CH634468A5

CH634468A5 - Oelsamen-lipid-protein-produkt mit niedrigem kohlehydratgehalt.

Info

Publication number: CH634468A5
Application number: CH1418877A
Authority: CH
Inventors: Kenneth C Jun Goodnight; Grant H Jun Hartman
Original assignee: Bristol Myers Co
Priority date: 1976-11-19
Filing date: 1977-11-21
Publication date: 1983-02-15
Also published as: FR2371151B1; AU512281B2; GB1575336A; JPS5366455A; FR2371151A1; HK26084A; SE7712847L; NL7712677A; NZ185306A; PH13373A; AU2921077A; DE2751572C2; MY8500143A; SE435232B; KE3348A; CA1078249A; JPS6133544B2; SG69283G; BE860873A; ZA776847B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mem-bran-Filtrierverfahren für die Elimination von gelösten Kohlehydraten aus einer wässrigen Suspension oder Emulsion von lipidhaltigen Ölsamen, enthaltend gelöste und/oder suspendierte Proteine und gelöste Kohlehydrate. Die Emulsion wird hergestellt durch wässrige Extraktion eines fetthaltigen Rohprodukts von Ölsamen bei einem pH oberhalb des isoelektrischen Punkts des Ölsamenproteins. Es können gemahlene Bohnen oder Samen oder ein aus Ölsamen hergestelltes fetthaltiges Mehl oder Gemische von fetthaltigem und entfettetem Mehl verwendet werden. Die Emulsion wird der Membranfiltration unterworfen nachdem die extrahierten Feststoffe abfiltriert oder abzentrifugiert waren.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens resultiert die Extraktion des Ölsamenprodukts bei einem pH-Wert oberhalb pH-Wert 10,1 und vorzugsweise pH-Wert 11-12, gefolgt von Zentrifugieren, in einer nahezu vollständigen Elimination von Phytinsäurekomponenten aus dem resultierenden Produkt. In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wird auf die Emulsion, enthaltend suspendierte Lipide, entweder vor oder nach der Membranfiltration, eine kurzzeitige Hitzebehandlung bei hoher Temperatur angewandt, die eine Verbesserung des Nährwerts und der Funktionalität mit sich bringt, was sich in besserer Lager-fahigkeit und physikalischen Eigenschaften von weiteren Produkten ausdrückt, denen das vorliegende Produkt zugrunde liegt.

Für das erfindungsgemässe Verfahren verwendbare Ölsamen sind Kichererbsen, Raps, Kokosnuss, Baumwollsamen, Erdnüsse, Samen von wildem Safran, Sesamsamen, Sojabohnen und Sonnenblumensamen. Davon wird die Sojabohne als representativ ausgewählt und zur Illustration der vorliegenden Beschreibung verwendet. Andere Samen, enthaltend Anteile von Protein und Öl können in gleicher Weise wie nachfolgend beschrieben verarbeitet werden. Sojabohnen stellen die bevorzugten Ölsamen dar für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens.

Ausgangsstoffe und Vorbehandlung

Gemahlene rohe Sojabohnen sind das bevorzugte Ausgangsprodukt für die vorliegende Erfindung. Gemahlene geschälte Bohnen können ebenfalls verwendet werden, dies bringt jedoch keine Vorteile, da die unlöslichen Feststoffe und die gelösten Kohlehydrate in späteren Stufen des Verfahrens ohnehin entfernt werden, weshalb die Schalen keinen nachteiligen Einfluss haben. Das Mahlen kann im trok-kenen oder im feuchten Zustand in einer wässrigen Suspension der Bohnen erfolgen. Dabei werden Temperaturen oberhalb 10 °C bevorzugt, um eine optimale Proteinqualität und Ausbeute bei der Extraktion zu erzielen. Ein zu starkes Erwärmen des Sojabohnenmaterials vor der Extraktion jedoch reduziert die Löslichkeit der Proteine und begünstigt die Bildung einer alkalisch stabilen Bindung zwischen Phy-tatkomponenten und anderen alkalilöslichen Sojabohnenbestandteilen, wahrscheinlich Proteinen, wodurch die Entfernung der Phytate, wie später beschrieben, erschwert ist.

Wahlweise können die Bohnen vor dem Mahlen blanchiert werden, in diesem Fall sollte jedoch die Dauer des Erhitzens möglichst kurz sein, um eine Beeinträchtigung der Proteine zu vermeiden. In gleicher Weise können auch kommerzielle nichtentfettete Sojamehle als Rohmaterialien verwendet werden, auch in diesem Fall ist jedoch bevorzugt ein Mehl zu verwenden, das nicht erhitzt worden war, da dies die Wirksamkeit der Proteinextraktion und der Abspaltung der Phytate beeinträchtigt. Ebenfalls können Gemische von fetthaltigen und entfetteten Mehlen verwendet werden. Das Blanchieren der ganzen Bohnen und das feuchte Mahlen

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bringen eine Verbesserung der organoleptischen Qualitäten des Endprodukts des vorliegenden Verfahrens.

Wenn ein Produkt mit niedrigem Phytatgehalt gewünscht wird, wie es in einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens der Fall ist, sollte das Ausgangsprodukt von Sojabohnen nicht säurebehandelt sein. Der Kontakt der nativen Sojabohnenproteine mit Säure in Gegenwart von Phytinsäurekomponenten resultiert in der Bildung einer alkali-stabilen Bindung, die die Wirksamkeit der nachfolgend beschriebenen Methode zur Eliminierung der Phytinsäurekomponenten beeinträchtigt. Demge-mäss sind Sojabohnenausgangsprodukte, wie säuregefällte Sojabohnenkonzentrate, die durch Extraktion von löslichen Kohlehydraten aus Sojabohnen mit Säure beim isoelektrischen Punkt der Sojaproteine hergestellt werden, nicht geeignet für die Verwendung im vorliegenden Verfahren.

