DD224210A1 - Verfahren zur herstellung von phytinsaeurearmen rapsproteinkonzentraten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von phytinsaeurearmen Rapsproteinkonzentraten fuer Nahrungszwecke. Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein einfaches, allgemein anwendbares Verfahren zur Herstellung von phytinsaeurearmen, sensorisch akzeptablen Rapsproteinkonzentraten fuer den Einsatz in Lebensmitteln zu entwickeln, das die Nachteile bisheriger Verfahren, den hohen Proteinverlust und die thermische Denaturierung und Schaedigung vermeidet. Wesentlich fuer das erfindungsgemaesse Verfahrens ist, dass das Rapssamenmaterial mit einem essbaren polyanionischen Faellungshilfsmittel in einem vorgegebenen Massenverhaeltnis, welches eine maximale Bildung eines unloeslichen Protein-Faellungsmittel-Komplexes gewaehrleistet, vermischt wird, und dieses Gemisch zur Entfernung unerwuenschter Nichtprotein-Komponenten und der Phytinsaeure bei einem p H-Wert extrahiert wird, der einem Loeslichkeitsminimum des Protein-Faellungsmittel-Komplexes entspricht und im Bereich eines Loeslichkeitsmaximums der Phytinsaeure liegt.

Description

Erfinder: Dr. Klaus Dieter Schv.^renice Dr. Barbara Möller Dr. Horst Dautzenberg

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Verfahren zur Herstellung von phytinsäurearmen Rapsprotein· k ο η ζ e 111 r a t e η

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die-Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von phvtinsäurearrrien Rapsprcteinkonzem:raten aus Rapsschrot oder -mehl für Sahrungszwecke.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Samen von Raps (Brassica napus L.) und Rübsen (Brassica campestris L.) weisen einen hohen Gehalt an wertvollem Protein auf. Der biologische Wert des Rapsge samtproteins erreicht oder übertrifft den der Sojabohnenproteine (K.D. Schwenke, Ernährungsforschung _1_3, S. 17 (1933); G. -vlieth, K.D. Schwenke, 3. Raab und J. Bruckner,- iffahrung 27,S. 675 (1983)). I- Gegensatz zu den Sojaproteinen werden jedoch Rapsproteine bis jetzt noch nicht für die menschliche Ernährung eingesetzt. Dia Ursachen hierfür sind in der Anwesenheit von antinutritiven Stoffen in den Rapasamen zu sehen. Als seiche sind vor allem Thioglucoside ("Thioglucosinoiate"), deren Abbauprodukte goitrogene Wirkung besitzen, und Phy^insäure (meso-Inositolhexaphosphat), die die biologische Verfügbarkeit lebens-7,-icEltiger Spurenelemente (Hg, Ca, Zn) herabsetz-, au

Heimen, Darüber hinaus enthalten Rapssamen eine Reihe anderer Mchtproteininhaltsstoffe, wie phenolische und piginentartige Verbindungen, die die Farbe und den- Geschmack von Rapsproteinpräparaten negativ beeinflussen«

Die bisher bekannten technischen Lösungen zur Hessteilung von Rapsproteinpräparaten beinhalten deshalb vorwiegend die Entfernung der Schadstoffe, insbesondere aber der Thioglucoside. Das wird fast in jedem Fall mit einer. Inaktivierung des in den Rapssamen enthaltenen, des Thioglucoside spaltenden Enzyms, der Myrosinase, durch Hitzebehandlung verbunden· Anschließend wird mit Wasser, Säuren. oder Alkalien oder wäßrig alkoholischen Lösungen ausgelaugt oder gewaschen (Mieth et al. Nahrung 27, 675 (1983))· Bei der sogenannten Diffusionsextraktion werden die intakten Samen einer mehrstufigen Extraktion mit 0,01 Ή Natronlauge bei einer Temperatur von 60 ⁰C (F.W* Sosulski, F.S· SoIiman. .und R.S. Bhatty, Canad« Inst, Food Sei. Technol. J. 5., 101 (1972); H. Kozlowska, F.W. Sosulski und G.G. Youngs, ibid. 5, 149 (1979)) oder mit 50 %iger ethanoiischer Natronlauge bei pH 12 ( K. Anjou, E. Honkanen, T. Langler und R. Ohlson, Hutrit. Rep. internat. J2> 5⁸? (1978)) unterzogen. Die niedermolekularen Schadstoffe diffundieren dabei durch die semipermeablen Zellmembranen, während die Proteine zurückgehalten werden.

