. 838.453, nå henlagt, hvor magnesiumion holdes tilbake fra næringsmiddelsystemet under fermentering for å oke aktivite-ten av RNase og samtidig deaktivere RNA-polymerase. Foretrukne betingelser omfatter oppvarmning av den mikrobielle struktur til 45° til 100°C under alkaliske betingelser, avkjoling og deretter tilsetning av glukose som lekasjeaktivator i et av-sluttende fermenteringstrinn.

En annen fremgangsmåte er beskrevet av Ohta, Maul, Sinskey og Tannenbaum i en artikkel fremlagt under den 160. ACS Natio-nal Meeting, Chicago, Illinois, september, 1970, hvor en meget fortynnet (mindre enn 1 vekts% celler) vandig oppslemning av gjærceller oppvarmes i en spesifikk temperatursyklus: Meget kort (3-17 sekunder) ved 65-70°C for å sjokkbehandle cellene; derpå 1-2 timer ved 45-50°C; og endelig ca. 1 time ved 55-60°C. Varmesjokk-trinnet hevdes å være kritisk. Den optimale pH er fra 5,0 til 6,5 i motsetning til de alkaliske betingelser som er foretrukket ved den for ste forannevnte fremgangsmåte.

Begge de beskrevne fremgangsmåter reduserer nukleinsyreinnholdet i cellulære materialer, men kan bare operere ved de relativt fbrtynnede fermenteringsoppslemninger.

Hva angår: tørking av gjærmateriale ved stekning i olje er en fremgangsmåte beskrevet i hollandsk patent nr. 156.387. Kort sagt vedrører denne fremgangsmåte stekning av en pasta av hele gjærceller for å oppnå et produkt med kjøttsmak. Imidlertid nev-ner dette dokument ikke. (1), bruken av oljestekningsteknikk for teksturisering av brutte gjærceller, (2) viktigheten av fjernin-gen av nukleinsyre før materialet stekes og (3) rehydratiserings-trinnet etter stekning av cellematerialet.

Fra US-patent nr. 3.775.393 og norsk søknad nr. 75.0291 er det kjent fremgangsmåter for å fjerne nukleinsyre fra et cellemateriale, hvor dette i henhold til det nevnte US-patent i et første trinn behandles ved en pH i området 8,0 - 11,0, mens i et tilsvarende trinn i henhold til foreliggende cppfinnelse anvendes et pH område på 7,5 - 8,0. I henhold til norsk søknad nr. 75.0291 fjernes nukleinsyren ved en varmebehandling ved en temperatur over stigende 100°C, mens i det tilsvarende trinn i henhold til opp-finnelsen anvendes et temperaturområde på 7 5-95°C.

Ved foreliggende fremgangsmåte er den initiale behandling av cellematerialet betydelig mildere enn de korresponderende trinn i henholdsvis US-patent nr. 3.775.393 og norsk søknad nr. 75.0291.

Et formål med nærværende oppfinnelse er å fremskaffe en ny og forbedret fremgangsmåte for teksturisering av mikrobielt materiale av brutte celler, hvilket materiale er blitt behandlet

for fjerning av nukleinsyre til et nivå som vanligvis kan aksep-teres i næringsmiddelprodukter bestemt for menneskelig bruk.

Et annet formål er å fremskaffe nye og anvendelige næringsmiddelprodukter og næringsmiddelingredienser som omfatter teksturiserte SCP-materialer som har et hensiktsmessig lavt nukleinsyreinnhold.

Foreliggende fremgangsmåte er særpreget ved det som er angitt

i kravets karakteriserende del.

Den resulterende, forbedrede SCP-næringsmiddelkomponent har stort sett ikke mistet noe av sitt proteininnhold og inneholder en redusert mengde nukleinsyre. Dette produkt kan anvendes som kjøttdrøyemiddel eller til snacks.