Schritt (a) - Bildung einer wässrigen Suspension von Sojabohnen-Lipiden

Die Suspension wird gebildet bei einem pH-Wert oberhalb des isoelektrischen Punkts des Sojaproteins, unter Verwendung eines der genannten lipidhaltigen Sojaprodukte. Das jeweils gewählte pH ist abhängig vom gewünschten Endprodukt. Vom Gesichtspunkt des Erzielens einer maximalen Proteinqualität wird ein pH-Wert zwischen 7 und 9 bevorzugt und in jedem Fall von weniger als 10. In diesem pH-Bereich zwischen dem isoelektrischen Punkt und pH-Wert 10 sind die Phytinsäurekomponenten löslich und begleiten die Proteine bis am Schluss des Verfahrens. Wenn gewünscht wird die Phytinsäurekomponenten abzutrennen, wird die Suspension in Schritt (a) bei einem pH-Wert zwischen 10,1 und 14 gebildet, wodurch die Phytate unlöslich werden und deshalb mit den anderen unlöslichen Feststoffen im nachfolgenden Schritt abgespalten werden können.

Normalerweise werden zwischen 4 und 40 Gewichtsteilen Wasser oder einer wässrigen alkalischen Lösung pro Gewichtsteil des zu extrahierenden Sojabohnenprodukts verwendet. Vorzugsweise werden jedoch 8-16 Gewichtsteile Wasser oder einer wässrigen Lösung verwendet. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder andere nichttoxische, wasserlösliche Basen, die mit dem Sojaprodukt kompatibel sind, können für die Einstellung des pH verwendet werden. Erdalkalimetallhydroxide wie Bariumhydroxid oder Calciumhy-droxid können unter bestimmten Bedingungen ebenfalls verwendet werden, in einigen Fällen verursachen sie jedoch eine Ausfallung der Sojaproteine und sind demzufolge nicht bevorzugt. Wenn eine möglichst quantitative Ausbeute der Proteine im Extrakt erwünscht ist, werden relativ grosse Anteile von Wasser zur Extraktion oder der alkalischen Lösung verwendet und die Feststoffe können nach Abzentrifugieren erneut extrahiert werden. Wenn jedoch die unlöslichen Rückstände der Extraktion als Tierfutter Verwendung finden, kann es wünschbar sein, die Extraktion weniger gründlich durchzuführen oder auf ein Waschen der Feststoffe nach Abtrennung des Extraktionsmittels zu verzichten. In gleicher Weise können die Verarbeitungszeiten und -temperaturen variiert werden, je nach dem spezifischen Verfahren und der verwendeten Apparatur, es ist jedoch bevorzugt, bei stark alkalischen Lösungen von pH 12 oder mehr nicht länger als 2 h und nicht oberhalb 25 °C zu arbeiten.

Wenn die Phytinsäurekomponenten abgespalten werden sollen und ein Produkt erwünscht ist mit sowohl niedrigem Kohlehydrat- wie Phytinsäuregehalt, sollte die Suspension in Schritt (a) bei einem pH-Wert im Bereich von 10,1-14, vorzugsweise 11-12 und insbesondere 11,4-11,8 gebildet werden. Dies resultiert in einer Spaltung der Assoziation zwischen Phytinsäure und Sojaprotein und in einer Ausfällung der Phytate. Die Bezeichnung «Phytate» umfasst in der vor3

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liegenden Beschreibung Salze von Phytinsäure oder molekulare Komplexe von Phytinsäure zusammen mit anderen Sojabohnenbestandteilen. Nach dem Unlöslichmachen der Phytate bei pH-Wert 10,1-14 können diese in herkömmlicher Weise wie z.B. durch Zentrifugieren oder Filtrieren abgetrennt werden.

Bezüglich der Alkalibehandlung in Schritt (a) wurde gefunden, dass der Phytatgehalt im Extrakt bei pH-Werten oberhalb 10,1 rasch abfallt. Bei pH-Wert 10,6 erhält man einen Extrakt mit einem Phytatgehalt von ca. 1 g/100 g Feststoffe und bei einem pH-Wert von 11,0 beträgt der Gehalt von Phytaten im Extrakt ca. 0,05 g/100 g Feststoffe. Wenn im folgenden von einem Produkt mit «niedrigem Phytatgehalt» die Rede ist, bedeutet dies ein Produkt mit weniger als 0,5 g Phytat pro 100 g Feststoffe und vorzugsweise weniger als 0,3 g Phytat pro 100 g Feststoffe. Bei grösser werdendem pH nimmt die Tendenz zur Hydrolyse des Proteins zu und die Kondensation über die schwefelhaltigen Aminosäuren nimmt ebenfalls zu. Während die Abspaltung der Phytate bei allen pH-Werten oberhalb 10,1 wirksam ist, ist sie doch am grössten bei pH-Werten oberhalb 11,0. Es ist deshalb bevorzugt in einem Bereich von pH-Wert 11-12 zu arbeiten und insbesondere von 11,4-11,8, um einerseits eine genügende Abspaltung der Phytate zu erreichen, um aber anderseits eine mögliche Beeinträchtigung der Proteine durch Hydrolyse oder Kondensation von schwefelhaltigen Aminosäuren so gut als möglich zu verhindern.

Die Temperatur während der Abtrennung der Phytate nachfolgend der Alkalibehandlung sollte vorzugsweise mindestens 10 °C betragen und insbesondere von 10-50 °C und am meisten bevorzugt von 15-30 °C. Es wurde gefunden, dass die Entfernung der Phytate bei Temperaturen unterhalb 10 °C unvollständig ist. Bei 10 °C wird ca. die Hälfte der Phytate entfernt, während bei 20 °C 90% der Phytate und bei 30 °C mehr als 99% entfernt werden können. Die genannten Temperaturbereiche sind optimale Werte für die Dissoziation der gelösten Sojaprotein-Phytinsäure-Kom-plexe und zum Unlöslichmachen der Phytate und Phytin-säurederivate. Unter einigen bestimmten Herstellungsbedingungen können jedoch auch andere Temperaturbereiche geeignet sein, da die gewählte Temperatur einen Einfluss auf die physikalische Natur des gebildeten Phytatniederschlags hat, was wiederum bei der Filtration und Zentrifugation von Bedeutung ist. Die empirische Wahl des optimalen Temperaturbereiches für die Durchführung eines bestimmten Verfahrens ist deshalb angezeigt. Optimale Werte liegen normalerweise im Bereich von 15-30 °C. Bei Temperaturen oberhalb 50 °C nimmt die Tendenz zur Hydrolyse der Proteine und der Bildung unerwünschter Proteinnebenprodukte stark zu, weshalb die höheren Temperaturen vermieden werden sollten.

