DD214527A1

DD214527A1 - Verfahren zur gewinnung von proteinisolaten

Info

Publication number: DD214527A1
Application number: DD24998383A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Mieth; Christoph Schneider; Joachim Pohl; Horst Schmandke; Erika Lange
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1983-04-19
Filing date: 1983-04-19
Publication date: 1984-10-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Proteinen aus proteinreichen oder proteinangereicherten pflanzlichen Rohstoffen vorzugsweise aus fettarmen Leguminosesamen. Die gewinnbaren Proteinisolate eignen sich fuer spezielle Applikationszwecke in der Lebensmittelindustrie, besonders zur Herstellung von Schaumen und Gelen. Ziel der Erfindung ist die Verbesserung funktionell anwendungstechnischer Eigenschaften von Proteinisolaten, die aus den eingesetzten Rohstoffen gewonnen werden. Es werden die spezifischen Verfahrensbedingungen aufgezeigt. Erfindungsgemaess erfolgt vor der extraktiven Behandlung der zerkleinerten Rohstoffe eine hydrothermische Daempfung oder Kochung bei Temperaturen von 100 bis 120 Grad C, waehrend 1 bis 10 Minuten. Ausserdem ist eine Nachbehandlung der isolierten Proteine mittels mit Wasser nicht oder nur begrenzt mischbaren organischen Loesungsmitteln vorgesehen.

Description

Verfahren, zur Gewinnung von Proteinisolaten Anwendungsgebiet der Erfindung

Verfahren zur Gewinnung von Proteinen aus proteinreichen oder proteinangereicherten pflanzlichen Rohstoffen, . vorzugsweise fettarmen Leguminosensamen und deren Verarbeitungsprodukten, in Form qualitativ hochwertiger, d. h* verbesserte funktioneile' Eigenschaften aufweisender Proteinisolate für die Humanernährung· Die gewonnenen Proteinisolate zeichnen sich durch einen niedrigen Gesarntlipid-, insbesondere Phosphatidgehalt, eine hohe. Lagerstabilität sowie gute sensorische und anwendungstechnische Eigenschaften aus; sie sind für spezielle Applikation3zwecke in der 'Lebensmittelindustrie, insbesondere zur Herstellung von Schäumen und Gelen prädestiniert·

Charakteristilc der bekannten technischen Löstuigen

Bekannterweise sind thermische bzw. hydrothermische Prozesse integrierende Stufen der Öl Samenverarbeitung,

speziell was den Aspekt der Effektivitätssteigerungbei der Ölgewinnung durch Yeränderung der morphologischen Beschaffenheit der Öl samen angeht. Derartige Behandlungs-maßnahmen gewinnen auch im Hinblick auf eine Qualitätsr verbesserung der Endprodukte Rohöl und Schrot bzw. der daraus .gewonnenen Verarbeitungsprodukte, wie Raffinate¹ und hydrierte Fette sowie Proteinisolate und;-konzentrate, zunehmend an Interesse.

Die hydrothermische Vorbehandlung von Leguminosensamen mit niedrigem fettgehalt, beispielsweise Vicia faba, Γ Pisum sativum,. Phaseolus vulgaris, oder Lupinus albuä, zwecks Nutzbarmachung dieser potentiellen Proteinqueile für die, Substitution oder Supplementierung von Lebensmitteln ist demgegenüber bisher nicht beschrieben jworden. Allerdings sind Verfahren entwickelt worden, die über eine Fraktionierung der Proteine bei der Extraktion oder Fällung oder eine chemische und/oder physikalische Modifizierung, wie Acylierung und Denaturierung, zu Proteinen mit gewünschten funktioneilen Eigenschaften führen (DD-WP 130 442, DD-YiP 136 096, DD-YiP 148 923, _] USP 4 060 203)« Auch eine Extraktion mit Lösungen stoker Elektrolyt©, die den sogenannten ^MEinsalζ"-Effe^kt ausnutzt, wird durchgeführt (USP 4 208 323, Can. P. 1 028 552), um Legurainosenproteine hoher Reinheit und Funktionalität herzustellen» .

