Verfahren zur Herstellung von Sojaproteinen mit hoher Gelbildungsfähigkeit und Verwendung der nach dem Verfahren erhaltenen Proteine zur Herstellung von Nahrungsmitteln
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sojaproteinen mit hoher Gelbildungsfähigkeit sowie die Verwendung der so erhaltenen Proteine zur Herstellung von Nahrungsmitteln.
Es ist bekannt, Sojaproteine durch Aufarbeiten von Sojabohnenmehl zu gewinnen und durch Konzentrieren oder Isolieren der Proteine in eine Form überzuführen, die ihre Verwendung zur Herstellung von Nahrungsmitteln, insbesondere zur Verarbeitung von Fleischprodukten oder ungeformten Produkten aus Meerestieren erlaubt. Da es sich jedoch bei den derart hergestellten Sojaproteinen um Kugelproteine handelt, wird die Quali- tät der damit verarbeiteten Produkte oft spontan herabgesetzt, da die Sojaproteine einer Veränderung ihres physikalischen Zustandes widerstehen.
Die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellten Produkte haben die folgenden Nachteile: geringe Gelfestigkeit, selbst wenn sie eine gewisse Gelbildungsfähigkeit aufweisen, ferner mangelnde Gelfestigkeit und Fliessvermögen, was bei Verwendung der Proteine zur Herstellung von ungeformten Produkten aus Meerestieren sowie Wurstwaren und Schinken zu einer Beeinträchtigung der Streckbarkeit und der Kaufähigkeit führt.
Ausserdem wirkt sich ihre geringe Emulgierbarkeit und unzureichende Wasseirbindungsfähigkeit nachteilig aus.
Weiterhin wurden faserartige Proteine, die durch Verspinnen der Sojaproteine unter Ausnutr 5 ihrer Koagulationsfähigkeit gewonnen worden waren, untersucht und erwiesen sich für die Verwendung zur Herstellung von Nahrungsmitteln ebenfalls als ungeeignet.
Es fehlte den damit hergestellten Produkten nicht nur an Geschmeidigkeit, vielmehr waren sie auch im Hinblick auf Emulgierberkeit und Wasserbindungsfähigkeit unbefriedigend.
Die Eigenschaften der nach den bekannten Verfahren hergestellten Proteine erwiesen sich demnach bezüglich ihrer Emulgierbarkeit, Wasserbindungsfähigkeit und insbesondere bezüglich ihrer Fähigkeit zur Gelbildung als unzureichend. Vor allem war es nach den bekannten Verfahren unmöglich, Sojaproteine zu erhalten, die diese Eigenschaften in befriedigendem Masse besitzen und ausserdem eine hohe Wasserlöslichkeit aufweisen. Es besteht daher eine starke Nachfrage nach einem Sojaprotein mit guter Wasserbindungs- und Gelbildungs- fähigkeit, das ausserdem geeignet ist, Fettstoffe, die in grossen Mengen Fleischprodukten zugesetzt werden, zu emulgieren.
Tierische Proteine sind bekanntlich faserartig und bilden bei der Verarbeitung durch gegenseitiges Verschlingen netzartige Gebilde. Obgleich die meisten dieser Proteine in Salzlösungen löslich sind, kommt es zur Ausbildung fester Netzwerke. Man nimmt an, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die löslichen Proteine beim Erhitzen unlöslich werden und so feste Gele bilden.
Die vorliegende Erfindung baut auf diesen Erkenntnissen auf und stellt das Ergebnis von Untersuchungen über die Beziehung zwischen Löslichkeit und Faserbildungsvermögen der Sojapfoteine, die sowohl vom pH Wert als auch von der Temperatur beeinflusst werden, dar.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von vorzugsweise wasserlöslichen Sojaproteinen mit hoher Gelbildungsfähigkeit, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Protein der durch wässrige Extraktion bei einem pH-Wert oberhalb 6 aus Sojabohnenmehl oder Sojabohnen erhaltenen Sojamilch bei einer unterhalb 800 C liegenden Temperatur im sauren Medium ausgefällt und abgetrennt wird, dass der pH Wert des genannten Proteins durch Zugabe von A1- kalien auf einen Wert zwischen 9 und 12 eingestellt wird, dass das Protein durch Zugabe einer Säure unge fähr auf den Neutfalpunkt neutralisiert wfrd und dass dann die erhaltene Proteinlösung auf eine oberhalb 600 C liegende Temperatur erwärmt wird.
Um bei der Herstellung der als Ausgangsmaterial zu verwendenden Sojamilch durch Extraktion mit Wasser eine möglichst hohe Ausbeute zu erzielen und ein Produkt mit möglichst hoher Wasserlöslichkeit zu erhalten, werden bevorzugt Sojabohnen bzw. Sojamehl mit einem hohen Gehalt an wasserlöslichen Proteinen als Ausgangsmaterial verwendet. Die Extraktion kann bei niedrigen Temperaturen oder bei erhöhter Temperatur, z.B. bei etwa 1000 C, durchgeführt werden.
