DD230999A1 - Verfahren zur herstellung von fettemulsionen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Emulsionen vom Fett-in-Wasser- oder Wasser-in-Fett-Typ durch Emulgieren und/oder Homogenisieren von Fetten, Wasser und Ingredenzien unter Zusatz aktivierter Proteine als Stabilisatoren, gegebenenfalls auch Coemulgatoren und Dickungsmittel. Das Ziel und die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Emulsionen mit hoher physikalischer Stabilitaet sowie hoher Variabilitaet in der Zusammensetzung und den Eigenschaften herzustellen, ohne dass komplizierte Emulgiertechniken erforderlich sind. Es liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahrensbedingungen aufzuzeigen, nach denen Proteine als effektive Stabilisatoren fuer Emulsionen einsetzbar sind. Erfindungsgemaess werden die o. g. Fettemulsionen dadurch hergestellt, dass man in der waessrigen Phase dispergierte Proteine durch Einstellen auf p H-Werte oberhalb des Neutralpunktes des Systems, vorzugsweise auf eine p H-Einheit oberhalb des Loeslichkeitsmaximums der Proteine aktiviert und dass man nach Emulsionsbildung den p H-Wert unterhalb des Neutralpunktes des Systems einstellt, vorzugsweise auf eine p H-Einheit unterhalb des isoelektrischen Punktes der Hauptproteinfraktion, wodurch Proteine an die Grenzflaeche der Fett- und Wasserphase fixiert werden.

Description

— Ί

Verfahren zur Herstellung von Fettemulsionen Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Emulsionen vom Fett-in-Wasser- oder Wasser-in-Fett-Typ durch Emulgieren und/oder Homogenisieren von Fetten, Wasser und Ingredenzien unter Zusatz aktivierter Proteine als Stabilisatoren, ggf. auch Goemulgatoren und Dickungsmitteln. Die herzustellenden Emulsionen sind von hoher physikalischer Stabilität und weise eine hohe Variabilität hinsichtlich der Phasenverteilung, der Fettzusammensetzung, des Fettgehaltes und der Konsistenz auf. Die Einsatzmöglichkeiten der Emulsionen liegen hauptsächlich in der Lebensmittelindustrie, vorzugsweise in Form von Mayonnaise und Margarine und diesen ähnlichen Zubereitungen, sie sind aber auch bei an sich bekannter Zusammensetzung unter Beachtung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise in der kosmetischen Industrie verwendbar*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Herstellung von Fettemulsionen durch Emulgieren und/ oder Homogenisieren von Komponenten wie Fett, Wasser, Proteine und andere Zusatzstoffe unter Emulsionsbildung und Stabilisierung ist.eine im Prinzip bekannte Verfahrensweise. So werden z.B. Nahrungsmitte!-Emulsionen von

Fett-in-Wasser-Typ in Form von Naturprodukten, wie Rahm, durch Lipoproteine der Milch stabilisiert. Simulierte Erzeugnisse, wie Mayonnaise, enthalten Lipoproteine des Eigelbs, pflanzliche Lipoproteine oder speziell gewonnene Proteine als Stabilisatoren. Wasser-in-Fett-Emulsionen, wie Butter und Margarine traditioneller Zusammensetzung, werden demgegenüber entweder durch Phasenumkehr rahmähnlicher Emulsionen oder direkte Emulgierung von Fett und Wassergemischen unter Zusatz oberflächenaktiver Lipide hergestellt.

In der Patentliteratur finden sich zahlreiche Verfahren, die auf die Herstellung solcher Produkte mit unterschiedlicher Phasenverteilung und Fettzusammensetzung sowie unterschiedlichem Fettgehalt abzielen, wobei eine Substitution von Fetten durch Wasser oder eine Qualitätsverbesserung angestrebt wird. Als dafür geeignete Stabilisatoren werden vor alle, wasserlösliche oberflächenaktive Lipide und Proteine genannt. Im Falle von Mayonnaise handelt es sich in der Regel um natürliche amphotere Lipide auf der Basis von Phosphatiden, wie Lysophosphatide, Lipoproteine und spezielle Phosphatidfraktionen, wogegen für Margarine synthetische nichtionogene Verbindungen auf der Basis der Partialfettsäureester von Polyolen bevorzugt werden. Fettin-Wasser-Emulsionen werden dabei im allgemeinen durch Lipide mit niedrigem HLB-Wert (Hydrophiler-lipophiler Balancewert), wie Monoglyzeride, Wasser-in-Fett-Emulsionen durch solche mit hohem HLB-Wert, .wie Äthylenoxydaddukte von Polyalkoholen stabilisiert. In begrenztem Umfang werden daneben für die genannten Applikationszwecke nach speziellen Verfahren gewonnene Proteine, insbesondere aus öl- und Leguminosensamen, Milch oder Molke, eingesetzt.