Die Verarbeitungszeit der extrahierten Sojaproteine mit der wässrigen Base im pH-Bereich zwischen 10,6 und 14 sollte so beschränkt sein, dass keine Qualitätsverluste der Proteine auftreten. Ein geeignetes Mittel zum Feststellen von eventuellen Qualitätsverlusten im Protein ist die Bestimmung des Cysteingehalts, da Cystein unter alkalischen Bedingungen am empfindlichsten reagiert. Es wurde gefunden, dass bei pH-Wert 11 und Temperaturen im Bereich von 20-30 °C 4 h keine wesentlichen Verluste von Cystein auftraten. Bei pH-Wert 12 jedoch und 40 °C konnten nach 2% h signifikante Verluste von Cystein gemessen werden. Bei pH 12 und 20 °C tritt nach 2% h noch kein signifikanter Cysteinverlust auf, nach 6% h jedoch sind ca. 15% des Cy-steins verloren. Deshalb wird eine Verarbeitungsdauer von bis zu ca. 1/2 h für die Phytatausfallung empfohlen, längere Verarbeitungsdauern können jedoch beim Arbeiten mit niedrigen pH-Werten eingesetzt werden.

Bei pH-Werten von 12 und höher sollte die Verarbeitungszeit möglichst kurz sein und das Produkt sollte durch Messen des Cysteingehalts genau beobachtet werden.

Zusammenfassend sollte die Dauer der Behandlung des 5 Sojabohnenprodukts mit der alkalischen wässrigen Lösung im Bereich von pH-Wert 10,6-14 zur Entfernung der Phytate so gewählt werden, dass unter den gewählten Bedingungen bezüglich pH und Temperatur, nicht mehr als 10% des ursprünglichen Cysteingehalts im Sojaprotein verloren ge-10 hen. Eine Behandlung, die in einem Cysteinverlust von mehr als 10% resultiert, ist nicht geeignet, da dadurch ein Vorteil des vorliegenden Verfahrens, nämlich ein Sojaprotein mit verbessertem Nährwert zu liefern, dadurch zunichte gemacht wird, dass zum Teil Aminosäuren und insbesondere Cystein 15 verloren gehen.

Schritt (b) - Abtrennung der extrahierten Feststoffe Schritt (b) beinhaltet die Abtrennung der extrahierten 20 Flocken und des Phytatniederschlags vom Extrakt. Man erhält dabei eine wässrige Emulsion von suspendierten Lipi-den, enthaltend gegebenenfalls suspendierte Proteine sowie gelöste Proteine und gelöste Kohlehydrate. Für die genannte Abtrennung kann ein herkömmliches Verfahren wie Zen-25 trifugation verwendet werden. Für Verarbeitungszeit, Temperatur und pH-Wert gelten bei der Durchführung des Schritts (b) dieselben Bedingungen wie für Schritt (a).

Die resultierende wässrige Emulsion von Sojabohnenlipi-den ist am besten für die weitere Verarbeitimg geeignet, 30 wenn sie von 1-12 Gew.-% Protein, 1—10 Gew.-% Kohlehydrate sowie gelöste Mineralstoffe enthält. Extrakte mit Proteingehalten von mehr als 12 Gew.-% sind im allgemeinen viskos und deshalb schwierig zu verarbeiten, insbesondere zu zentrifugieren oder zu filtrieren.

35 In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Emulsion aus Schritt (b) einer kurzzeitigen Hitzebehandlung bei hoher Temperatur und bei einem pH-Wert von weniger als 10 jedoch grösser als dem isoelektrischen Punkt des Sojaproteins z.B. pH-Wert 6-10 und vorzugsweise pH-40 Wert 7,0, unterworfen. Eine Temperatur im Bereich von 60-150 °C während einer Dauer von 1 s bis 30 min wird dafür eingesetzt. Die Wahl einer richtigen Kombination von Zeit und Temperatur wird im folgenden näher beschrieben. Eine solche Hitzebehandlung hat den Vorteil, dass die 45 Durchflussrate bei der Ultrafiltration in Schritt (c) vergrös-sert wird und dass die mikrobielle Population im Extrakt reduziert wird, wodurch ein Verstopfen der Membran bei der Ultrafiltration vermieden werden kann.

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Schritt (c) - Abtrennung der Kohlehydrate Die Filtration in Schritt (c) erfolgt vorzugsweise in einer Ultrafiltrationsapparatur, enthaltend eine semipermeable Membran, die Proteine zurückhält und die für gelöste nie-55 dermolekulare Stoffe passierbar ist. Semipermeable Membranen mit der Fähigkeit, Proteine vom minimalen Molekulargewicht im Bereich von 10 000-50 000 zurückzuhalten, sind geeignet. Die Apparatur wird mit einem Druck von ca. 1,7 bar betrieben, dieser Druck kann jedoch zwischen 1,0 60 und 6,8 atm variiert werden. Die Ultrafiltration nach dem vorliegenden Verfahren muss von anderen Membran-Fil-trierverfahren unterschieden werden, insbesondere in bezug auf die Porosität der verwendeten Membran und auf die angewandten Arbeitsdrucke. Das Verfahren der reversen Os-65 mose z.B. benötigt Membranen mit viel niedrigerer Porosität und niedriger molekulare Stoffe wie die Kohlehydratbestandteile von Sojabohnen würden dabei auch zurückgehalten. Die reverse Osmose ist ebenfalls viel teurer durch

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zuführen, weil dabei höhere Drücke angewandt werden müssen und die Durchflussrate im allgemeinen sehr klein ist.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass die Gegenwart von suspendiertem oder emulgiertem Fett im Extrakt, aus dem die Kohlehydrate durch Ultrafiltration entfernt werden sollen, diese Ultrafiltration nicht beeinträchtigen und dass die Fette im Retenat zurückbleiben. Es ist deshalb möglich, ein sehr wertvolles Produkt herzustellen mit hohem Fett- und Proteingehalt und wenig Kohlehydraten. Die Kohlehydrate waren seit langem bekannt als unerwünschte Komponenten der Sojabohnen.