Falls basische Zusätze oder Sulfite zur Erhöhung der Bleichwirkung sowie zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Extraktion zugesetzt werden, empfiehlt es sich aus wirtschaftlichen Gründen, bei erhöhter Temperatur zu arbeiten. Als Basen kommen dabei allgemein Alkalien, z. B. Natriumhydroxyd oder Kaliumhydroxyd, ferner Natriumcarbonat oder Natriumbicar- bonat und als Sulfite Natriumsulfit oder Natriumbisulfit in Frage.
Die Sojamilch wird dann zum Ausfällen und Abtrennen des Proteins durch Zugabe einer Säure angesäuert. Dabei fällt das Protein im geronnenen Zustand an. Der pH-Wert beträgt hierbei zweckmässigerweise 3,5 bis 5, vorzugsweise 4,2 bis 4,5. Zum Ansäuern können geniessbare organische oder anorganische Säuren, wie beispielsweise Essigsäure, Milchsäure, Salzsäure, Phosphorsäure oder Schwefelsäure verwendet werden. Das Ansäuern erfolgt bei einer Temperatur unterhalb 800 C, vorzugsweise unterhalb 700 C, um zu erreichen, dass die Löslichkeit des Proteins bei den nachfolgenden Behandiungsschritten erhalten bleibt. Bei Temperaturen oberhalb 800 C ist es schwierig, die Wasserlöslichkeit des Produktes bei den weiteren Behandlungsschritten zu erhalten und die Ausbildung einer Faserstruktur der Proteinmoleküle zu erreichen.
Anschliessend wird der pH-Wert des ausgefällten und abgetrennten Proteins durch Behandeln mit Basen auf einen pH-Wert von 9 bis 12, vorzugsweise von 9 bis 11, eingestellt. Hierfür können die gleichen Basen wie bei der Extraktion verwendet werden. Bei einem pH-Wert kleiner als 9 kommt es zu einer Be einträchtigung des Fliessverhaltens, während pH-Werte grösser als 9 eine Braunfärbung des Proteins zur Folge haben. Ausserdem kann es dabei zu einer Erhöhung des Salzgehaltes des Endproduktes kommen, was zu einer Hydrolyse des Proteins und damit zu einer Herabsetzung der Viskosität führen kann.
Durch dieses Vorgehen wird erreicht, dass das Protein seine Wasserlöslichkeit wiedergewinnt und dass es dabei zumindest teilweise zur Ausbildung einer Faserstruktur der Proteinmoleküle kommt. Dies führt dazu, dass dem Protein die Fähigkeit, Wasser zu binden und ein Gel zu bilden, verliehen wird. Es ist anzunehmen, dass die Kugelproteine im Lauf der Zeit insbesondere beim Rühren in faserförmige Proteine übergehen, da hierbei ein Teil des Sojaproteins aufgespalten und das kugelförmige Protein aufgelockert wird.
Dann wird das Protein zum Erreichen annähernd neutraler Reaktion neutralisiert, da bei Nahrungsmitteln eine alkalische Reaktion unerwünscht ist, zumal diese zu einer Beeinträchtigung des Geschmacks und der Haltbarkeit führt. Insbesondere kommt es bei alkalischer Reaktion zu einer raschen Fäulnis sowie zu einer unerwünschten Verfärbung des Produktes. Besonders beim erfindungsgemässen Verfahren besteht die Neigung, dass das Protein sich braun verfärbt, wenn während des nachfolgenden Erwärmens die alkalische Reaktion aufrechterhalten bleibt. Es ist deshalb notwendig, das Protein vor dem anschliessenden Verfahrensschritt annähernd zu neutralisieren, d. h. auf einen pH-Wert von etwa 5 bis 8, vorzugsweise von 6 bis 7, einzustellen. Unter annähernder Neutralisation ist zu verstehen, dass das Protein schwach sauer, neutral oder schwach alkalisch gemacht wird.
Die Neutralisation erfolgt durch Zugabe einer Säure, wobei die gleichen Säuren wie zuvor beschrieben verwendet werden können.
Wird das durch Ansäuern ausgefällte Protein unmittelbar nach dem Abtrennen neutralisiert und getrocknet, ohne dass dazwischen eine Behandlung mit Basen erfolgt, so besteht die Möglichkeit, dass die Fähigkeit des Proteins, Wasser zu binden, nur ungenügend ist und dass es vor allem eine Hygroskopizität von 150% besitzt. Wird das zu 150 m hydratisierte oder hygroskopische Produkt zur thermischen Denaturierung und Koagulation des Proteins erhitzt, so erhält man ein Protein mit geringer Gelfestigkeit und lmzureichendem Fliessvermögen. Demzufolge sind die zuvor beschriebenen, aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte des Ansäuerns, Basifizierens und Neutralisierens als ausserordentlich wesentliche Merkmale der vorliegenden Erfindung anzusehen.
Weiterhin ist es notwendig, die Temperatur nach der Isolierung des Proteins während der zu verschiedenen pH-Werten führenden Verfahrensstufen so wenig wie möglich zu erhöhen.
