DD211475A1

DD211475A1 - Verfahren zur gewinnung von proteinen

Info

Publication number: DD211475A1
Application number: DD24511282A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Mieth; Joachim Pohl; Rolf Elspass; Joachim Sachse; Christof Eversmann; Joerg Schmidt
Original assignee: Thaelmann Schwermaschbau Veb
Priority date: 1982-11-22
Filing date: 1982-11-22
Publication date: 1984-07-18
Also published as: AT380772B; DE3305984A1; ATA78683A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Proteinen in Form hochwertiger Protein- und Lipoproteinkonzentrate fuer die Humanernaehrung. Das Ziel der Erfindung sowie die Aufgabe besteht darin, dass protein- und fettreiche Rohstoffe so aufbereitet werden, dass eine gute Perkolationsfaehigkeit gegeben ist und wasserloesliche antinutritive Inhaltsstoffe, gegebenenfalls auch in effektiver Weise, extrahierbar sind, zwecks Gewinnung hochwertiger Konzentrate. Erfindungsgemaess wird durch eine gezielte Toastung und Agglomerierung bei definiertem Temperatur-, Feuchtigkeits- und pH-Verhalten erreicht, dass aus geschaelten protein- und fettreichen pflanzlichen Rohstoffen durch Perkolationsextraktion qualitativ hochwertige, proteinangereicherte Endprodukte gewonnen werden. Das Verfahren ermoeglicht eine kontinuierliche Arbeitsweise bei einem eingeschraenkten Verbrauch an Extraktionsmitteln und ist mit Standardausruestungen der Lebensmittelindustrie technisch umsetztbar.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Gewinnung von Proteinen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Proteinen in Eorm hochwertiger Protein- oder Lipoproteinkonzenträte für die Humanernahrung aus geschälten, protein- und/oder lipidreichen pflanzlichen Rohstoffen, vorzugsweise Öl- und Leguminosensamen sowie deren Verarbeitungsprodukten«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Protein- und Lipoproteinkonzentrate aus pflanzlichen Rohstoffen werden üblicherweise durch Anreicherung von Proteinen infolge Extraktion wasserlöslicher antinutritiver Inhaltsstoffe, wie Enzyminhibitoren, Oligosaccharide, Phenolderivate und Glukosinolate, mit Wasser am isoelektrischen Punkt der Hauptproteinfraktion oder wäßrig-alkoholischen Lösungsmitteln gewonnen, wobei eine gezielte thermische Vorbehandlung zur Inaktivierung von Inhibitoren und Enzymen sowie Proteindenaturierung vorgeschaltet und eine mehr oder weniger vollständige Entfettung nachgeschaltet sein können« Die Extraktion erfolgt dabei ausschließlich nach dem Immersionsverfahren in quasikontinuierlichen Prozeßstufen unter Anwendung des Gleich- oder Gegehstromprinzips, wobei bei Einsatz fettreicher Rohstoffe stets eine vorherige Entfettung unumgänglich ist, sofern nicht Verdrängungsverfahren angewandt werden« Der Nachteil derartiger Verfahrensweisen besteht insbesondere in einem hohen Flüssigkeitsbedarf bei der Extraktion und einem hohen verfahrenstechnischen Aufwand für die notwendige Festst off-Flüssigkeits-.Trennung, die meist durch Separation, daneben auch Filtration, bewerkstelligt wird.