Det er blitt funnet at det meste av nukleinsyreinnholdet i enkelt-celle-mikroorganismer kan fjernes ved å justere pH for en homogenisert oppslemning av brutte mikrobielle celler under kontrollerte temperaturbetingelser. Dette oppnås uten å angripe proteinmaterialet vesentlig. Det mikrobielle cellemateriale tilsettes til en spisbar olje og mens det rores langsomt om, dypstekes det til teksturisert form. Det resulterende teksturiserte produkt er sprott, knasende, tyggbart, har en mild eller behagelig smak og er motstandsdyktig overfor dispersjon i vann. Dette teksturiserte produkt kan anvendes som snacks, eller rehydratiseres og anvendes som et droyemiddel. Dessuten kan det torkede, brutte cellemateriale rehydratiseres ved koking med forskjellige ingredienser basert på sammensetningen og der-

på gjentorkes for å anvendes som snacks eller kjottdroyemid-del.

Utforelsen av nærværende oppfinnelse kan anvendes på et bredt spekter av mikroorganismer og særlig på de organismer som er klassifisert som bakterier, gjær-arter og sopp. For å belyse dette kan nevnes at bakterier slik som de som er angitt i tabell II, gjær-arter slik som de som er angitt i tabell lii og sopp slik som de som er angitt i tabell IV er egnede mikroorganismer.

Candida utilis, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces fra-gilis Ovj Saccharomyces carlsbergensis er foretrukne utgangs-materialer ved fremgangsmåten ifolge nærværende oppfinnelse, dette fordi hver av disse av F.D.A. generelt har vært ansett som uskadelige å bruke i næringsmiddelprodukter.

Mikrobielle celler egnet for fremgangsmåten ifolge nærværende oppfinnelse kan dyrkes aerobt enten på satsvis eller kontinuerlig måte. Ethvert karbon-produserende substrat kan anvendes skjont et etanolsubstrat er foiEtrukket for fremstillingen av SCP-produkter for anvendelse i næringsmidler. Enhver vanlig kombinasjon av mineralske næringsmiddelelementer kan anvendes. En hensiktsmessig nitrogenkilde er ammoniakk som også kan til-fores fermenteringsanordningen hvis nodvendig for å opprett-holde pH for fermenteringsvæsken fortrinnsvis innen området fra 3,5 til 5,5. Celler som er blitt dyrket med stor hurtighet . har vanligvis et hoyere nukleinsyreinnhold, mens de som er dyrket langsommere har tendens til å ha en mere permeabel celle-vegg. Begge disse typer, såvel som celler dyrket under oksygen-begrensende eller substrat-begrensende betingelser kan behandles med hell ifolge nærværende oppfinnelse for å gi forbedrete og akseptable næringsmidler og næringsmiddelkomponenter egnet for mennesker.

Sprengning av de mikrobielle celler kan utfores med alle egnede fysiske hjelpemidler ved hensiktsmessige temperaturer. Således kan f.eks. enhver homogeniseringsanordning, kolloid-molle, kule-molle eller ultrasonisk anordning anvendes.

Ved bruk av olje som et varmeoverforingsmiddel anvendes stekning som metode for å torke det brutte mikrobielle cellemateriale. Denne torkeprosess tillater at vann unnslipper fra massen og forårsaker derved at det stekte materiale får en poros struktur. Det stekte materiale får en svampaktig tekstur når det blir hydratisert. Den unnslippende vanndamp fører med seg noe av den uønskede gjærsmak og stekningen gir en kjott-lignende smak.

Oljen eller fettet som anvendes ved fremgangsmåten ifolge nærværende oppfinnelse kan være enhver spisbar olje eller ethvert spiselig fett fra animalske eller vegetabilske kilder, f.eks. mais-

olje, peanottolje, smult, soyabonneolje, palmeolje eller hydrogenert eller delvis hydrogenert palmeolje, eller delvis hydrogenert, desodorisert fiskeolje. Enhver spisbar olje eller ethvert spiselig fett kan anvendes med eller uten tilsetning av et antioksydasjonsmiddel. Forskjellige smaksproblemer og forskjellige tilvirkningsproblemer kan imidlertid henfores til den type olje som anvendes. Det ser ut som om de animalske fett-arter kan ha fordelen av å meddele ekte kjottsmak.