Die Filtration, unter Verwendung einer semipermeablen Membran erfolgt vorzugsweise bei einem pH-Wert im Bereich von 6,5-7,5, dies ist jedoch nicht von essentieller Bedeutung. Bei pH-Werten oberhalb 10 können die Membranen beschädigt werden. Es ist deshalb bevorzugt, die Membranfiltration bei einem pH-Wert im Bereich von 6-10 und insbesondere von 6,5-7,5 durchzuführen und in jedem Fall oberhalb des isoelektrischen Punkts des Proteins.

Die Suspension, die der Ultrafiltration unterworfen wird und das dabei gebildete Retenat werden vorzugsweise auf einer Temperatur im Bereich von zwischen 45 und 75 °C gehalten, um die Durchflussrate zu vergrössern und um bakterielle Verunreinigungen zu minimalisieren. Mit Bezug auf diese letztgenannte bakterielle Verunreinigung wird eine Temperatur von mindestens ca. 60-65 °C bevorzugt. Temperaturen oberhalb 75 °C sind jedoch nicht erwünscht, da Zersetzungs- und Kondensationsreaktionen der Proteine eintreten mit Bildung unerwünschter Nebenprodukte und Verlust in der Qualität der Proteine. Unterhalb 60 °C ist die Pasteurisationswirkung weniger gross und es können Verunreinigungen auftreten. Unterhalb 45 °C verschwindet der Einfluss der Temperatur auf die Durchflussrate.

Bevorzugt wird die Herstellung eines flüssigen Sojalipid-Protein-Produkts mit einem Proteingehalt von 3-7 Gew.-%, für einige Anwendungszwecke können jedoch auch niedrigere oder höhere Konzentrationen wünschbar sein. Die Proteinkonzentration der Sojaproteine kann durch entsprechende Manipulation leicht auf irgendeinen Wert im Bereich von 1-12 Gew.-% eingestellt werden. So können die Lösungen z.B. im Vakuum eingeengt werden, dies solange die Proteine in Lösung verbleiben. Proteinlösungen mit Konzentrationen von weniger als 1 Gew.-% sind unökonomisch und von kleinem praktischem Wert. Bei Durchführung des Verfahrens mit einer partikelfreien Emulsion mit einer Proteinkonzentration von 3,5 Gew.-%, erhält man nach Entfernung der Hälfte des Volumens als Permeat, ein Retenat mit einer Proteinkonzentration von 7 Gew.-%. Dabei tritt eine wesentliche Reduktion des Gehalts von Kohlehydraten und Mineralstoffen auf, und da die Sojabohnen-Kohlehydrate im allgemeinen unerwünscht sind, infolge ihrer schweren Verdaulichkeit, ist ihre Entfernung aus den Produkten von Vorteil.

Als Mass für den Kohlehydratgehalt der Sojalipid-Protein-Produkte nach der vorliegenden Erfindung haben wir einen Proteinkoeffizienten gewählt, der das Verhältnis von Proteingehalt zu der Summe von Proteingehalt und Kohlehydratgehalt darstellt. Für die Formulierung von Kindernährmitteln wird ein Proteinkoeffizient von ca. 0,90 oder grösser bevorzugt, da die Sojakohlehydrate Blähungen und unerwünschten Stuhl bei Kindern verursachen können. Wässrige Lipid-Protein-Produkte mit Proteinkoeffizienten von ca. 0,8 sind geeignet für die Anreicherung herkömmlicher Lebensmittel wie Fleisch und Brot und für die Herstellung von flüssigen diätetischen Produkten für Jugendliche und Erwachsene.

Es wurde gefunden, dass bei der Konzentration eines Ex-5 trakts mit 3,5 Gew.-% Proteingehalt durch Ultrafiltration auf die Hälfte des ursprünglichen Volumens, das Retenat immer noch einen unerwünscht hohen Anteil von Kohlehydraten enthält. Solche Produkte können nützlich sein für einige Anwendungszweeke, sie sind jedoch geeignet für die io Herstellung von Kindernährmitteln. Es wurde gefunden,

dass Diafiltration (eine Form der Ultrafiltration, bei der das Retenat kontinuierlich mit Wasser oder einer Waschlösung verdünnt wird) eine geeignete Methode darstellt zur Eliminierung der unerwünschten Kohlehydrate und Mineralstof-i5 fe. Sie wird in der Weise durchgeführt, dass eine Diafiltrationslösung, vorzugsweise Wasser, kontinuierlich zum Retenat zugegeben wird, wodurch die unerwünschten niedermolekularen Bestandteile aus dem Retenat ausgewaschen werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Filtrationsverfahrens werden aus einem Volumenteil der Emulsion Vi Volumenteil als Permeat durch Ultrafiltration entfernt und anschliessend zwischen Vi und 2 Vi Volumenteile Wasser dem Retenat während der Diafiltration zugeführt, bis die Gesamtmenge des aufgefangenen Permeats bis zu 3 Volumenteilen entsprach. Eine weitergehende Diafiltration mit noch grösserem Permeatvolumen ergibt keine wesentliche zusätzliche Reinigung. Die Diafiltration kann mit Beginn der Ultrafiltration in einer niedrigen Rate einsetzen, die im Verlauf der Operation kontinuierlich erhöht wird, anderseits kann jedoch die Diafiltration auch nach Durchführung der Ultrafiltration durchgeführt werden.