Aus wirtschaftlichen Gründen kann es vorteilhaft sein, das Protein aus Sojabohnenmehl oder aus in wässrig saurer Lösung ausgelaugtem Sojabohnenmehl unter Verwendung von Alkalien zu extrahieren. Bei Verwendung von starken Alkalien zur Extraktion kann es zu einer Hydrolyse des Proteinmoleküls kommen, was zu einer Abnahme der Viskosität der wässrigen Proteinlösung führen kann. Demnach ist dieses Extraktionsverfahren mit dem entscheidenden Nachteil verbunden, dass das viskoelastische Verhalten des Proteins bei der Wärmekoagulatton beträchtlich verschlechtert wird.
Demgegenüber wird das Protein bei dem erfindungsgemässen Verfahren nicht hydrolysiert, sondern zu langgestreckten Gebilden umgeformt, so dass es, falls der pH-Wert des isolierten Proteins auf einen Wert zwischen 9 und 12 eingestellt wird, die erwünschten Fliesseigenschaften erhält. Demnach ist es, um die durch die Erfindung zu erzielenden Wirkungen zu erhalten, notwendig, dass das Protein, welches bei der wässrigen Extraktion von Sojabohnenmehl oder Sojabohnen als wässrige Lösung erhalten wird, zur Erhöhung der Pro temkonzentration an seinem isoelektrischen Punkt ausgefällt wird und dass dann anschliessend der pH-Wert auf einen Wert zwischen 9 und 12 eingestellt wird.
Wird bei der Einstellung des pH-Wertes des isolierten Proteins anders verfahren, so können diese Wirkungen im Zusammenhang mit dem nachfolgenden Erwärmen nicht erreicht werden.
Erfindungsgemäss wird die wässrige Proteinlösung, die, wie im vorhergehenden beschrieben, annähernd neutralisiert worden war, durch Erhitzen denaturiert.
Zu diesem Zweck wird die Lösung kurzzeitig auf eine Temperatur oberhalb 600 C erhitzt, wobei allerdings ein zu starkes Erhitzen vermieden werden soll. Das Erhitzen der Lösung kann entweder direkt durch Einblasen von Dampf oder indirekt geschehen. Die Ausbildung der Faserstruktur des Sojaproteins, die durch die vorhergehende Behandlung, insbesondere durch den Wechsel des pH-Wertes der Lösung, erfolgt war, wird durch die Wärmebehandlung noch weiter gefördert. Auf diese Weise kann die bereits vorhandene Fähigkeit zum Binden von Wasser sowie die Gelbildungsfähigkeit noch erhöht werden. Dabei ist es jedoch zweifellos notwendig, die zuvor erreichte Wasserlöslichkeit des Proteins aufrechtzuerhalten.
Erfolgt die Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb 600 C, so muss zur Erzielung der erwünschten Eigenschaften zu lange erhitzt werden, wodurch die Gelbildungsfähigkeit herabgesetzt wird. Ein zu starkes Erhitzen sollte jedoch ebenfalls vermieden werden, selbst wenn die Temperatur oberhalb
600 C liegt.
Die Wärmebehandlung kann bei einer Temperatur zwischen 60 und 1500 C erfolgen und sollte bei einer Temperatur vorgenommen worden, bei weicher der Stickstofflösungsindex (N. 5. 1.) des sprühgetrockneten Pulvers bei einem Wassergehalt von 10 % oberhalb 40 liegt.
N. S. des wasserlösl. Proteins 100
Gew. des Gesamtproteins
Bei zu starkem Erhitzen kann die Löslichkeit des Proteins verlorengehen und die Gelbildungsfähigkeit sowie die Fähigkeit, Wasser zu binden, verringert werden.
Wird die proteinhaltige Flüssigkeit, die durch Einstellung des pH-Wertes erhalten worden war, ohne thermische Denaturierung getrocknet, so werden die durch die Erfindung zu erzielenden Wirkungen nicht erreicht und man erhält ein Produkt mit einer sehr geringen Gelbildungsfähigkeit. Daraus folgt, dass die durch die Erfindung zu erzielenden Wirkungen nur erreicht werden, wenn alle der im vorhergehenden beschriebenen Verfahrens schritte einschliesslich der Wärmebehandlung, die von ausserordentlicher Wichtigkeit ist, durchgeführt werden.
Die durch die Erfindung zu erreichenden Wirkungen sollen in der nachstehenden Tabelle gezeigt werden:
Alkali- Therm. Denaturierung 4facher
Behandlung nach der Neutralisation Faltungstest (NaOH) Temp. Zeit Dicke 3 mm pH oC min.
7,0 100 2 A
8,0 60 70 C
8,0 80 20 B
8,0 100 2 A
9,0 60 70 A-AA
9,0 80 20 AA
9,0 100 2 AA
10,0 100 2 AA
11,0 100 2 AA
12,0 100 2 B-A
10 keine keine D Durchfükzrung des vierfachen Faltungstests:
1. In einer Schneidvorrichtung werden:
200 g Proteinprodukt
600 g Wasser
90 g Fett
15 g Salz homogen vermischt.