Når stekningen utfores ved lavere temperaturer, absorberes

mere olje av produktet. Ethvert overskudd av olje eller fett kan imidlertid fjernes ved sentrifugering eller ved en rehy-dratiseringsbehandling.

Gjærmaterialet som skal stekes er vanligvis mildt i smak eller har en svakt gjæraktig ettersmak. Denne smak kan forbedres meget ved å tilsette smaksstoff slik som kunstig smaksstoff, mononatrium-glutamat, salt, pepper, sukker, etc. Den lyse farge kan modifiseres med fargestoffer og"næringsmidler slik som vitaminer, mineraler og aminosyrer, særlig metionin.

Forskjellige gelerings- eller;stivelsesmidler kan tilsettes

for å gi riktig konsistens, elastisitet og viskositet. Dette letter etterfølgende behandling bg teksturisering av produktet. Kalsiumbehandlingen tjener til å meddele mere fleksibilitet

ved valg av den bnskede teksturkvalitet og morhetsgrad.

Som kjbttdrbyemiddel skal det teksturiserte produkt anvendes

i våt formienten rehydratisert av brukeren like for blanding med kjott eller i "ferdig for bruk" form som kan være. hermetisert eller i frossen tilstand. Rehydratiseririgen utfores ved å gjennomfukteeller koke det stekte produkt i vann og fjerne overskytende olje ved dekantering. Alternativt kan det stekte, teksturiserte produkt rehydratiseres ved en for-kokningsbehand-ling, ved hvilken tilsetninger er formulert og tilsatt. Det på forhånd kokte, teksturiserte produkt kan anvendes som et kjbttdrbyemiddel i en substans som skal tilberedes eller som en spiseferdig, tilberedt kjotterstatning. Dessuten kan det foreligge i fuktig form eller stekes igjen for å gi et næringsmiddel av snackstypen.

Det forventes at utviklingen, av forskjellige spesifikke næringsmiddelprodukter er mulig.med modifikasjoner av den grunnleggende oljestekningsteknikk.som kan etterfølges av hydrati-sering eller tilberedning på forhånd. Den grunnleggende ide med nærværende fremgangsmåte for å teksturisere det mikrobielle cellemateriale er satt opp som folger:

De folgende eksempler illustrerer nærværende oppfinnelse.

EKSEMPEL 1

Gjærceller desintegreres ved å fores gjennom en Manton-Goulin-homogeniseringsanordning. Nukleinsyren fjernes ved å regulere pH til 7,5 - 8,0 og deretter oppvarme, til en temperatur på 75 - 95°C i 5 - 30 minutter. Det varme-koagulerte materiale behandles med kalsiumhydroksyd og pH oker ved dette til mellom 10 og 12 og oppvarmes til mellom 75° og 95°C, og avkjoles derpå umid-delbart. Blandingen nøytraliseres tilbake til pH 7,5 ved å tilsette 1 til 6 N HC1 og fjerne det overskytende kalsiumion i form av kalsiumklorid. Det utvunne pastamateriale har 7 3 %'s fuktighet. En andel av materialet legges ned i Wesson-olje som er oppvarmet til 160°C. Temperaturen faller til HO°C like etter tilsetningen. Materialet som er neddykket i den varme olje rores omhyggelig og langsomt om for å bryte opp den myke masse i mange små klumper. Etterhvert som fremgangsmåten skri-der frem fjernes vann kontinuerlig som damp og temperaturen stiger gradvis samtidig med forandringer av dimensjon, tett-

het, tekstur og farve. Materialet er fullstendig torket når temperaturen igjen har nådd ca. 160°C, og materialet får en brunaktig farge og har en spro tekstur. Det stekte materiale fores gjennom et filter for å fjerne overskytende olje. Produktet er sprott og smaker som malt kjott. Ingen gjæraktig smak.eller lukt kunne påvises. Det har en poros struktur og når det hydratiseies ved kokning i vann sveller det og blir elastisk med en svampaktig struktur. En Hamburger-prøve viser at smaken og teksturen er akseptabel når 15 g av det fuktige, teksturiserte materiale (tilsvarende 7,5 g tort storf) blandes og tilbere-

des med 100 g ferskt Hamburger-kjott.