Der Wachteil letztgenannten Verfahren besteht jedoch darin, daß ..unerwünschte Begleit stoffe, die den off-flavour hervorrufen und die LagerStabilität stark verringern, sich in Proteinisolaten anreichern. Gele, die aus nach, den genannten Verfahren hergestellten Proteinen erzeugt werden, besitzen außerdem keine hinreichende Klarheit (z·' B. für Gelee süßwar en), wenn als Rohstoff für die Proteinherstellung nicht entfettete oder nicht vor-

extrahierte Samenmehle angewendet werden. Proteinisolate aus Leguminosensamen, insbesondere aus aolchen mit niedrigem Triglyceridgehalt, wie Viciä faba, Pisura sativum und Phaseolus vulgaris, weisen nämlich aufgrund eines relativ hohen Anteils an Phosphatiden> deren konstituierende Fettsäuren überwiegend aus Pölyenfettsäuren bestehen, nur eine begrenzte Lagerstabilität durch Bildung von off-flavour-Verbindungen, u. ä, infolge einer Lipidoxydation, auf. Auch werden bestimmte funktioneile Eigenschaften, wie das Gel*, Schaum-, und Emulsions·- bildungsvermögen durch unerwünschte reversible V/echselwirkungen von Proteinen mit oxydierten und/oder hydrolysieren Lipiden negativ beeinflußt, wodurch das Einsatzgebiet solcher Proteinisolate mehr oder weniger stark eingeschränkt wird. Derartige Reaktionen werden bekanntlich sowohl durch enzymatische, als auch chemische Vorgänge bei der Proteingewinnung hervorgerufen. Es sind daher Verfahren entwickelt worden, die auf eine Verbesserung der sensorischen Qualität und Haltbarkeit von Proteinisoiaten aus Leguminosensamen, speziell Sojabohnen, abzielen. Verfahren der Wahl dafür sind einmal die extraktive Entfernung von Lipiden vor oder nach der Proteinisolierung, wobei überwiegend binäre wäßrig/ organische oder aceotrope Gemische organischer Lösungsmittel, beispielsweise Isopropanol/Wasser, Aceton/Wasser oder Hexan/Ethanol, eingesetzt werden. Zum anderen sind Verfahren bekannt, die über eine Hitzebehandlung der proteinhaltigen Extrakte bzw. feuchten Isolate eine sensorische Aufwertung durch Verflüchtigung von offflavour-Komponenten oder Hintanhaltung von deren Bildung bezwecken.

Unter diesem Aspekt ist auch die Kombination einer Hitzebehandlung und Extraktion mit organischen Lösungsmitteln fur Samenmehle und Konzentrate von Sojabohnen, d.h. Rohstoffen mit vergleichsweise hohem Fettgehalt j be- , schrieben worden, wobei die Entfettung vor- oder nachgeschaltete Verfahrensschritte sind· Als Hauptnachteil bekannter Verfahren der Hitzebehandiunü wie auch der Entfettung mit polaren Lösungsmitteln ist eine mehr oder weniger drastische Löslichkeitserniedrigung von Proteinen infolge einer thermischen oder chemischen Denaturierung anzusehen, so daß derartig behandelte 7 Rohstoffe entweder nicht mehr zur Gewinnung von Proteinisolaten geeignet sind oder nur geringe Ausbeuten an derartigen Produkten ergeben. Auch ermöglichen die genannten organischen Lösungsmittel im allgemeinen nur ein selektives Herauslösen von Lipiden, wobei im Falle des Einsatzes von Aceton Phosphatide nicht in Lösung gehen, im Falle des Einsatzes von Alkoholen, nicht oder schlecht hydratisierbare Hydrolyseprodukte von Phosphatide^ über hydrophobe Wechselwirkungen an Proteine gebunden bleiben, so daß nur eine unvollständige Lipidabtrennung erfolgt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht demnach in der Qualitätsverbesserung und damit Erweiterung des Einsatzgebietes von Proteinisolaten, vorzug'sweise aus Leguminosensamen und ihren Verarbeitungsprodükten, durch Erniedrigung des Lipidgehaltes, speziell des Phosphatidgehaltes, zwecks Verhinderung der Bildung von off-flavour-Verbindungen, Erhöhung der oxydativen Stabilität während der Lagerung und Verbesserung wertbestimmender funktionellanwendungstechnischer Eigenschaften von Proteinisplaten