Perkolationsverfahren, die sich bei der Fettextraktion auf Grund technischer Vorteile weitgehend durchgesetzt haben, sind für die Gewinnung proteinangereicherter Produkte dem» gegenüber bisher nicht praxiswirksam geworden· Die nach der Ölextraktion anfallenden protein- und polysaccharidhaltigen Rohstoffe weisen einen hohen Anteil an kleineren Peststoffpartikeln'und in Gegenwart wäßriger Extraktionsmedien ein hohes Quellungsνermögen und geringe mechanische Stabilität auf, wodurch die Diffusions- und Perkolationsfähigkeit so negativ beeinträchtigt werden, da3 eine effektive Extraktion antinutritiver und anderer Inhaltsstoffe nicht möglich ist. Zwar gehören bei der extraktiven Ölgewinnung eine thermische Vorbehandlung der Rohstoffe (Konditionierung), in speziellen Fällen auch eine Peststoffaggregat ion, zum Stand der Technik, jedoch ist deren Übertragung zwecks Gewinnung proteinangereicherter Produkte durch Perkolationsextraktion mittels wäßriger Medien abwegig, da bei Einsatz organischer Lösungsmittel prinzipiell andere Stoffeigenschaften einzustellen sind« Solche speziellen Verfahren der Vorbehandlung zwecks Verbesserung der Perkoiationsfähigkeit fetthaltiger Samen stellen beispielsweise die Agglomerierung in Gegenwart von.20 - 55 % Wasser mit nachfolgender -Trocknung auf 15 % Wasser (US-PS 4 246 184) und die Behandlung von flockulierten Samen mit 65 - 75%igen wäßrigen 'Alkoholen (DB-OS 2 545 043) dar» H^drothermische Prozesse spielen im weiteren bei der Toastung extrahierter Ölsamen zwecks Erhöhung des nutritiven Wertes proteinangereicherter Produkte und bei deren Strukturierung zu Nahrungs- und Futtermitteln (Pelletierung, Extrudierung) eine Rolle, sie sind jedoch bisher nicht in Verbindung mit einer nachgeschalteten Extraktion durch wäßrige Medien zwecks Proteinanreicherung angewandt worden,,

Ziel der Erfindung .

Das Ziel der Erfindung besteht demzufolge in der Entwicklung eines Verfahrens zur Proteingewinnung aus protein— und/oder lipidreichen Öl- und Leguminosensamen zwecks Gewinnung qualitativ hochwertiger Protein- und Lipoproteinkonzentrate, gegebenenfalls auch Fetten als Kuppelprodukte.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe augrunde, spezifische Verfahrensbedingungen aufzuzeigen, unter denen protein- und/ oder fettreiche Rohstoffe so aufbereitet werden, daß daraus eine gute Perkolationsfähigkeit resultiert und wasserlösliche antinutritive Inhaltsstoffe, gegebenenfalls auch !fette, in effektive!? Weise exbrahierbar sind»

Erfindungsgemäß werden proteinangereicherte Produkte in Form von Protein- und Lipoproteinkonzentraten aus geschälten, protein— und/oder lipidreichen Rohstoffen, vorzugsweise Öl— und Leguminosensamen sowie deren Verarbeitungsprodukten, wie Samenmehle, Schilfer und Schrote von Raps- und Sonnenblumensamen, Soja- und Ackerbohnen, Erbsen und Lupinen, durch Toastung und Aggloiserierung hydrothermisch aufbereitet und durch Perkolationsesrbraktion mit Wasser oder wäßrig alkoholischen Lösungsmitteln am isoelektrischen Punkt der Hauptproteinfraktion aufkonzentriert, wobei-gegebenenfalls Fette anschließend mit polaren oder unpolaren organischen Lösungsmitteln extrahiert werden» Wie nämlich gefunden wurde, ist eine hydrothermische Vorbehandlung, die auf eine weitgehende P_roteindenaturierung und Peststoffagglomerierung abzielt, eine wesentliche Voraussetzung für die Anwendung der Perkolationsexfcraktion« Dadurch werden infolge einer Strukturierung, des zu extrahierenden Materials poröser morphologische Strukturen gebildet, so daß ein schneller und ungehinderter Stofftransport durch Diffusion während der Perkolation gewährleistet ist.

Wie weiterhin gefunden wurde, wird auch die mechanische Festigkeit der Agglomerate durch Verkleisterung von Polysacchariden und Wechselwirkung gequollener denaturierter Proteine mit anderen Inhaltsstoffen so erhöht, daß während der Perkolation kein Zerfall der Agglomerate auftritt.

Die hydrothermische Aufbereitung durch Toastung und ^gglomerierung erfolgt dabei' entweder separat, oder beide Proaeßstufen werden miteinander gekoppelt, dabei ist ein definiertes Temperatur-, Feuchtigkeits- und pH-Programm zugrunde zu legen, unter dem wasserlösliche Proteine weitgehend denaturiert

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und Stärke vollständig verkleistert wird. Als Prüfkriterium für die Proteindenaturierung wird der Stickstofflöslichkeitsindex herangezogen, der nach einschlägiger Methode bestimmt wird.