EKSEMPEL 2

Materialet fremstilles som beskrevet i eksempel 1 og tilsettes derpå til den varme olje ved 150°C i form av tråder ved in-jisering med en sprøyte, På grunn av det lave forhold mellom materiale og olje iakttas ingen drastisk forandring i temperatur. Materialet i form av tråder stekes fort i ldpet av 1 minutt. Hvorvidt behandlingen er fullfort kan bedbmmes ved forandringen av tetthet. Det stekte materiale synker til bunnen av oljebadet. Materialet beholder stadig sin trådform, men har uregelmessig overflate og en porbs struktur bygget opp av mange individuelle hule cellelommer. Trådene kan filtres sammen under stekning for å meddele materialet et nettlignende utseende.

EKSEMPEL 3

Gjærmaterialet fremstilles som beskrevet i eksempel 1 bortsett fra at det ikke utfores noen kalsiumbehandling. Pastaen har et hbyere fuktighetsinnhold på 83 %. Etter at det er stekt og rehydratisert har materialet en mykere tekstur som synes å være mere sammenlignbar med Hamburger-kjott enn det som fremstilles i eksempel 1. En forskjell i smak. kan ikke påvises. Materialet er mindre tyggbart enn det som er behandlet med kalsium.

EKSEMPEL 4

Det stekte materiale som oppnås i eksempel 1 rehydratise-

res ved koking i en sammensatt juice av kunstig oksekjbttsmak, mononatriumglutamat, hydrolysert vegetabilsk protein, sukker, salt og pebber. Materialet tilberedes inntil juicen er nesten konsentrert til tbrrhet. Det fuktige tilberedte materiale smakte som tilberedt malt okekjbtt. Det fuktige tilberedte materiale tbrkes ytterligere i en varmluftovn ved 70-80°C inntil det er tbrket og sprbtt. Det tbrkede preparat smakte som stekte kjbttstykker.

EKSEMPEL 5

Fremgangsmåten i eksempel 4 ble fulgt bortsett fra at ingen kunstig oksekjbttsmak ble tilsatt. Det tilberedte materiale smakte som lever.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et sprøtt, knasende, tyggbart proteinprodukt som har en mild og behagelig smak, som ikke dispergeres i vann, og som har en utviklet struktur, fra en 5 - 15 %'ig vandig homogenisert oppslemning av brutt, mikrobielt cellemateriale, karakterisert ved at: a. nukleinsyre fjernes fra den homogeniserte celleoppslemning ved å justere pH til mellom 7,5 og 8, hvoretter celleoppslem-ningen oppvarmes ved en temperatur på 75 - 95°C i 5 - 30 min., b. oppslemningen fra trinnet (a) behandles ved at pH justeres med kalsiumhydroksyd til mellom 10 og 12, oppslemningen oppvarmes til 75 - 95°C og avkjøles så øyeblikkelig, nøytraliseres med saltsyre til pH 7,5 og overskuddet av kalsiumioner fjernes i form av kalsiumklorid, c. cellematerialet fra trinn (b) tilsettes til en spiselig olje som holdes ved en temperatur i området 120 - 160°C, d. blandingen av cellematerialet og olje fra trinnet (c) rø-res for å bryte opp den bløte massen av cellematerialet i mindre klumper og stekes for å oppnå kontinuerlig fjerning av vann i form av vanndamp, og e. eventuelt overskudd av olje fjernes fra det stekte materialet ved avrenning, sentrifugering eller en rehydratiserings-behandling.