2. Deformieren
3. Einfüllen in ein Rohr
4. Abpacken
5. 40minutiges Erhitzen auf 900 C
6. Abkühlen in Leitungswasser
7. Schneiden zu 3-mm-Scheiben
8. Falten der Streifen (2fach und 4fach)
Die beim vierfachen Faltungstest erhaltenen Ergebnisse sind in der vorgehenden Tabelle aufgeführt.
Rissbildung bei zweifachem Falten B
Rissbildung bei vierfachem Falten A
Keine Rissbildung bei vierfachem Falten AA
Proben, die schlechter als B sind C
Proben mit geringer Verformbarkeit D
Erfindungsgemäss kann die Wasserbindungsfähigkeit weiter erhöht werden, d. h. die Wasserbindungsfähigkeit, die vor der Wärmebehandlung im Bereich zwischen 200 und 220 % liegt, wird durch Erhitzen und Trocknen so erhöht, dass sie dann im Bereich zwischen 300 und 330 % liegt. Gleichzeitig kann die Gelbildungsfähigkeit erhöht werden.
Wird beispielsweise eine wässrige Lösung, die 13 Gew.% Protein und 2,5 Gew.% Kochsalz enthält, 30 Minuten lang auf 800 C erhitzt, so kommt es zur Bildung eines Gels, das jedoch ohne Wärmebehandlung zur Bildung von Rissen neigt, während es, wenn eine Wärmebehandlung durchgeführt worden war, eine gute Standfestigkeit sowie viskoelastische Eigenschaften, die einer Rissbildung entgegenwirken, aufweist. Im allgemeinen kommt es zu einer Verringerung der Gelbildungsfähigkeit, wenn das Sojaprotein bei der Herstellung von Wurstwaren mit Fetten in Berührung gebracht wird. Das nach dem erfindungsgemä ssen Verfahren erhaltene Protein weist jedoch selbst bei einem Fettgehalt von beispielsweise 10 bis 15 % und einem Salzgehalt von 2,5 % viskoelastische Eigenschaft der Stufen AA bis A auf.
Demgegenüber zeigen
Sojaproteine oder Proteine, die ohne eine Wärmebehan lung in der Endstufe des Verfahrens erhalten worden waren, viskoelastische Eigenschaften von C bis D.
Ausserdem kann durch diese Wärmebehandlung die Emulgierbarkeit erhöht werden. So zersetzt sich beispielsweise eine Emulsion, wie sie durch Zugabe von 5 % des erfindungsgemäss erhältlichen Proteins zu einem Gemisch von Wasser und Fett oder Öl im Gewichtsverhältnis 1:1 erhalten worden war, nicht, sondern behält selbst beim Erhitzen auf eine Temperatur von 1000 C ihre Konsistenz bei.
Erfindungsgemäss kann die durch die thermische Denaturierung erhaltene wässrige Lösung des Sojaproteins, falls erforderlich, durch Erhitzen getrocknet werden, um so eine grössere Haltbarkeit und eine einfache Handhabung beim Transport zu erreichen. Die Trocknung kann nach verschiedenen üblichen Verfahren erfolgen, jedoch ist hierfür die Sprühtrocknung zu bevor- zugen. Durch Emulgieren des Sojaproteins mit Wasser, Fetten, Ölen oder fettem Fleisch wird eine Emulsion besonders grosser Steifheit erhalten. Das Protein kann entweder als solches oder in Form einer Emulsion zur Herstellung von Nahrungsmitteln, beispielsweise für un geformte Produkte aus Meerestiefen, Fleischprodukte, sowie zur Herstellung von Süssigkeiten und anderen Nahrungsmitteln verwendet werden.
Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltene Sojaprotein ist in Wasser löslich und weist ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf die Fähigkeit, Wasser zu binden, die Emulgierbarkeit und die Gelbildungsfähigkeit auf. Bei Verwendung zur Herstellung von Nahrungsmitteln wie beispielsweise ungeformten Produkten aus Meerestieren oder Fleischprodukten er hält man Produkte, die sich durch ausgezeichnete Eigenschaften, insbesondere durch gute viskoelastische Eigenschaften auszeichnen.
Die Erfindung soll nunmehr anhand; der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
Beispiel I
100 kg Wasser wurden mit 20 g Natriumsulfit und 10 kg Sojabohnenmehl mit einer Stickstofflöslichkeitszahl (N. 5. 1.) von 85 oder mit Sojabohnen mit einer N. S. I. von 92 vermischt, worauf die Extraktion bei gewöhnlicher Temperatur durchgeführt wurde. Die erhaltene Sojamilch wurde anschliessend mit 250 bis 300 ml konzentrierter Salzsäure versetzt und der pH Wert auf einen Wert zwischen 4,2 und 4,6 eingestellt.