Anstelle von Wasser können Diafiltrationslösungen, ent-35 haltend gewünschte Zusatzstoffe für das Endprodukt, oder Stoffe, die die Proteinretention oder die Durchflussrate verbessern, verwendet werden. Bei der Herstellung von Kindernährmitteln z.B., die die vorliegenden Sojaproteinlösungen als Hauptbestandteil enthalten, können während der Diafil-40 tration weitere Bestandteile wie Kohlehydrate, Fette und Mineralstoffe zugegeben werden. In einigen Fällen kann dies von Vorteil sein, im allgemeinen wird ein solches Vorgehen jedoch nicht bevorzugt, da mindestens ein Teil dieser Zusätze durch die Membran durchtritt und mit dem Permeat ver-45 lorengeht. Diese Verluste können zwar dadurch gemindert werden, dass die genannten Komponenten wieder aus dem Permeat isoliert werden oder indem das Permeat selbst wieder der Diafiltrationslösung zugeführt wird.

so Eine weitere zusätzliche Manipulation bei der Durchführung des Verfahrens besteht in einer kurzzeitigen Hitzebehandlung bei hoher Temperatur des Extrakts und/oder Re-tenats und/oder flüssigen diätetischen Endprodukts. Diese Modifikation, die eine bevorzugte Form des erfindungsge-55 mässen Verfahrens darstellt, hat verschiedene Vorteile. Bei Durchführung vor der Ultrafiltration wird durch die Hitzebehandlung die Bakterienzahl reduziert und deshalb ein mögliches Verderben der geklärten Extrakte während der weiteren Verarbeitung verhindert. Ferner wird die Ultrafil-60 tration erleichtert, da gefunden wurde, dass bei Anwendung der Hitzebehandlung die Durchflussrate bei der Ultrafiltration vergrössert wird. Die kurzzeitige Hitzebehandlung bei hohen Temperaturen in Anwendung zusammen mit der Ultrafiltration zur Herstellung eines Lipid-Protein-Produkts 65 ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wie auch die dadurch hergestellten Proteinisolate. Diese letzteren können mit dem Protein in gelöster Form weiterverarbeitet werden, oder sie können getrocknet werden.

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Vom Gesichtspunkt der Nützlichkeit der wässrigen Li-pid-Protein-Produkte der vorliegenden Erfindung für die Herstellung von flüssigen diätetischen Produkten wie Kindernährmitteln, Milchsubstituenten und Ersatzmahlzeiten, hat die genannte Hitzebehandlung den Vorteil, dass die Qualität und die Funktionalität der Proteine verbessert wird, indem die Viskosität der Lösungen reduziert wird und die Lös-lichkeits- und Fettemulgierbarkeitseigenschaften verbessert werden. Diese Vorteile können erzielt werden unabhängig davon, ob die Hitzebehandlung vor oder nach der Ultrafiltration durchgeführt wird.

Die Verarbeitungszeit und die verwendete Temperatur für die genannte Hitzebehandlung lassen sich nicht genau definieren, für den Fachmann wird es jedoch keine Schwierigkeiten bringen, optimale Verarbeitungsbedingungen zu wählen. Im allgemeinen kann gesagt werden, dass bei höherer Temperatur die Verarbeitungszeit kürzer wird, wobei als maximale mögliche Temperatur eine solche von 150 °C während einer Dauer von 1 s angenommen wird. Bei Anwendung niedrigerer Temperaturen werden längere Verarbeitungszeiten nötig, z. B. 60 °C während ca. 30 min zeigt die gleiche Wirkung wie 150 °C während 1 s. Weitere geeignete Verarbeitungszeiten und -temperaturen sind 130 °C während 45-60 s und 100 °C während 10 min.

In einer bevorzugten Form der Hitzebehandlung wird diese in zwei Schritte unterteilt, indem eine relativ milde Hitzebehandlung vor der Ultrafiltration durchgeführt wird, um ein Verderben zu verhindern und um die Durchflussrate zu verbessern, während eine kräftigere Hitzebehandlung auf das nach der Ultrafiltration erhaltene Retenat angewandt wird. Dies hat den Vorteil, dass eine eventuelle Verfärbung, wie sie durch Reaktionen zwischen Sojaprotein und Sojakohlehydraten auftreten kann, verhindert wird. So kann z.B. der geklärte Extrakt unmittelbar vor der Ultrafiltration einer milden Hitzebehandlung von ca. 60 °C während 30 min bis 130 °C während 1 min unterworfen werden, worauf nach Abkühlen auf eine Temperatur von 45-75 °C die Ultrafiltration wie beschrieben durchgeführt wird. Die erhaltene wässrige gereinigte Sojaproteinlösung als Retenat kann anschliessend einer kräftigeren Hitzebehandlung unterworfen werden, wodurch die Funktionalität des Proteins verbessert wird und wodurch unerwünschte Komponenten zerstört werden. Für diese zweite Hitzebehandlung kann eine Temperatur von 110 °C während 1 min bis zu 150 °C während 1 s eingesetzt werden. Diese genannte zweite Hitzebehandlung kann zusammen mit weiteren Verarbeitungsschritten erfolgen, bei denen ein flüssiges diätetisches Produkt hergestellt wird durch Kombination der wässrigen gereinigten Sojaproteine mit weiteren Komponenten.