Als Nachteile derartig stabilisierter Produkte sind vor allem eine geringe physikalische Stabilität gegenüber Gefrier-· Tau- und Erhitzungsprozessen sowie ein hoher Fett- und Cholesteringehalt bei zum Teil ungünstiger ernährungsphysiologischer Fettsäurezusammensetzung anzusehen«

Durch Proteine stabilisierte Emulsionen weisen darüber hinaus den besonderen Nachteil einer geringen Stabilität im sauren Milieu und bei Erhitzung auf; sie neigen im weiteren zu unerwünschten elektrostatischen Wechselwirkungen mit Lipiden und Polysacchariden, so daß bestimmte Randbedingungen, insbesondere hinsichtlich kritischer Einsatzkonzentrationen, streng einzuhalten sindv

Neu Entwicklungstrends orientieren daher in verstärktem . Maße auf die Herstellung kalorienreduzierter Erzeugnisse, die möglichst auch einen geringen Gehalt an Cholesterinen und gesättigten Fettsäuren aufweisen. Motivation dafür sind einmal volksgesundheitliche Aspekte einer Phrophylaxe von Fehlernährungserkrankungen, wie AdI-positas und Hypercholesterinämie, zum anderen volkswirtschaftliche Gesichtspunkte beim Einsatz von Importrohstoffen unter effektiverer Nutzung verfügbarer einheimischer Resourcen« Kalorienreduzierte Erzeugnisse sind in Form.von mayonnaise ähnlichen Zubereitungen, wie SHP-Mayonnaise, und diätetischen Streichfetten wie Cama, Soma und Frische Rahmbutter im Handel, wobei Emulgatoren, wie Monoglyzeridkonzentrate, und Dickungsmittel, wie Stärkeprodukte, Alginate oder Gelatine als Stabilisatoren, zum Einsatz kommen. Die Verbraucheranforderungen an kalorienreduzierte Erz9 ugnisse, wie physikalische Stabilität sowie sensorische und rheologische Qualität, werden vielfach durch Zusatz von Dickungsmitteln, vorzugsweise von Proteinen und Polysacchariden, wie Gelatine, Pflanzengrnnmen, Alginate, P.ektinate und modifizierte Stärken, oder Coemulgatoren, vorrangig

Partialglyzeride und Phosphatide erreicht.

Der generelle Nachteil dieser Zusatzstoffe liegt in dem relativ hohen Preis, der hohen Einsatzkonzentration und in einer begrenzten Verfügbarkeit.

Weitere Nachteile der Herstellung kalorienreduzierter Erzeugnisse bestehen in der meist erforderlichen Anwendung komplizierter Emulgiertechniken, wie die Herstellung einer Voremulsion oder dem Einsatz von Druckhomogenisatoren«

Eine in diesem Zusammenhang besonders relevante Erfindungs beinhaltet die Herstellung für Nahrungszwecke geeigneter Emulsionen, insbesondere mit niedrigen Fettgehalten, in Gegenwart pflanzlicher oder tierischer Proteine. Danach werden Fette in Gegenwart einer proteinhaltigen Lösung oder Suspension bei definierten pH-Werten und Temperaturen, vorzugsweise am isoelektrischen Punkt des Proteins, einem tribochemischen Umsatz unterworfen, wobei die Proteine während der Emulsionsbildung durch Säurezusatz präzipitiert werden» Die Fettgehalte von ΛΟ bis 80 % und Proteingehalte von 4 bis 8 % aufweisenden Emulsionen werden durch Separation aufkonzentriert und nachfolgend mit Zusatzstoffen zu Lebensmitteln, wie Streich- und Backfette, Mayonnaise und Tortencremes, weiterverarbeitet. Der spezielle Nachteil dieser Lösung besteht in dem energetisch aufwendigen tribochemischen Umsatz, der verfahrenstechnisch aufwendigen Auf konzentrierung der Emulsion und den zusätzlichen Verfahrensschritten bei der Herstellung der Endprodukte.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die aufgezeigten Mangel bisher bekannter Verfahren dahingehend zu beseitigen, daß Emulsionen mit hoher physikalischer Stabilität