Das dabei ausgefällte Protein wurde mittels einer Zentrifuge abgetrennt, in Wasser suspendiert und die Suspension mit Natriumhydroxyd neutralisiert. Anschlie ssend wurde der pH-Wert auf einen Wert zwischen 10 und 11 eingestellt, wobei zur Homogenisierung der Suspension heftig gerührt wurde. Nachdem das Produkt auf diese Weise alkalisch gemacht worden war, wurde die Flüssigkeit erneut mit Salzsäure auf einen pH-Wert zwischen 6 und 7 eingestellt. Dann wurde die Temperatur der neutralisierten Flüssigkeit auf 1000 C erhöht, was entweder durch Einblasen eines Dampfstromes oder durch indirektes Erhitzen geschah. Im Anschluss daran wurde die Lösung in einem Sprtihtrock- ner eingedampft.
Das so erhaltene pulverförmige Protein zeigte die folgenden Eigenschaften:
Wassergehalt des Produktes 4,68 %
Rohprotein 86,3 % N. S. I. 84,8 pH-Wert (in 1 % iger wässriger Lösung) 7,25
Aschegehalt 5,93 %
Gelbildungsfähigkeit: das durch Verformen einer wässrigen Lösung, welche 2,5 % Kochsalz und 12 % des nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltenen Produktes, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, enthielt, und nachfolgendes Erhitzen auf 800 C für die Dauer von 30 Minuten gebildete Gel zeigte eine gute Standfestigkeit. Bei Verwendung von auf herkömmliche Weise hergestelltem Sojaprotein anstelle des erfindungsgemäss erhältlichen war es nicht möglich, ein Gel mit entsprechender Standfestigkeit zu erhalten. Allgemein gilt, dass durch die Anwesenheit von Salz die Gelbildungsfähigkeit herabgesetzt wird.
Demgegenüber wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren auch dann eine ausgezeichnete Gelbildungsfähigkeit erhalten. Vermischt man beispielsweise 200 g des nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltenen pulverförmigen Proteins mit 1 kg fettem Schweinefleisch, 50 g Kochsalz und 1 kg Wasser und emulgiert diese Mischung in einer Schneidmaschine 10 Minuten lang bei einer Temperatur zwischen 40 und 500 C, so erhält man eine Emulsion mit gutem Standvermögen. Wurde diese Emulsion 30 Minuten lang auf 1100 C erhitzt, so wurde eine Emulsion mit hoher Konsistenz erhalten, ohne dass es dabei zu einer Zersetzung der Emulsion kam. Durch Verwendung einer derartigen Emulsion mit hoher Standfestigkeit kann bei der Verarbeitung von Fleisch eine Wurst erhalten werden, die einen hohen Fettgehalt aufweist und gleichzeitig eine stabile Emulsion darstellt.
Beispiel 2
Zur Herstellung von Sojamilch wurden 10 kg Sojabohnenmehl mit einer N. S. I. von 88 mit 200 kg Wasser und 20 g Natriumsulfit bei einer Temperatur von 1000 C extrahiert und der Rückstand abgetrennt. Danach wurde die so erhaltene Sojamilch auf 400 C abgekühlt und der pH-Wert zur Ausfällung des Proteins durch Zugabe von Säure auf einen Wert von 4,5 eingestellt. Die weitere Verarbeitung erfolgte in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise.
Das erhaltene Produkt zeigte die folgenden Eigenschaften:
Wassergehalt des Proteins 4,25 %
Rohprotein 86,45 %
N. S. I. 70,5 pH-Wert 7,05
Aschegehalt 5,73 %
Die Gelbildungsfähigkeit war genau so gut wie diejenige des in Beispiel 1 erhaltenen Produktes.
Zu einem Gemisch aus 1 kg des nach dem oben beschriebenen Verfahren erhaltenen Sojaproteins, 3 kg Wasser, 450 g Schweinefett und 10 g Salz wurden noch weitere Pigmente und Gewürze gegeben. Das durch Vermischen der Bestandteile erhaltene Gemisch wurde in einer Schneidvorrichtung zu einer homogenen Emulsion verarbeitet und anschliessend in einen Behälter gegeben und auf einem Wasserbad derart erhitzt, dass der in der Mitte gelegene Teil 30 Minuten lang auf einer Temperatur von 800 C gehalten wurde. Das dabei erhaltene ölemulgierte Gel, das sich durch Elasti- zität und Homogenität auszeichnete, konnte zur Herstellung von wurstartigen Nahrungsmitteln eingesetzt werden.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Herstellung von Sojaproteinen mit hoher Gelbildungsfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass das Protein der durch wässrige Extraktion bei einem pH-Wert oberhalb 6 aus Sojabohnenmehl oder Sojabohnen erhaltenen Sojamilch bei einer unterhalb 800 C liegenden Temperatur im sauren Medium ausgefällt und abgetrennt wird, dass der pH-Wert des genannten Pro teils durch Zugabe von Alkalien auf einen Wert zwischen 9 und 12 eingestellt wird, dass das genannte Pro- tem durch Zugabe einer Säure ungefähr auf den Neutralpunkt neutralisiert wird und dass dann die erhaltene Proteinlösung - auf eine oberhalb 600 C liegende Temperatur erwärmt wird.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass während der Extraktion des Pro tems mit Wasser Alkalien und/oder Sulfite zugegeben werden.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ausfällung und Abtrennung
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Process for the production of soy proteins with high gel-forming capacity and use of the proteins obtained by the process for the production of food
The invention relates to a process for the production of soy proteins with high gel-forming capacity and the use of the proteins obtained in this way for the production of food.