Die bevorzugten Bedingungen für die Hitzebehandlung in einer bestimmten Anwendung des Verfahrens werden empirisch ermittelt und der verwendeten Apparatur angepasst, indem Versuche bei verschiedenen Temperaturen und mit verschiedenen Verarbeitungszeiten durchgeführt werden. Für einige Anwendungszwecke kann ein Satz von Verarbeitungsbedingungen bevorzugt werden, während andere Verarbeitungsbedingungen für die Hitzebehandlung von Vorteil sind, wenn das Endprodukt für einen anderen Verwendungszweck dient. In jedem Fall sollten die genannten Bedingungen so gewählt werden, dass eine oder mehrere der nachfolgend genannten Bedingungen erfüllt werden:

(i) Verbessern des Proteinwirkungsverhältnisses des genannten Lipid-Protein-Produkts aus Schritt (c) oder des daraus hergestellten flüssigen diätetischen Produkts;

(ii) Verbessern der Funktionalität des genannten Lipid-Protein-Produkts aus Schritt (c) oder eines daraus hergestellten flüssigen diätetischen Produkts, ermittelt durch Messung von Sedimentationsindex, Stickstofflöslichkeitsindex oder Emulsionsstabilitätsindex;

(iii) Vergrössern der Durchflussrate bei der Ultrafiltration in Schritt (c), oder

(iv) Reduktion der mikrobiellen Population der genannten Emulsion und des genannten Retenats, um ein Verderben während der Ultrafiltration in Schritt (c) zu verhindern.

Für die Verwendung in Lebensmitteln, können die flüssigen Lipid-Protein-Produkte, wie sie als Retenat erhalten werden, in herkömmlicher Weise getrocknet werden, wie durch Gefriertrocknen und Sprühtrocknen und die dabei erhaltenen trockenen Pulver können als Zusatzstoffe für Nährmittel verwendet werden. Für die Herstellung von Getränken wie Sojamilch, werden die Retenate vorzugsweise mit weiteren Komponenten wie Kohlehydraten, Fetten, Vitaminen, Mineralstoffen usw. kombiniert und das erhaltene Produkt homogenisiert und wahlweise in Büchsen abgefüllt und sterilisiert. Diese Produkte und Getränke haben verbesserten Nährwert, Stabilität und funktionelle Eigenschaften.

Beispiel 1

Sojabohnen wurden zweimal in einer Hammermühle gemahlen, wobei die Zuführung in einer sehr kleinen Rate erfolgte, um die Wärmeentwicklung möglichst zu verhindern und um ein homogenes Mehl zu erhalten. Die Temperatur im Mehl nach Beendigung des Mahlens betrug 44 °C. Eine Suspension von 250 g der gemahlenen Bohnen in 41 entsalztem Wasser bei Zimmertemperatur wurde in einem Gefass mit mechanischem Rührwerk hergestellt und der pH-Wert der Suspension wurde durch Zugabe von 10%iger wässriger Natriumhydroxidlösung auf 9,0 eingestellt. Die Suspension wurde bei diesem pH-Wert bei Zimmertemperatur während 30 min gut durchmischt und die unlöslichen Feststoffe wurden anschliessend durch Zentrifugieren bei 4022 G abgetrennt. Die überstehende Lösung wurde wieder in das mit Rührwerk ausgerüstete Gefass gebracht und mit 10% wässriger Natriumhydroxidlösung auf pH-Wert 11,6 eingestellt, worauf während weiterer 30 min bei Zimmertemperatur gerührt wurde. Anschliessend wurde die Suspension bei 13.218 G zentrifugiert und die überstehende Lösung, bestehend aus einer Emulsion der Sojalipide und -proteine in einer Lösung von Sojaprotein und Sojakohlehydrat wurde bei 46 °C und 2,7 bar einer Ultrafiltration unterworfen, unter Verwendung einer semipermeablen Membran, die Proteine mit Molekulargewicht oberhalb 30 000 zurückhielt.

Die Emulsion wurde durch Ultrafiltration auf die Hälfte des ursprünglichen Volumens eingeengt und anschliessend durch Diafiltration weiter gereinigt, wobei entsalztes Wasser mit derselben Rate zum Retenat gegeben wurde, wie das Volumen im Permeat zunahm. Für die Diafiltration wurde dasselbe Volumen Wasser eingesetzt wie in der ursprünglichen Emulsion vorhanden war. Das Retenat wurde anschliessend gefriergetrocknet und analysiert. Die erhaltenen Ergebnisse sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt, zusammen mit den Resultaten von vier weiteren Beispielen, die wie beschrieben durchgeführt wurden, bei denen jedoch pH-Werte und Extraktionszeiten variiert wurden oder bei denen kommerzielle Sojamehle als Ausgangsmaterialien eingesetzt wurden.

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Extraktionsbedingungen und Analyse

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Beispiel Nr. Ausgangsmaterial und Extraktionsbedingungen

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Der Proteinkoeffizient ist ein Mass für die Entfernung der Kohlehydrate und die Retention von Protein im Mem-bran-Filtrierverfahren. Der Proteinkoeffizient ist das Verhältnis von Proteingehalt im Produkt und der Summe von Proteingehalt und Kohlehydratgehalt im Produkt. Der Proteingehalt wurde bestimmt nach der Methode von Lowry und Mitarb., Journal of Biological Chemistry, 193:265-275 (1951) und die Kohlehydrate wurden bestimmt nach der Methode von Dubois und Mitarb., Analytical Chemistry 28: 350-356 (1956). Phytinsäure wurde bestimmt nach dem Verfahren von Wheeler und Mitarb., Cereal Chemistry 48: 312-320 (1971).

Beim Vergleich der Zusammensetzung der Produkte aus Beispielen 1 und 2 mit dem Produkt aus Beispiel 3 wird deutlich, dass die Extraktion bei pH-Wert 11,6 in einer wesentlichen Reduktion des Gehalts von Phytinsäure im Endprodukt resultiert. Die Abspaltung von Phytinsäure war in Beispiel 5 nicht erfolgreich, und die Proteinausbeuten in Beispielen 4 und 5 waren ebenfalls beträchtlich niedriger als in Beispielen 1-3. In allen Fällen war jedoch die Abtrennung von Kohlehydraten gut. In Beispielen 4 und 5 wurde ein kommerzielles vollfettes Sojamehl als Ausgangsprodukt eingesetzt, das vom Hersteller während ca. 20-39 min auf 65 °C erhitzt worden war. Da das in Beispielen 1-3 als Ausgangsprodukt eingesetzte Sojamehl frisch gemahlen war und keiner Hitzebehandlung unterworfen worden war, wird vermutet, dass ein solches Erhitzen von gemahlenen Ölsamen vor der Extraktion nicht geeignet ist.