bei gleichzeitiger Hintanhaltung einer drastischen Proteindenaturierung·

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zu Grunde, spezifiche Verfahrensbedingungen für die Gewinnung von Proteinisolateh, vorzugsweise aus Leguminosensamen und deren Verarbeitungsprodukten, aufzuzeigen, unter denen Proteinisolate mit niedrigem Lipid-, insbesondere Phosphatidgehalt, und verbesserten funktionellen Eigenschaften erhalten werden·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß intakte oder zerkleinerte Leguininosensamen vor der in an sich bekannter Weise Vorgenommenen Proteinisolierung, ggf· auch Entfettung, unter Anwendung wäßriger Elektrolytlösungen unterschiedlicher Ionenstärke und unterschiedlicher pH-Werte, einer 1 - lOminütigen hydrothermischen Behandlung durch Dämpfung öder Kochung bei Temperaturen von 100 120 ⁰C und Wassergehalten über 15 % unterworfen werden, woraufhin die präzipitierten Proteine ggf· einer Hachentfettung mit Wasser nicht oder nur begrenzt mischbaren Lösungsmitteln/ vorzugsweise mit höheren Alkoholen oder halogenierten Kohlenwasserstoffen, bei einem Feststoff-Plüssigkeits-Verhältnis von 1 : 2 bis 1 : 5 unterzogen werden.

In einer zur Proteingewinnung aus fettarmen Leguminosensaraen, wie Bohnen oder Erbsen, bevorzugten Ausf ührungsf oria der Erfindung werden die Rohstoffe einer 2minütigen Kochung bei 100 ⁰C unterworfen, und die nach der Proteinisolierung anfallenden Präzipitate werden in wäßriger Suspension mit Butanol bei einem Feststoff-ITdssigkeits-Verhäitnis von 1 : 2 extrahiert·

In einer zur Proteingewinnung aus relativ fettarmen Leguminosensamen, wie Lupinen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Rohstoffe einer 2minütigen Dämpfung bei 110 ⁰C unterzogen, und die nach Protein-, isolierung anfallenden Präzipitate werden in wäßriger Suspension mit Methylenchlorid bei einem ]?eststoff-Plüssigkeits-Verhältnis von 1 : 3 extrahiert· Ss wurde nämlich Überraschenderweise gefunden, daß durch die erfindungsgemäße hydrothermisehe Vorbehandlung an 3ich fettarmer, Jedoch einen relativ hohen Phosphatidgehalt aufweisenden Leguminosensamen, eine gravierende Senkung des Lipidgehaltes, insbesondere aber des Phosphatidgehaltes, in den nach Extraktion mit wäßrigen Elektrolytlösungen und Präzipitätion anfallenden Proteinisolaten im Vergleich zu solchen aus unbehandelten Rohstoffen zu verzeichnen ist. Ursache dafür ist eine Bindung polarer Lipide an unlösliche Polysaccharide und Proteinfraktionen, so daß Wechselwirkungen mit löslichen Proteinfraktionen weitgehend vermieden werden. Wie darüber hinaus gefunden wurde, sind nach hydrothermischex Vorbehandlung der Rohstoffe gewonnene Proteinisolate, soweit weitere spezielle Gebrauchseigenschaften wünschenswert sind, leicht mit organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise mittels mit Wasser nicht oder nur begrenzt mischbaren Lösungsmitteln und deren aceotropen Gemischen, vollständig zu entfetten, da durch hydrothermische Vorbehandlung enzymätische Abbaureaktionen von Lipiden und damit eine irreversible Bindung von deren Hydrolyse- und Desmolyseprodukten an Proteine verhindert wird, was zugleich für die Bildung von off-flavour-Komponenten zutrifft. : \7ie weiterhin gefunden wurde, zeichnen sich nach' erfindürigsgemäßer Behandlung anfallende lipidarme Proteinisolate gegenüber unbehandelten Präparaten durch verbesserte

funktioneile Eigenschaften aus, insbesondere was ihr Schaum- und Gelbildungsvermögen sowie Transparenz der Gele angeht. Auch sind diese sensorisch von ausgezeichneter Qualität, d.h. frei von bohnigen, bitteren oder andersartigen off-flavour-Komponenten, und deren Lagert Stabilität ist hoch.

Damit unterscheidet sich die erfindungsgemäße Lösung im wesentlichen Maße von anderen Verfahren der Proteingewinnung aus fettarmen Leguminosensamen, nachdem Pröteinisolate mit vergleichsweise hohem Lipid-, ins-· besondere Phosphatidgehalt infolge hydrophober iifechseiwirkung polarer Lipide mit löslichen Proteinfraktionen erhalten werden. Auch sind qualitativ hochwertige Produkte durch nachträgliche Entfettung mit den bekannten Nach-· teilen hinsichtlich des technischen Aufwandes und damit der Verfahrensökonomie nicht gewinnbar, da ohne hydrothermische Vorbehandlung der Rohstoffe nur eine Extraktion, von lleutralfetten, nicht aber gebundenen polaren Lipiden möglich ist.