It is known that soy proteins can be obtained by processing soybean meal and, by concentrating or isolating the proteins, convert them into a form which allows them to be used for the production of food, in particular for processing meat products or unformed products from marine animals. However, since the soy proteins produced in this way are spherical proteins, the quality of the products processed with them is often spontaneously reduced, since the soy proteins resist a change in their physical state.
The products produced by the method described above have the following disadvantages: poor gel strength, even if they have a certain gel-forming ability, and also poor gel strength and flowability, which when the proteins are used for the production of unformed products from marine animals, as well as sausage products and ham, impair the Extensibility and chewability leads.
In addition, their low emulsifiability and inadequate water binding capacity have a disadvantageous effect.
Furthermore, fibrous proteins obtained by spinning the soy proteins with the exception of their coagulability were investigated and were also found to be unsuitable for use in the production of food.
The products made with them not only lacked suppleness, they were also unsatisfactory in terms of emulsifiability and water-binding ability.
The properties of the proteins produced by the known processes have accordingly proven to be inadequate with regard to their emulsifiability, water-binding capacity and, in particular, with regard to their ability to form gels. Above all, it was impossible by the known processes to obtain soy proteins which have these properties to a satisfactory extent and also have high water solubility. There is therefore a strong demand for a soy protein with good water-binding and gel-forming properties, which is also suitable for emulsifying fatty substances which are added in large quantities to meat products.
Animal proteins are known to be fibrous and, when processed, form network-like structures when they are entangled with one another. Although most of these proteins are soluble in salt solutions, solid networks are formed. It is believed that this is due to the fact that the soluble proteins become insoluble when heated, thus forming solid gels.
The present invention is based on these findings and represents the result of studies on the relationship between solubility and fiber-forming ability of soy potencies, which are influenced by both pH and temperature.
The invention therefore relates to a process for the production of preferably water-soluble soy proteins with high gel-forming ability, which is characterized in that the protein of the soy milk obtained by aqueous extraction at a pH above 6 from soybean meal or soybeans is at a temperature below 800 C. acidic medium is precipitated and separated, that the pH value of the protein mentioned is adjusted to a value between 9 and 12 by adding alkalis, that the protein is neutralized to about the neutral point by adding an acid and that the protein solution obtained is then neutralized is heated to a temperature above 600 C.
In order to achieve the highest possible yield in the production of the soymilk to be used as the starting material by extraction with water and to obtain a product with the highest possible solubility in water, soybeans or soybean meal with a high content of water-soluble proteins are preferably used as the starting material. The extraction can be carried out at low temperatures or at elevated temperatures, e.g. at about 1000 ° C.
If basic additives or sulfites are added to increase the bleaching effect and to improve the efficiency of the extraction, it is advisable for economic reasons to work at an elevated temperature. Bases are generally alkalis, e.g. B. sodium hydroxide or potassium hydroxide, also sodium carbonate or sodium bicarbonate and as sulfites sodium sulfite or sodium bisulfite in question.
The soy milk is then acidified by adding an acid to precipitate and separate the protein. The protein is obtained in the coagulated state. The pH is expediently 3.5 to 5, preferably 4.2 to 4.5. Edible organic or inorganic acids such as acetic acid, lactic acid, hydrochloric acid, phosphoric acid or sulfuric acid can be used for acidification. The acidification takes place at a temperature below 800 ° C., preferably below 700 ° C., in order to ensure that the solubility of the protein is retained in the subsequent treatment steps. At temperatures above 800 C it is difficult to maintain the water solubility of the product in the further treatment steps and to achieve the formation of a fiber structure of the protein molecules.
The pH of the precipitated and separated protein is then adjusted to a pH of 9 to 12, preferably 9 to 11, by treatment with bases. The same bases as for the extraction can be used for this. If the pH value is less than 9, the flow behavior is impaired, while pH values greater than 9 result in a brown coloration of the protein. In addition, this can lead to an increase in the salt content of the end product, which can lead to hydrolysis of the protein and thus to a reduction in viscosity.
This procedure ensures that the protein regains its water solubility and that a fiber structure of the protein molecules is at least partially formed. This results in the protein being given the ability to bind water and form a gel. It can be assumed that the spheroidal proteins change into fibrous proteins over time, especially when stirring, since part of the soy protein is broken down and the spherical protein is loosened.
The protein is then neutralized to achieve an approximately neutral reaction, since an alkaline reaction is undesirable in food, especially since this leads to an impairment of the taste and the shelf life. In particular, an alkaline reaction leads to rapid putrefaction and undesirable discoloration of the product. In the method according to the invention in particular, there is a tendency for the protein to turn brown if the alkaline reaction is maintained during the subsequent heating. It is therefore necessary to approximately neutralize the protein before the subsequent process step, i. H. to a pH of about 5 to 8, preferably from 6 to 7, to adjust. Approximate neutralization means that the protein is made weakly acidic, neutral or weakly alkaline.