Beispiel 6

Lipid-Protein-Produkt aus feuchtgemahlenen ganzen Sojabohnen.

625 g Sojabohnen wurden in 101 destilliertem Wasser bei 50 °C während 1 h eingeweicht. Anschliessend wurden sie in ein Mahlwerk gebracht, das mit rotierenden Messern auf einer Achse im Zentrum des Bodens des Behälters ausgerüstet war. Dieser Behälter hatte einen Inhalt von 3,81 und das Mahlen wurde bei 50 °C während 5 min durchgeführt. Die warme Lösung wurde anschliessend auf Zimmertemperatur abgekühlt und mit verdünnter (10%) wässriger Natriumhydroxidlösung auf pH-Wert 11,7 gebracht. Die Lösung wurde während 15 min bei diesem pH-Wert gehalten, während der pH-Wert von frisch gemahlenen Bohnen vor der Einstellung 6,4 betrug. Die unlöslichen Feststoffe wurden anschliessend durch Zentrifugieren bei 4000 G während 20 min entfernt. Die erhaltene überstehende Lösung wurde anschliessend in einer Sorvall SZ-14GK-Zentrifuge bei 10 000 G erneut zen-trifugiert. Die dabei erhaltene Emulsion von flüssigem Material, enthaltend gelöste Proteine und gelöste Kohlehydrate bei pH-Wert 11,3 wurde auf pH-Wert 7,0 eingestellt. Die Lösung wurde bei 4 °C über Nacht stehen gelassen und

Protein- Proteinausbeute Phytinsäure koeffizient (%) (g/100 g Protein)

0,96

76,5

0,23

0,95

79,8

0,002

0,95

80,4

1,59

0,92

24,1

0,88

21,6

nachher durch Ultrafiltration gereinigt. Die Emulsion hatte ein Volumen von 7,91 und enthielt 4,45 Gew.-% Feststoffe. Die Ultrafiltration wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt, bis 3,951 Permeat aufgefangen 20 wurden. Anschliessend wurde destilliertes Wasser für die Diafiltration zum Retenat gegeben und dies mit der gleichen Rate in der der Durchtritt durch die Membran erfolgte, bis eine Totalmenge von 11,97 kg Permeat aufgefangen wurde. Das Retenat wog 4,59 kg und enthielt 5,42 Gew.-% Fest-25 stoffe. Bezogen auf die Trockengewichte wurden die folgenden analytischen Ergebnisse erhalten. Die angegebenen Werte bilden den Durchschnitt von 3 Proben mit den jeweiligen Standardabweichungen.

Protein (g/100 g Feststoffe) 62,6+0,379

30 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

35

Beispiel 7

Sojamilch aus Lipid-Protein von ganzen Sojabohnen Ein Anteil von 2,08 kg des Lipid-Protein-Retenats, hergestellt wie in Beispiel 6 beschrieben und entsprechend den 40 angegebenen Analysenwerten, wurde im flüssigen Zustand mit den nachfolgend genannten Zusätzen vermischt, wobei ein Sojamilchprodukt, enthaltend 3,30 Gew.-% Protein, 3,50 Gew.-% Fett und 5,00 Gew.-% Kohlehydrat erhalten wurde.

Komponente Anteil

1080,00 g 47,04 g 23,03 g

92.03 g 21,90 g

2,11g 1,26 g

10.04 g . 2511,20 g

Die genannten Zutaten wurden mit Ausnahme von Lecithin und Sojaöl miteinander vermischt und das erhaltene 65 Gemisch wurde auf 66 °C erhitzt, worauf das Sojaöl und Lecithin, ebenfalls auf diese Temperatur erhitzt, zum ersten Gemisch gegeben wurden, worauf dieses zweimal in einem mechanischen Homogenisator bei 200 bar verarbeitet wurde.

Gemahlene ganze Sojabohnen pH-Wert 9,0, 30 min, Zentrifugieren pH-Wert 11,5, 30 min Gemahlene ganze Sojabohnen pH-Wert 11,6, 60 min Gemahlene ganze Sojabohnen pH-Wert 9,0, 60 min Kommerzielles Sojamehl (Vollfett) pH-Wert 9,0, 30 min Kommerzielles Sojamehl (Vollfett) pH-Wert 9,0,26 min, Zentrifugieren pH-Wert 11,6, 30 min

Proteinmaterial aus ganzen Bohnen, 50 Flüssigkeit (Feststoffe: 6,76%; Protein: 4,26%; Fett: 2,10%; immer bezogen auf das Gewicht)

Sojaöl

Maissirup-Feststoffe 55 Saccharose Milchsalze

Magnesiumchlorid-hexahydrat Carrageenan Lecithin 60 Wasser, q.s.

634468

Das homogenisierte milchähnliche Produkt wurde anschliessend in Flaschen von 120 ml abgefüllt und während 6 min bei 127 °C sterilisiert. Die Proben wurden bei Zimmertemperatur aufbewahrt. Bei der Herstellung dieser Produkte traten keine Schwierigkeiten auf.