Die Erfindung wird anhand nachstehender Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Ausführun^sbeispiele Beispiel 1

Ackerbohnen werden 2 Minuten bei 120 ⁰C gedämpft und nachfolgend zerkleinert. Das resultierende Mehl wird 30 Minuten mit der 6fachen Menge Wasser bei pH 7»5 und 25 ⁰C extrahiert. Die gelösten Proteine werden nach Abtrennung unlöslicher Zellbestandteile bei pH 4,2 isoelektrisch ausgefällt. Das abgetrennte Präzipitat wird mit der 5fachen Menge Wasser bei pH 6,0 gewaschen, wobei ein Teil direkt gefriergetrocknet, ein anderer Teil mit der 5fachen Menge n-Butanol stufenweise extrahiert und nach Abtrennung der flüssigen Phase gefriergetrocknet wird. . -. ... '..' ' ' ' .^: ;

Über den Gesamtlipid- und Phosphatidgehalt der erhaltenen Isolate mit und ohne hydrothermische "Vorbehandlung der Rohstoffe informiert/iDabelle 1.

iab. 1 Xipid- und Phosphatidgehälte mitoder ohne hydrothermische und Lösungsmittelbehandlung resultierender Proteinisolate

Beispiel	hydrotherm. Behandlung	Iiösungs- mittel Behand lung	• Gesamt-₁χ lipide ^u	Phosphatide²'
τ .-..: .. '	_ ^v.		5,3	1,3
		. - -.- '.	1,6	0,5
			1,1	0,4
		: ··'+ ' .	0,2	<0,05
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nach Polch-Sxtraktion

nach Veraschung des Lipidextraktes und Umsatz mit Natriummolybdat

Lupinensamen werden 5 Hinuten mit der dreifachen Menge Wasser gekocht und nach Zerkleinerung mit der lOfachen Menge Wasser bei pH 5,0 und 25 ⁰C über einen Zeitraum von 1 h ausgelaugt· Nach Abtrennung der Mutterlauge werden Proteine durch 30minütige Extraktion mit der 5fachen Menge Wasser bei pH 9,0 und 40 ^QC gelöst sowie bei pH 4,5 isoelektrisch ausgefällt. Das abgetrennte Präzipitat wird mit der lOfachen Menge Wasser bei pH 7,0 gewaschen, wobei ein Teil direkt, ein anderer Teil nach Extraktion mit der 2fachen Menge Trichlorethylen sprühgetrocknet wird.

Angaben über den Gesamtlipid- und Phosphatidgehalt der resultierenden Isolate mit und ohne hydrothermischer Vorbehandlung der Rohstoffe befinden sich in Tabelle

Beispiel 3

Sojabohnen werden 3 Minuten bei 110 ⁰O gedämpft und nachfolgend getrocknet, zerkleinert und mit Hexan extrahiert. Das resultierende''Mehl wird 30 Minuten mit der 8fachen Menge Wasser bei pH 8,0 und 40 ⁰C extrahiert, und die gelösten Proteine werden nach Abtrennung ungelöster Zellbestandteile bei pH 4,6 ausgefällt, wobei ein Teil direkt, ein anderer Teil nach Extraktion mit der 3fachen Menge Methylenchlorid wirbelschichtgetrocknet wird. Angaben über den Lipid- und Phosphatidgehalt der aus gedämpften oder ungedämpften Sojabohnen erhaltenen Proteinisolate sind in Tabelle 1 enthalten.

Claims

SrfindungsansprUche

Verfahren zur Gewinnung von Proteinisolaten mit ver- · besserten funktionellen Eigenschaften aus Leguminosensamen mit niedrigem Gesamtlipidgehalt, gegebenenfalls auch von dabei anfallender Stärke, vorzugsweise aus Ackerbohnen, Bohnen, Erbsen, Linsen und Lupinen, durch extraktive Behandlung der zerkleinerten Rohstoffe mit _: wäßrigen Elektrolytlösungen und Ausfällung der Proteine aU3 Extrakten, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohstoffe vor der extraktiven Behandlung hydrothermisch durch VMs lOminÜtige Dämpfung oder Kochung bei 'Temperaturen von 100 bis 120 ⁰C vorbehandelt und die ausgefällten Proteine gegebenenfalls einer extraktiven Nachbehandlung mittels mit Wasser nicht oder nur begrenzt mischbaren organischexi Lösungsmittel unterworfen werden. ;