Nach der DE-OS 2 421 270 wird ein Proteinkonzentrat aus Raps- oder Rübsensamen für den menschlichen Verbrauch hergestellt, bei dem das entschälte Samenmaterial einer Myrosinase-Inaktivierung durch Behandeln mit heißem Wasser bei Temperaturen zwischen 80 und 100 ⁰C unterzogen und das Auslaugen ebenfalls bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise 60 bis 80 ⁰G, vorgenommen wird. Eine synchrone Myrosinase-Inaktivierung und Extraktion toxischer Stoffe durch Heißwasser-Behandlung wird in der DE-OS 2 654 693 vorgeschlagen. Das US-P .4 158 656 beschreibt die Herstellung von Rapsproteinkonzentraten aus entschalten und entfetteten

Rapssamen durch Extraktion mit wäßrigem Alkohol unter nichttoxydierenden Bedingungen zur Vermeidung der Phenoloxydation und des enzymatischen Abbaus der Glucosinolate·

Die Herstellung von Proteinextrakten (Proteinisolaten) mit geringen Gehalten an Phytinsäure aus Brassica- und Grambesamen wird in der DS-OS 2 522 991 vorgeschlagen. Das Verfahren basiert auf der Extraktion der Proteine unter Bedingungen, bei denen die Phytinsäure ein Löslichkeit sminimum besitzt, d. h. vorzugsweise bei pH 10,5 bis 12. Die Mangel der vorstehend genannten Verfahren bestehen im folgenden:

Die Hitzebehandlung bis zu Temperaturen von 100 ⁰C, wie sie in der DE-OS 2 421 270, DE-OS 2 654 o93 und in anderen Verfahren beschrieben wird, und die Diffusionsextraktion mit Lauge, führen zu einer Denaturierung eines Großteils der Rapsproteine und liefert Proteinkonzentrate mit schlechter Löslichkeit und für die Verarbeitung zu Lebensmitteln ungenügend -geeigneten -funktioneilen Eigenschaften.

Die Anwesenheit einer relativ hitzestäbileh, ⁼im Bereich der isoelektrischen Proteinfällung in saurem Milieu nicht fällbaren, gut wasserlöslichen Proteinfraktionen, die mehrmals die Hälfte des Gesamtproteins der Rapssamen ausmachen kann und aufgrund einer günstigen Aminosäurezusammensetzung ein wertvolles Eiweißsupplement darstellt, führt zu erheblichen Proteinverlusten bei den Auslauge- und Waschprozessen der Proteinkonzentrat-Herstellung.

Die beschriebenen Proteinkonzentrate enthalten noch relativ große Mengen an Phytinsäure. Die in der DE-OS 2 522 991 beschriebene Verfahrensweise liefert phytinsäurearme Proteinisolate, nicht aber Proteinkonzentrate.

Es sind somit keine Verfahren bekannt, die frei von den genannten Mangeln sind.

Ziel der-- Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein einfaches, allgemein anwendbares Verfahren zur Herstellung von phytinsäurearmen, sensorisch akzeptablen Rapsproteinkonzentraten für den Einsatz in Lebensmitteln unter Beseitigung der Mangel der bekannten Verfahren zu entwickeln. Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, die speziellen Bedingungen für ein derartiges Verfahren aufzuzeigen.

Darlegung des Wesens der Erfindung;

Erfindungsgemäß kann diese Aufgabe dadurch gelöst werden, daß das entfettete Rapssamenmaterial in Form von Schrot oder Mehl mit einem polyanionischen Agens vermischt wird, welches die Samenproteine unter Bildung elektrostatischer Komplexe binden kann,, und daß es unter Bedingungen der Bildung unlöslicher Protein-Polyanionen-Komplexe mit Wasser zur Entfernung der ungewünschten liichtprotein-Bestandteile erschöpfend, extrahiert wird. Da die maximale . Bildung unlöslicher elektrostatischer Komplexe an ein vorgegebenes Verhältnis zwischen Protein und Polyanion und einen bestimmten pH-Bereich gebunden ist, wird die Extraktion unter nachstehend genannten Bedingungen durchgeführt: · Als polyanionische Agentien werden solche Substanzen eingesetzt, die als eßbare .Stoffe im Proteinkonzentjeat verbleiben können. Dafür kommen insbesondere eine Reihe negativ geladener Polysaccharide wie Pectin, Alginat oder Carrageenan und unter gewissen Bedingungen auch carboxymethylierte Cellulose oder Stärke in Frage. Für die Bildung der unlöslichen Komplexe werden derartige Polysaccharide mit durchschnittlichen Gehalten von O-JI bis 2, vorzugsweise 0,3 bis 1,2 anionischen Gruppen pro monomere* Saccharid-Einheit in einer Menge zwischen 0,01 und 0,5, vorzugsweise zwischen 0,03 und 0,3 Masseteilen pro Masse-