Das in der Nährmittelliteratur vorkommende, mit «PER» (Protein Efficiency Ratio) bezeichnete Proteineinwirkungsverhältnis bezeichnet die Qualität der Proteinquelle, bestimmt aus deren Fähigkeit, bei Einnahme eine Gewichts-

8

erhöhung zu verursachen. PER-Werte werden mittels eines biologischen Tests ermittelt, in welchem die Wachstumsrate von frischgeborenen Ratten unter Standardbedingungen bestimmt wird. In diesem Test werden die PER-Werte errech-5 net nach der Formel:

Gewichtszunahme Gewicht des eingenommenen Proteins s

Claims

634 468

2

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Ölsamen-Lipid-Pro-teinprodukts, dadurch gekennzeichnet, dass

(a) eine wässrige Suspension von essbarem Ölsamen-Li-pid, enthaltend gelöstes Ölsamenprotein und gelöste Öl-samenkohlehydrate bei einem pH-Wert oberhalb des isoelektrischen Punkts des genannten Proteins hergestellt wird durch wässrige Extraktion eines Ölsamenmaterials, enthaltend Lipid, Protein und Kohlehydrate bei einem pH-Wert oberhalb des isoelektrischen Punkts des genannten Proteins,

(b) die Feststoffe aus der genannten Suspension entfernt werden, wobei eine Emulsion erhalten wird, enthaltend suspendierte Lipide, gelöste Proteine und gelöste Kohlehydrate; und

(c) die Kohlehydrate aus dieser Emulsion durch Filtration durch eine semipermeable Membran abgetrennt werden, die für die gelösten Kohlehydrate passierbar ist, die jedoch gelöste Proteine als Retenat zurückhält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin als Ölsamen Kichererbsen, Raps, Kokos, Baumwollsamen, Erdnüsse, wilde Safransamen, Sesamsamen, Sojabohnen oder Sonnenblumensamen verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die genannten Ölsamen Sojabohnen sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, worin das genannte Öl-samenmaterial in Schritt (a) gemahlene Sojabohnen sind.
5. Verfahren nach Anspruch 3, worin das genannte Öl-samenmaterial in Schritt (a) ein fetthaltiges Sojabohnenmehl ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die genannte Filtration, unter Verwendung einer semipermeablen Membran in Schritt (c) eine Diafiltration umfasst.
7. Verfahren nach Anspruch 6, worin die Diafiltration solange fortgeführt wird, bis das genannte Retenat einen Proteinkoeffizient von mindestens 0,8 aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, worin die genannte Diafiltration so lange fortgesetzt wird, bis das genannte Retenat einen Proteinkoeffizient von mindestens 0,9 aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, worin die genannte Emulsion und das genannte Retenat in Schritt (c) während der Membran-Filtration auf einer Temperatur von 45-75 °C gehalten werden.
10. Verfahren nach Anspruch 3, worin die genannte Bildung einer wässrigen Suspension in Schritt (a) und die genannte Abtrennung der Feststoffe in Schritt (b) bei einem pH-Wert oberhalb 10,1 durchgeführt werden. -
11. Verfahren nach Anspruch 10, worin die Schritte (a) und (b) bei einer Temperatur oberhalb 10 °C durchgeführt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10, worin die Schritte (a) und (b) bei einer Temperatur im Bereich von 15-30 °C durchgeführt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 10, worin das genannte pH im Bereich von pH-Wert 11 bis 12 liegt.
14. Verfahren nach Anspruch 3, worin die genannte Bildung einer wässrigen Suspension in Schritt (a) und die genannte Abtrennung der Feststoffe in Schritt (b) bei pH-Wert 10 oder weniger durchgeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, worin das genannte pH im Bereich von pH-Wert 7 bis 9 liegt.
16. Verfahren nach Anspruch 3, worin die genannte Filtration unter Verwendung einer semipermeablen Membran in Schritt (c) bei einem pH-Wert von 6,5-7,5 durchgeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 3, worin der Schritt (b) ein Erhitzen der genannten Emulsion auf eine Temperatur von 60-150 °C umfasst, während einer Zeitdauer, die genügend lang ist, um:

(i) das Proteinwirkungsverhältnis im genannten Lipid-Protein-Produkt zu verbessern,

(ii) die Funktionalität des genannten Lipid-Protein-Pro-dukts, ermittelt durch Messung von Sedimentationsindex, Stickstofflöslichkeitsindex oder Emulsionsstabilitätsindex, zu verbessern,

(iii) die Durchflussrate bei der Ultrafiltration in Schritt (c) zu verbessern, oder

(iv) die mikrobielle Population der Emulsion aus Schritt (b) so zu reduzieren, dass ein Verstopfen der semipermeablen Membran bei der Filtration in Schritt (c) verhindert wird, wobei die genannte Emulsion während des Erhitzens einen pH-Wert oberhalb des isoelektrischen Punkts des genannten Proteins, jedoch weniger als pH-Wert 10 aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, worin die genannte Zeitdauer zwischen 1 s und 30 min beträgt.
19. Verfahren nach Anspruch 17, worin die genannte Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 60-130 °C während 45 s bis 30 min erfolgt.
20. Verfahren nach Anspruch 3, worin das genannte Retenat aus Schritt (c) auf eine Temperatur von 60-150 °C erhitzt wird, während einer Zeitdauer, die genügend lang ist, um:

(i) das Proteinwirkungsverhältnis im genannten Retenat zu verbessern, oder

(ii) die Funktionalität des genannten Retenats, ermittelt durch Messen von Sedimentationsindex, Stickstofflöslichkeitsindex oder Emulsionsstabilitätsindex, zu verbessern.
21. Verfahren nach Anspruch 20, worin das genannte Retenat vor dem Erhitzen mit weiteren Nährstoffen kombiniert wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20, worin die genannte Zeitdauer von 1 s bis 30 min beträgt.
23. Verfahren nach Anspruch 20, worin die genannte Temperatur von 60-130 °C beträgt und die genannte Zeitdauer zwischen 45 s und 30 min beträgt.
24. Verfahren nach Anspruch 1, worin das genannte Retenat aus Schritt (c) getrocknet wird.
25. Produkt, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1.
26. Produkt nach Anspruch 25, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 3.
27. Produkt nach Anspruch 26, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 10.
28. Produkt nach Anspruch 26, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 14.
29. Produkt nach Anspruch 26, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 17.
30. Produkt nach Anspruch 26, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 20.
31. Produkt nach Anspruch 26, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 24.
32. Produkt nach Anspruch 31, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 25.
33. Verfahren zur Herstellung eines flüssigen essbaren Produkts, enthaltend Ölsamen-Protein und Ölsamen-Fette, worin die genannten Ölsamen-Proteine den hauptsächlichen Proteinanteil des Produkts bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Retenat aus dem Verfahren von Anspruch 1 mit weiteren Nährstoffen kombiniert wird.

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