Neutralization is carried out by adding an acid, it being possible to use the same acids as described above.
If the protein precipitated by acidification is neutralized and dried immediately after separation, without an intervening treatment with bases, there is a possibility that the protein's ability to bind water is insufficient and, above all, that it has a hygroscopicity of 150 % owns. If the product, hydrated to 150 m or hygroscopic, is heated for thermal denaturation and coagulation of the protein, a protein with poor gel strength and insufficient fluidity is obtained. Accordingly, the previously described, successive process steps of acidifying, basifying and neutralizing are to be regarded as extremely essential features of the present invention.
Furthermore, it is necessary to increase the temperature as little as possible after the isolation of the protein during the process steps leading to different pH values.
For economic reasons, it can be advantageous to extract the protein from soybean meal or from soybean meal leached in an aqueous acidic solution using alkalis. When using strong alkalis for extraction, hydrolysis of the protein molecule can occur, which can lead to a decrease in the viscosity of the aqueous protein solution. Accordingly, this extraction process is associated with the decisive disadvantage that the viscoelastic behavior of the protein is considerably worsened when the heat coagulate clay.
In contrast, the protein is not hydrolyzed in the process according to the invention, but transformed into elongated structures, so that if the pH of the isolated protein is adjusted to a value between 9 and 12, it receives the desired flow properties. Accordingly, in order to obtain the effects to be achieved by the invention, it is necessary that the protein, which is obtained in the aqueous extraction of soybean meal or soybeans as an aqueous solution, is precipitated at its isoelectric point in order to increase the protein concentration, and then then the pH is adjusted to a value between 9 and 12.
If the pH value of the isolated protein is set differently, these effects cannot be achieved in connection with the subsequent heating.
According to the invention, the aqueous protein solution which, as described above, had been approximately neutralized, is denatured by heating.
For this purpose, the solution is briefly heated to a temperature above 600 ° C., although excessive heating should be avoided. The solution can be heated either directly by blowing steam in or indirectly. The formation of the fiber structure of the soy protein, which was effected by the previous treatment, in particular by the change in the pH value of the solution, is further promoted by the heat treatment. In this way, the already existing ability to bind water and the ability to form gel can be increased. In doing so, however, it is undoubtedly necessary to maintain the previously achieved water solubility of the protein.
If the heat treatment is carried out at a temperature below 600 ° C., the heating must be too long to achieve the desired properties, as a result of which the gel-forming ability is reduced. However, excessive heating should also be avoided, even if the temperature is above
600 C.
The heat treatment can take place at a temperature between 60 and 1500 C and should be carried out at a temperature at which the nitrogen solution index (N. 5. 1.) of the spray-dried powder with a water content of 10% is above 40.
N. S. des wasserlösl. Protein 100
Weight of total protein
If the protein is heated too much, the solubility of the protein can be lost and the ability to form gels and the ability to bind water can be reduced.
If the protein-containing liquid, which was obtained by adjusting the pH, is dried without thermal denaturation, the effects to be achieved by the invention are not achieved and a product with a very poor gelability is obtained. It follows that the effects to be achieved by the invention can only be achieved if all of the method steps described above, including the heat treatment, which is of exceptional importance, are carried out.
The effects to be achieved by the invention are to be shown in the table below:
Alkali therm. Denaturation fourfold
Treatment after neutralization Folding test (NaOH) Temp. Time Thickness 3 mm pH oC min.
7.0 100 2A
8.0 60 70 C
8.0 80 20 B
8.0 100 2A
9.0 60 70 A-AA
9.0 80 20 AA
9.0 100 2 AA
10.0 100 2 AA
11.0 100 2 AA
12.0 100 2 B-A
10 none none D Execution of the fourfold convolution test:
1. In a cutting device:
200 g protein product
600 g of water
90 g of fat
15 g salt mixed homogeneously.
2. Deform
3. Filling into a pipe
4. Packing
5. Heat to 900 ° C for 40 minutes
6. Cool in tap water
7. Cut into 3 mm slices
8. Folding the strips (2-fold and 4-fold)
The results obtained in the quadruple folding test are shown in the table above.
Cracking when folded twice B
Cracking when folded four times A
No cracking when folded four times AA
Samples worse than B C
Samples with low ductility D.
According to the invention, the water-binding capacity can be increased further, d. H. the water-binding capacity, which before the heat treatment is in the range between 200 and 220%, is increased by heating and drying so that it is then in the range between 300 and 330%. At the same time, the ability to form gels can be increased.
If, for example, an aqueous solution containing 13% by weight of protein and 2.5% by weight of table salt is heated to 800 ° C. for 30 minutes, a gel forms, which, however, tends to form cracks without heat treatment , if a heat treatment has been carried out, has good stability and viscoelastic properties that counteract the formation of cracks. In general, there is a reduction in the ability to form gels when the soy protein is brought into contact with fats in the manufacture of sausage products. The protein obtained by the process according to the invention, however, has viscoelastic properties of grades AA to A even with a fat content of, for example, 10 to 15% and a salt content of 2.5%.