teil Protein eingesetzt. In analoger Weise lassen sich als Komplexbildner lösliche Salze von Poly- und Metaphosphorsäuren vom Typ des Natriumhexa- oder -octarnetaphos- -. phats oder des Grahamschen Salzes einsetzen· Als pH-Bereich für die Extraktion ist der Bereich zwischen pH 3 und 6, vorzugsweise zwischen 4,0 und 5,5 "besonders geeignet. Dieser pH-Bereich erweist sich auch deshalb als günstig, als er mit dem pH-Bereich hoher Phyjtinsäure-Löslichkeit zusammenfällt. Während also die Samenproteine unter den Bedingungen der Extraktion und Y/aschung, wie sie erfindungsgemäß vorgeschlagen werden, als unlösliche Polyanionen-Komplexe im Extraktionsrückstand verbleiben, geht die Phytinsaure zusammen mit anderen ITichtproteinkomponenten, wie Polyphenolen, Pigmenten,, löslichen fiatulenzerzeugenden Oligosaccharide^ Thioglucοsinolaten μ. a* in Lösung und wird mit dem Überstand in einfacher Weise durch Zentrifugation oder Filtration abgetrennt. Die nach Extraktion und Waschen mit Wasser oder wäßrig alkoholischen Lösungen erhaltenen Proteinkonzentrate haben ein cremefarbenes bis achwach-gelbliches Aussehen. Ihr Gehalt an Phytinsäurephosphor liegt zwischen 3 und - 1 mg pro g Substanz gegenüber einem Gehalt von 12 bis 13 mg Phytinsäurephosphor im unbehandelten Samenmehl. Bei der Extraktion de.s Samenmehles mit Y/asser im angegebenen pH-Bereich ohne vorherige Zugabe des polyanionischen Komplexbildners gehen etwa 37 % der Samenstickstoff-Verbindungen oder 29 % des wahren Proteins in Lösung. Bei der erfindungsgemäß durchgeführten Verfahrensweise wird dieser Proteinver-. lust auf etwa 10 % herabgesetzt. Die erfindungsgemäß hergestellten Proteinkonzentrate besitzen einen Proteingehalt (N χ 5,7) von 48 bis 55 % in der Trockensubstanz. Das entspricht bei Verwendung des herkömmlichen Stickstoff : Protein - Umrechnungsfaktors von 6,25, einem Rohproteingehalt von 53 "bis 60 %,

Ein weiterer Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Möglichkeit Proteinpräparate zu gewinnen,

die ihre funktioneilen Eigenschaften vermindert behalten haben, da sie nicht durch eine vorausgehende Hitzebehandlung denaturiert und geschädigt Wurden.

Die Erfindung soll anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

40 g enl;sfiSarte£,. entfettetes Rapsmehl (Sorte Sollux) mit einem Rohproteingehalt von 42 % (E χ 5,7) und einem Phytinsäure-Phosphor-Gehalt von 12,4 mg pro g wurden mit 2,8 g Carboxymethylcellulose (Substitutionsgrad 1) vermischt j mit 380 ml Wasser versetzt und der pH-Wert durch Zugabe von 1 Έ: Salzsäure auf 4,0 eingestellt. Die. Suspension wurde eine Stunde bei Zimmertemperatur unter Konstanthalten des gH-Wertes gerührt, danach wurden die festen Bestandteile durch 20 min Zentrifugieren bei 15 000 U/min abgetrennt» Der Rückstand wurde zweimal mit je 300 ml Wasser gewaschen, wobei ein pH-Wert von 4 durch. Zugabe von Salzsäure eingehalten wurde. Es wurden 28 g eines geruchlosen hellcremefariienen Proteinkonzentrates von mildem Geschmack, mit einem Gehalt von 48 % Protein (ΪΓ χ 5,7) und einem Gehalt von weniger als 1 mg Phytinsäure-Phosphor pro g erhalten. Die Farbe des Ausgangsmehles war dunkelgelb.