Der Verfahrensschritt für die Toastung ist eine Dämpfung der Toastung der Rohstoffe bei Temperaturen von 383 K 423 E und eingestellten Wassergehalten von 15 - 40 %„ Der Verfahrensschritt für die Agglomerierung ist eine Pelletierung oder Extrudierung bei Drücken von 1 - 10 SiEPa und eingestellten Wassergehalten von 20 - 60 % sowie pH-Werten von - 2,0 - 5,Oo

In einer für fettarme Rohstoffe bevorzugten A.usführungsform der Erfindung erfolgt die Perkolationsextraktion mit und ohne Zwischentrocknung, der Agglomerate mit Wasser oder binären 40 - 80%igen wäßrig-alkoholischen Lösungen von Ethanol, Propanol oder Isopropanol bei pH-Werten von 3jO - 6,0, Temperaturen von 293 2 - 333 K und Feststoff-Plüssigkeits-Verhältnissen von 1 : 3 bis 1 : 10* In einer für die Verarbeitung fettreicher Rohstoffe bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schließt sich an die Extraktion wasserlöslicher Inhaltsstoffe eine Entfettung mit polaren oder unpolaren organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise Aceton oder Hexan, an, wobei im letztgenannten Fall eine Entwässerung durch Trocknung oder Zwischenbehandlung mit wassermischb.aren Lösungsmitteln vorgenommen wird. Das Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis bei der Fettextraktion beläuft sich hierbei auf 1/1 - 1/5» Der Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die erfindungsgemäße Vorbereitung der Rohstoffe eine Perkolationsextraktion mit wäßrigen Medien überhaupt erst ermöglicht wird, wobei das Verfahren technisch elegant und mit verfügbaren Einrichtungen der Lebensmittelindustrie realisierbar ist. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß durch die Vorbehandlung und Extraktion mit wäßrigen Medien auch eine Fettextraktion begünstigt wird, wobei die anfallenden konzentrierten Eluate ohne Abwasserproblerne entweder nach Aufkonzentrierung in der Tierernährung oder unmittelbar als Mhrsubstrat für eine mikrobielle Fermentation einsetzbar sind·

Schließlich ist als vorteilhaft hervorzuheben, daß die anfallenden Endprodukte nicht nur, wie üblich, in zerkleinerter Form, sondern auch als Strukturate Lebensmitteln . zugesetzt werden können*

Äusführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand nachfolgender Äusführungsbeispiele näher erläutert werden»

Beispiel 1 ^l

Sojabohnen-Bxtraktionsschrot mit Rohprotein 52,3 %, Rohfett 0,9 %, Schalen 2,3 %, Stickstofflöslichkeitsindex (NSI) bei pH 7jO 64,4 %, aus' geschälten Samen wird bei einem Dampfüberdruck von 0,2 MPa getoastet, mit 50 % Wasser unter pH-Korrektur auf· 3,0 angemaischt, bei einem Druck von 5 MPa pelletiert und durch Perkolationsextraktion mit Wasser "bei pH 4,0 und 313 K sowie einem Fe st st off-Flussigkeits- "Verhältnis von 1 : 4 extrahiert. Der Extraktionsrückstand wird entwässert, getrocknet und auf eine Teilchengröße < 50/Jim zerkleinerte Das anfallende Proteinkonzentrat weist einen Proteingehalt von 71,5 %» einen Fettgehalt von 0,8 % auf» Der Masse- und Proteinverlust beträgt 23»1 bzw, 4,6 %,

Beispiel 2

Sonnenblumenschilfer mit Rohproteingehalt 51,8 %_t Rohfettgehalt 15,3 %, Schalengehalt 3,4 %, Stickstofflöslichkeitsindex bei pH 8 23,7 %> ^au.s geschälten Samen wird unter den' in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen hydrothermisch behandelt und mit 50%igem wäßrigen· Ethanol bei pH 5,0 und 323 K sowie einem Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis von 1/5 extrahiert. Daran schließt sich eine Fett extrakt ion mit iVceton bei 323 K und einem Feststoff-Flüssig-ceits-Verhaltnis von 1/3 an# Der Extraktionsrückstand wird getrocknet. Der Proteingehalt des Endproduktes beträgt 68,5 %, der Fettgehalt 1,8 %. Der Masse- und Proteinverlust beläuft sich auf 17*5 bzw, 3,7 %_m