sowie hoher Variabilität in der Zusammensetzung und den Eigenschaften herstellbar werden, ohne daß komplizierte Emulgiertechniken oder Präparationstechniken erforderlich sind.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Verfahrensbedingungen darzulegen, nach denen Proteine als effektive Stabilisatoren für Emulsionen einsetzbar sind«

Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemäß werden Fettemulsionen mit hoher physikalischer Stabilität, variabler Zusammensetzung und variablen Eigenschaften durch Emulgieren und/oder Homogenisieren der Komponenten, vorzugsweise von Fett, Wasser, Proteinen und weiteren Stoffen dadurch hergestellt, daß man in der wäßrigen Phase dispergierte Proteine durch Einstellen auf pH-Werte oberhalb des. Neutralpunktes des Systems, vorzugsweise auf eine.pH-Einheit oberhalb des Löslichkeitsmaximums der Proteine, aktiviert und, daß man nach Emulsionsbildung des pH-Wert unterhalb des ITe utr alpunkt es des Systems einstellt, vorzugsweise auf eine pH-Einheit unterhalb des isoelektrischen Punktes der Hauptproteinfraktion, wodurch die Proteine an.die Grenzfläche der Fett- und Wasserphase fixiert werden.

Wie nämlich überrachenderweise gefunden wurde, werden grenzflächenaktive Eigenschaften von Proteinen und proteinreicher Rohstoffe durch die erfindungsgemäße Aktivierung der Proteine im alkalischen Milieu, d.h. oberhalb des Neutralpunktes des Systems bei pH-Werten von 8,0 bis 12,0 und deren nachfolgender Fixierung an der Phasengrenzfläche im sauren Milieu, d.h. unterhalb des Neutralpunktes des Systems bei pH-Werten von 4,0 bis 7>0 so gravierend verbessert, daß sogar Produkte mit schlechter Emulgierwirkung, wie hitzedenaturierte Proteine, zur Stabilisierung

von Wasser-in-3?ett- und Fett-in-Wasser-Emulsionen verwendbar sind.

Weiterhin wurde gefunden, daß durch die erfindungsgemäße Aktivierung der Proteine in den Systemen bzw. Emulsionen die erforderlichen Einsatzkonzentrationen der Proteine auf 0,1 bis 3,0 Masseteile, vorzugsweise 0,5 bis 1,0 Masseteile, gegenüber dem bisherigen Stand der Technik gesenkt werden können.

Es hat sich als bedeutungsvoll erwiesen, daß dermaßen behandelte Systeme nur zu geringen Wechselwirkungen mit Coemulgatoren und Dickungsmitteln auf der Basis von Lipiden oder Polysacchariden neigen, so daß auch stark fettreduzierte Erzeugnisse mit hoher Stabilität und breitem Konsistenzbereich unter Zusatz derartiger Verbindungen herstellbar sind.

Im Rahmen der Erfindung geeignete Zusatzstoffe, die sich auf die Stabilität, Konsistenz und den Geschmack der Emulsionen auswirken, sind einmal amphotere und nichtionogene Lipide, vorzugsweise Lipoproteine, Phosphatide und Part ialfettsäureester von Polyolen; deren Einsatakonzentration beträgt 0,05 bis 1,0 Masseteile, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Masseteile. Zum anderen finden Anwendung Polysaccharide mit hohem Wasserbindungsvermögen, vorzugsweise modifizierte Stärken, deren Einsatzkonzentration beträgt 0,5 bis 5 Masse %, vorzugsweise 1 bis 2 Masse %.

Der Emulgiervorgang erfolgt in an sich bekannter Weise . unter Einsatz von Intensivmischern oder Homogenisatoren, dabei ist die Herstellung von Voremulsionen oder die Anwendung von Druck nicht erforderlich. Die Phasenverteilung, rheologischen Eigenschaften und physikalische Stabilität der gebildeten Emulsionen hängen

dabei von der Art des Vermischens der Phasen, der Fettzusammensetzung und dem Fettgehalt sowie der Art und Menge der Zusatzstoffe ab, so daß jeweils aus Vorversuchen dem geweiligen Anwendungszweck angepaßte Herstellungsbdingungen abzuleiten sind.