Beispiel 2

In diesem Beispiel soll der Proteinverlust bei einer Yerachsdurchführung ohne Polyanionen mit dem Proteinverlust beim Arbeiten entsprechend dem Beispiel 1 verglichen werden.

40 g Rapsmehl wurden mit 400 ml Wasser bei einem pH-Wert von 4 1 Stunde gerührt, absentrifugiert und der Stickstoff- und Proteingehalt (Proteinverlust) im Überstand bestimmt.

In Lösung gegangener Samen-Stickstoff: 37 %

davon Nichtproteinstickstoff: 8 % Protein-Verlust (trichloressigsäure-

fällbarer Stickstoffanteil): 29 %

Vergleichsweise ergaben sich bei der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise :

In Lösung gegangener Samen-Stickstoff: . 21 % Kichtproteinstickstoff: 8 %

Protein-Verlust: 14 %

Daraus resultiert eine Erhöhung der Proteinausbeute um 100 %·

Beispiel 3

40 g Rapsmehl.(s. Beispiel 1) wurden mit 4,6 g Grünbandpectin (Veresterungsgrad 60 %₉ Reinpectingehalt 70 %) verroiacht und eine Stunde lang bei pH 5,0 mit 400 ml Wasser verrührt. Der durch Zenrifugation gewonnene Rückstand wurde zweimal mit je 300 ml Wasser unter Einhaltung eines pH-Wertes von 5,0 gewaschen. Das resultierende hellcremefarbene geruchlose Proteinisolat hatte einen angenehmen Geschmack, einen Rohproteingehalt (Έ χ 5,7) von 43 % und einen Phytinsäure-Phosphatgehalt von_1,3 mg/g. Im Vergleich zu Beispielen 1 und 2 betrug der Proteinverlust 10 %.

Beispiel 4

40 g Rapsmehl werden mit 7,9 g Pectin (Veresterungsgrad 33 %, Reinpectingehalt 63 %) vermischt und 1 Stunde bei . pH 4,0 mit 4OO ml Wasser verrührt. Das nach Smaligem Waschen resultierende Proteinkonzentrat besaß einen Proteingehalt (Τι χ 5,7) von 55 % und einen Phytinsäure-Phosphatgehalt von 2 mg/g. Der Proteinverlust bei der Extraktion betrug 3 %, der Gesamtproteinverlust nach 5maligem Waschen 9 %·

Claims (3)

1. Brfindungsansprüche

   1. Verfahren zur Herstellung von phytinsäurearmen Rapsproteinkonzentraten aus entfettetem oder teilweise entfettetem Rapssameninaterial, vorzugsweise Rapssamenschrot oder -mehl, dadurch gekennzeichnet, daß das Rapssamenmaterial mit einem eßbaren polyanionischen Fällungshilfsmittel in einem vorgegebenen Massenverhältnis, welches, eine maximale Bildung eines unlöslichen Protein-Fällungsmittel-Komplexes gewährleistet, vermischt wird, und das Gemisch mit Wasser bei einem bestimmten pH-Wert, _rder einem Löslichkeitsminimum des Protein-Pällungsmittel-Komplexes entspricht und im Bereich eines Löslichkeit smaximums der Phytinsäure liegt, wiederholt extrahiert, gewaschen und gegebenenfalls getrocknet wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als poj yard oni sehe Pällungshilfsmittel negativ geladene Polysaccharide, vorzugsweise Pectin, Alginat, Carrageenan oder Carboxymethylcellulose eingesetzt v/erden und die Extraktion im pH-Bereich 3,0 bis 6,0, vorzugsweise zwischen pH 4,0 und 5,5, erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß anionische Polysaccharide mit durchschnittlichen Gehalten von 0,1 bis 2, vorzugsweise 0,3 bis 1,2_;anionischen Gruppen pro monomerer Saccharid-Einheit in einer Menge zwischen 0,01 und 0,5, vorzugsv/eise zwischen 0,03 und 0,3 Massenteilen pro Masseteil Protein im Rapssamenmaterial eingesetzt werden.