Beispiel 3

Geschälter Hapssamen, Eohproteingehalt 19,5» Hohfettgehalt 48,7 %₉ Schalengehalt 1,8 %, Stickstofflöslichkeitsindex bei pH 7,0 40,7 %t wird unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen hydro thermisch vorbehandelt,, Die Perkolations- extraktion erfolgt unter den in Beispiel 2 angegebenen Bedingungen und die Entfettung des getrockneten Extraktionsriickstandes wird durch Perkolationsextraktion mit Hexan bei 333 K und einem Feststoff-Fliissigksits-Verhältnis von 1:2 vorgenommen. Das anfallende Endprodukt weist einen Hohproteingehalt von 66,2 und einen Fettgehalt von 2,1 auf» Der Masrse- bzw. Proteinverlust beträgt 19»6 bzw·. 2,3 %.·

Claims

Erfindungsanspruch

1· Verfahren zur Gewinnung von Proteinen in Form hochwertiger Protein— oder Lipoproteinkonzentrate für die Humanernährung aus geschälten, protein- und/oder lipidreichen pflanzlichen Rohstoffen, vorzugsweise Öl- und Leguminosensamen und deren Verarbeitungsprodukten, wie Samenmehle, Schilfer und Schrote von Raps- und Sonnenbluinensainen, So.ja- und Ackerbohnen, Erbsen und Lupinen, unter Anwendung einer hydrothermischen Aufbereitung der Rohstoffe, gekennzeichnet dadurch, daß die Rohstoffe nach Toastung und Agglomerierung, vorzugsweise Pelletierung, Granulierung oder Extrudierung, einer Perkolationsextraktion« gegebenenfalls unter nachgeschalteter, partieller oder vollständiger Entfettung, unterworfen werden·

2o Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die hydrothermische Vorbehandlung durch Dämpfung bei Temperaturen von 383 K bis 423 K und Wassergehalten der Rohstoffe von 15 bis 40 % durchgeführt wird,

3» Verfahren nach Punkt 1 bis 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Agglomerierung der hydrothermisch vorbehandelten Rohstoffe nach Einstellung von pH-Werten zwischen 2,0 und 5,0 und Wassergehalten von 20 bis 60 % bei Drücken von 1-10 MPa durchgeführt wird«,

- 4· Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet d adurch, daß die Perkolationsexcraktion der agglomerierten Rohstoffe mit Wasser oder binären Lösungsmitteln bei pH-Werten zwischen 3»0 und 6,0, Temperaturen von 293 S und 333 K und Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnissen von 1 : bis 1 ·. 10 erfolgt»

5· Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß als binäre Lösungsmittel 40 bis 80%ige wäßrige Lösungen von Ethanol, Propanol oder Isopropanol eingesetzt werden»

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5. Verfahren nach Punkt 1 bis 5_} gekennzeichnet dadurch, daß die extrahierten Rohstoffe nach Trocknung mit unpo« laren organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise Hexan bei Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnissen von 1 j 1 bis 1 : entfettet werden.
7. Verfahren nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die extrahierten Rohstoffe im feuchten Zustand mit polaren wassermischbaren Lösungsmitteln_s vorzugsweise Aceton bei Festst off—ITlüssigkeits-Verhältnissen von 1 : bis 1:5» entfettet werden.
8. Verfahren nach Punkt 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die extrahierten Rohstoffe mit polaren wassermischbaren Lösungsmitteln j vorzugsweise Ethanol und Aceton, entviässert und mit unpolaren Lösungsmitteln, vorzugsweise Hexan, bei Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnissen von 1 : 2 bis 1 : 4 entfettet werden.

9ο Verfahren nach Punkt 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die bei der Perkolationsextraktion anfallenden
Eluate nach 4ufkonzentrierung als Futtermittel oder
unmittelbar als Nährsubstrat für die mikrobielle Fermentation eingesetzt werden.