Als Proteine kommen in Frage in Frage pflanzliche, tierische oder mikrobiell hergestellte proteinreiche oder -angereicherte Produkte, beispielsweise von Öl und Leguminosensamen, Fisch- und Milcherzeugnissen, vorzugsweise deren . Proteinkonzentrate, -isolate, -hydrolysate und -derivate.

Als Fette werden pflanzliche und/oder tierische Produkte, wie raffinierte, hydrierte und umgeesterte Pflanzen- und Fischöle sowie Fruchtfleisch-, Schlacht- und Milchfette eingesetzt,- .

Zur.bevorzugten Herstellung von Wasser-in-Fett-Emulsionen bzw. Fett-in-Wasser-Emulsionen wird so verfahren, daß entr· weder die proteinhaltige Wasserphase in die Fettphase bzw. umgekehrt die Fettphase in die proteinhaltige Wasserphase zum Zweck des Emulgierens eingetragen wird»

In einer für die Herstellung von Fett-in-Wasser-Emulsionen, speziell Mayonnaise, mit Fettgehalten von 75 bis 80 Masseteile bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden o,5 bis 1 Masseteil Proteinisolat aus Leguminosensamen bei pH-Werten von 9,0 bis 10,0 aktiviert, woraufhin unter Emulgieren Sojaöl und Ingredenzien hinzugefügt und die gebildeten Emulsionen durch pH-Werterniedrigung auf 5,0 stabilisiert werden. . In e iner anderen für die Herstellung von Streichfetten_s speziell Margarine, mit Fettgehalten von 70 bis 75 Masseteile bevorzugten Ausführungsform werden 2 Masseteile.Proteinkonzentrat aus Milchprodukten bei pH-Werten von 8,0 bis 9,0 aktiviert, gemeinsam mit konsistenten Fetten

Ingredenzien und 0,2 Masseteile Sojalezithin, woraufhin die Emulsionen durch pH-Werterniedrigung auf 5,5 stabilisiert werden.

In einer weiteren zur Herstellung stärker kalorienreduzierter Erzeugnisse mit Fettgehalten von 50 bis 60 Masseteile bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird wie oben beschrieben verfahren, jedoch werden der Wasserphase 0,5 bis 5 Masseteile Dickungsmittel, vorzugsweise 1 bis 2 Masseteile Kaltquellstärke hinzugefügt. Der Vorteil der Erfindung liegt somit in der Verwertbarkeit von Proteinen oder proteinreichen Rohstoffen mit an sich schlechten Emulgiereigenschaften als Stabilisatoren für Emulsionen unterschiedlicher Zusammensetzung, Phasenverteilung und Konsistenz«

Hinzu kommt eine hohe Stabilität der Emulsionen bei Gefrier-, Tau- und Erhitzungsprozessen sowie eine vergleichsweise niedrige Einsatzkonzentration des Stabilisators. Auch sind Zusammensetzung und Eigenschaften der Emulsionen über die Verfahrensführung in weiten Grenzen variierbar und damit speziellen Verbrauchererwartungen weitgehend anpaßbar«

Die Erfindung wird anhand nachstehend aufgeführter Ausführungsbeispiele näher erläutert^

Ausführungsbejspiele Beispiel 1

In 25 Masseteile Wasser werden 1 Masseteil Sojabohenen-Proteinisolat und Ingredenzien unter pH-Einstellung auf 9,0 dispergiert. Das Gemisch wird 1 min mittels Homogenisator (August Herbert, Typ 1593) emulgiert. Unter weiterem Homogenisieren werden nacheinander 75 Masseteile Sojaöl und soviel Speiseessig innerhalb von 10 min zugesetzt, daß der pH-Wert 5,0 beträgt, danach wird auf einen pH-Wert von 4,0

angesäuert. Die anfallende Emulsion entspricht in ihren Eigenschaften handelsüblicher Mayonnaise mit hohem Fettgehalt,