Show in contrast
Soy proteins or proteins obtained without heat treatment in the final stage of the process, viscoelastic properties from C to D.
In addition, this heat treatment can increase the emulsifiability. For example, an emulsion such as that obtained by adding 5% of the protein obtainable according to the invention to a mixture of water and fat or oil in a weight ratio of 1: 1 does not decompose, but retains its position even when heated to a temperature of 1000 ° C. Consistency at.
According to the invention, the aqueous solution of soy protein obtained by the thermal denaturation can, if necessary, be dried by heating in order to achieve greater durability and easy handling during transport. The drying can be carried out by various customary methods, but spray drying is preferred for this. By emulsifying the soy protein with water, fats, oils or fatty meat, an emulsion of particularly great rigidity is obtained. The protein can be used either as such or in the form of an emulsion for the production of food, for example for un-shaped products from sea depths, meat products, as well as for the production of sweets and other foods.
The soy protein obtained by the process of the present invention is soluble in water and has excellent properties in terms of water-binding ability, emulsifiability and gelability. When used for the production of food, such as, for example, unshaped products from marine animals or meat products, products are obtained which are distinguished by excellent properties, in particular good viscoelastic properties.
The invention is now based on; the following embodiments are explained in more detail.
Example I.
100 kg of water were mixed with 20 g of sodium sulfite and 10 kg of soybean meal having a nitrogen solubility number (N. 5. 1.) of 85 or with soybeans having an N.S.I. of 92, followed by extraction at ordinary temperature. The soy milk obtained was then mixed with 250 to 300 ml of concentrated hydrochloric acid and the pH was adjusted to a value between 4.2 and 4.6.
The protein which precipitated out was separated off by means of a centrifuge, suspended in water and the suspension was neutralized with sodium hydroxide. The pH was then adjusted to a value between 10 and 11, with vigorous stirring to homogenize the suspension. After the product was made alkaline in this way, the liquid was again adjusted to a pH between 6 and 7 with hydrochloric acid. Then the temperature of the neutralized liquid was increased to 1000 C, which was done either by blowing in a stream of steam or by indirect heating. The solution was then evaporated in a spray dryer.
The powdery protein thus obtained showed the following properties:
Water content of the product 4.68%
Crude protein 86.3% N.S.I. 84.8 pH value (in 1% aqueous solution) 7.25
Ash content 5.93%
Gelling ability: the gel formed by molding an aqueous solution containing 2.5% common salt and 12% of the product obtained by the method described above, based on the total weight of the solution, and subsequent heating to 800 ° C. for 30 minutes showed good stability. When using soy protein produced in a conventional manner instead of that obtainable according to the invention, it was not possible to obtain a gel with corresponding stability. In general, the presence of salt reduces the ability to form gels.
On the other hand, in the method of the present invention, excellent gelability is obtained even then. If, for example, 200 g of the powdered protein obtained by the process described above are mixed with 1 kg of fatty pork, 50 g of table salt and 1 kg of water and this mixture is emulsified in a cutting machine for 10 minutes at a temperature between 40 and 500 ° C., a Emulsion with good stability. If this emulsion was heated to 1100 ° C. for 30 minutes, an emulsion with a high consistency was obtained without the emulsion being decomposed. By using such an emulsion with high stability, a sausage can be obtained in the processing of meat which has a high fat content and at the same time represents a stable emulsion.
Example 2
To produce soy milk, 10 kg of soybean meal with an N.S.I. of 88 were extracted with 200 kg of water and 20 g of sodium sulfite at a temperature of 1000 ° C. and the residue was separated off. The soy milk obtained in this way was then cooled to 400 ° C. and the pH value was adjusted to 4.5 by adding acid to precipitate the protein. Further processing was carried out in the manner described in Example 1.
The product obtained showed the following properties:
Water content of the protein 4.25%
Crude protein 86.45%
N.S.I. 70.5 pH 7.05
Ash content 5.73%
The gelability was just as good as that of the product obtained in Example 1.
Further pigments and spices were added to a mixture of 1 kg of the soy protein obtained by the process described above, 3 kg of water, 450 g of pork fat and 10 g of salt. The mixture obtained by mixing the constituents was processed into a homogeneous emulsion in a cutting device and then placed in a container and heated on a water bath in such a way that the part in the middle was kept at a temperature of 800 ° C. for 30 minutes. The oil-emulsified gel obtained in this way, which was distinguished by its elasticity and homogeneity, could be used for the production of sausage-like foods.
PATENT CLAIM 1
Process for the production of soy proteins with high gel-forming ability, characterized in that the protein of the soy milk obtained by aqueous extraction at a pH value above 6 from soybean meal or soybeans is precipitated and separated at a temperature below 800 C in an acid medium, that the pH -Value of the said pro part is adjusted to a value between 9 and 12 by adding alkalis, that said pro-tem is approximately neutralized by adding an acid and that then the protein solution obtained - to a temperature above 600 C. is heated.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that alkalis and / or sulfites are added during the extraction of the Pro tems with water.
2. The method according to claim I, characterized in that during the precipitation and separation
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