Beispiel 2

In 30 Masseteile Wasser werden 1 Masseteil Raps-Proteinkonzentrat, 0,2 Masseteile Sojaphosphatid und Ingredenzien unter pH-Einstellung auf 10,0 dispergiert. Nach Zusatz von 70 Masseteilen einer Margarinefettmischung wird bei 40 ⁰C mittels.Planetenrührwerk 5.min emulgiert, wobei der pH-Wert auf 6,0 eingestellt wird. Die Emulsion wird danach mittels Röhrenkühler zum Erstarren gebracht. Die anfallende Emulsion entspricht in ihren Eigenschaften handelsüblicher Margarine mit hohem Fettgehalt«

Beispiel 3

In 40 Masseteile Wasser werden 1 Masseteil Magermilchpulver und 1 Masseteil.Kaltquellstärke unter pH-Eins .teilung auf 8,0 dispergiert. Nach Zusatz von 60 Masseteilen Schweineschmalz, 0,2 Masseteilen Monoglyzerid und weiteren Ingredenzien wird bei 50 ⁰C mittels Homogenisator (Mechnica Prcyzyjna, Typ 303) 5 min emulgiert» wobei der pH-Wert auf 5,5 eingestellt wird und die Emulsion wird unter Kneten zum Erstarren gebracht.

Die anfallende Emulsion entspricht in ihren Eigenschaften einem Streichfett.

Claims (5)

1. -40-

   Erfindungsanspruch

   1. Verfahren zur Herstellung von Fett emulsionen durch. Emulgieren und/oder Homogenisieren der Komponenten, vorzugsweise von Fetten, Wasser, Proteinen und Ingredenzien, ggf. auch C©emulgatoren oder Dickungsmitteln, unter Emulsionsbildung und Emulsionsstabilisierung dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsionsbildung bei pH-Werten oberhalb des Eeutralpunktes des Systems und die Emulsionsstabilisierung bei pH-Werten zwischen dem isoelektrischen Punkt der eingesetzten Proteine und dem Neutralpunkt des Systems vorgenommen wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt i, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsionsbildung bei pH-Werten von 8,0 bis 12,0, vorzugsweise eine pH-Einheit unterhalb des Löslichkeitsmaximums der Proteine und die Emulsionsstabiliseirung durch Fixierung der Proteine an die Phasengrenzfläche bei pH-Werten von 4,0 bis 7,0, vorzugsweise eine pH-Einheit oberhalb des Löslichkeitsmaximums der Hauptproteinfraktion vorgenommen wird.

   3β Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Eintragen der proteinbaltigen Wasserphase in die Fettphase während des Emulgierens oder Homogenisierens bzw. gleichzeitiges Emulgieren beider

   Phasen eine Wasser-in-Fett-Emulsion hergestellt wird«
3. 4. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Eintragen der Fettphase in die proteinhaltige Wasserphase während des Emulgierens eine Fett-in-Wasser-Emulsion hergestellt wird.
4. 5. Verfahrennach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der eingesetzten.Proteine 0,1 bis 3,0. Masseteile, vorzugsweise 0,5 bis 1,0 Masseteile beträgt»

   6· Verfahren nach Punkt 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Masseverhältnis von Fett zu Wasser-Phase 40 zu 60 bis 80 zu 20 beträgt.

   7i Verfahren nach Punkt 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Coemulgatoren nichtionogene und amphotere Lipide, vorzugsweise Partialfettsäureester von Polyhydroxyverbindungen und Phosphatide, in Konzentrationen von 0,05 bis 1,0 Masseteile, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Masseteile, eingesetzt werden.
5. 8. Verfahren nach Punkt 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Dickungsmittel Polysaccharide, vorzugsweise modifizierte Stärken in Konzentrationen von 0,5 bis. 5,0 Masseteile, vorzugsweise 1,0 bis 2,0 Masseteile, eingesetzt werden.

   9w Verfahren nach Punkt 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Stabilisatoren pflanzliche, tierische oder mikrobielle proteinreiche oder -angereicherte Produkte, beispielsweise von öl und Leguminosensamen, Fisch- und Milche er Zeugnissen, vorzugsweise deren Proteinkonzentrate, . -isolate, hydrolysate und -derivate eingesetzt werden.

   10» Verfahren nach Punkt 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Fette pflanzliche und/oder tierische Produkte, wie raffinierte, hydrierte und umgeesterte Pflanzen- und Fischöle sowie Fruchtfleisch-, Schlacht- und Milchfette eingesetzt werden.