DD240125A1

DD240125A1 - Verfahren zur herstellung von acylierten pflanzenproteinen

Info

Publication number: DD240125A1
Application number: DD27961685A
Authority: DD
Inventors: Klaus D Schwenke; Yung Hak Kim; Angelika Krajewski
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1985-08-13
Filing date: 1985-08-13
Publication date: 1986-10-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von acylierten Pflanzenproteinen aus Samenmehl oder Extraktionsschrot von Oelsamen oder Koernerleguminosen durch Acylierung, Extraktion und Ausfaellung fuer Nahrungszwecke. Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein einfaches, allgemein anwendbares Verfahren zur Herstellung von acylierten Pflanzenproteinen aus Samenmehl oder Extraktionsschroten von Oelsamen oder Koernerleguminosen fuer Nahrungszwecke zu entwickeln. Wesentlich fuer das erfindungsgemaesse Verfahren ist, dass die Acylierung der Proteine mit ihrer Extraktion aus dem Samenmehl oder Schrot kombiniert wird, indem das Samenmehl oder Schrot mit einem Puffersalz und einem Acylierungsmittel vermischt und anschliessend mit Wasser oder waessrigen Salzloesungen bei p H-Werten zwischen 6,0 und 8,5 behandelt wird und dass die Proteine aus dem Extrakt in Abhaengigkeit von ihrem Acylierungsgrad ein- oder mehrstufig ausgefaellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von acylierten Pflanzenproteinen aus Samenmehl oder Extraktionsschrot von Ölsamen oder Körnerleguminpsen für Nahrungszwecke

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Verbesserung derfunktionellen Eigenschaften von Pflanzenproteinen sind Verfahren der Acylierung beschrieben worden. Diese beinhalten eine Umsetzung der Proteine in wäßrigen Extrakten aus pflanzlichen Rohstoffen mit Anhydriden von Carbonsäuren, vorzugsweise Acetylierungen mit Eissgsäureanhydrid oder Succinylierungen mit Bernsteinsäureanhydrid. In einer neueren Ausführungsform wird die Acylierung der Proteine mit deren Extraktion aus dem Pflanzenmaterial kombiniert (DD-Wp 215693), wobei höhere Proteinausbeuten erreicht werden. Eine analoge Verfahrensweise ist mit Erfolg auf die Gewinnung von phytinsäurearmen Rapsproteinpräparaten (Y. S.Cho und L. U.Thompson, J. Food Sei. 49,765 [1984]; L.U.Thompson und Y.S.Cho, J. Food Sei. 49,771 [1984]) und auf die Gewinnung acetylierter Ackerbohnenproteine (Ch. Schneider, M. Schultz und H.Schmandke, Nahrung 29,786 [1985]) angewandt worden. Die Vorzüge einer Kombination von Proteinextraktion und Acylierung bestehen einmal in einer Vereinfachung des Verfahrens und in der Erhöhung der Proteinausbeute, zum anderen kann die Blockierung reaktiver Aminogruppen der Proteine durch Acylierung eine unerwünschte Reaktion mit anderen Pflanzeninhaltsstoffen, die die Qualität der Proteine herabsetzen, verhindern. Die bisher bekannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß die Extraktion der Proteine praktisch vor der eigentlichen Acylierung stattfindet, so daß besonders reaktionsfähige Proteinfraktionen sich mit anderen Pflanzeninhaltsstoffen wie Polysacchariden, Phytinsäure, Polyphenole oder Zerfallsprodukte von Thioglycosiden umsetzen können, bevor sie acyliert worden sind. So wird die Extraktion und Acylierung von Rapsproteinen durch Cho und Thompson (J. Food Sei. 49,765,771 [1984]) so vorgenommen, daß entfettetes Rapsmehl in Wasser dispergiert und das Acylierungsagens bei einem pH-Wert von 8,5 zur resultierenden Suspension gegeben wird. In analoger Weise wird die Acylierung von Rapsproteinen im WP 215 693 durch Zugabe des Carbonsäureanhydrids zu einer Suspension von Rapsextraktionsschrot in Natriumsulfitlösung bei pH-Werten zwischen 7,5 und 9,5 durchgeführt. Die Gegenwart von Sulfit verhindert dabei weitgehend die Bildung reaktionsfähiger Chinone aus den sameneigenen Polyphenolen. Ein weiterer Nachteil der genannten Verfahren besteht darin, daß stets eine summarische Proteinfraktion gewonnen wird. Es ist aber bekannt, daß Pflanzensamen sehr unterschiedliche Proteine enthalten und daß die Hauptproteinfraktionen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zu Produkten mit ungleichen Modifizierungsgraden acyliert werden können. Dieses kann sich nachteilig auf bestimmte funktioneile Eigenschaften auswirken.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein einfaches, allgemein anwendbares Verfahren zur Herstellung von acylierten Pflanzenproteinen aus Samenmehl oder Extraktionsschroten von Ölsamen oder Körnerleguminosen für Nahrungszwecke unter Vermeidung der genannten Mangel im Stand der Technik zu entwickeln. Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, die speziellen Bedingungen für ein derartiges Verfahren aufzuzeigen.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemäß kann diese Aufgabe gelöst werden, indem das Samenmehl oder -schrot vor der Einwirkung des Extraktionsmittels auf die Proteine mit dem Acylierungsmitte! und einem Puffersalz oder einem Gemisch von Puffersalzen und anderen Elektrolyten oder reduzierend wirkenden Salzen vermischt wird, so daß bei dem nachfolgenden Extraktions-Acylierungs-Schritt nach Zugabe von Wasser oder wäßrigen Salzlösungen ein pH-Wert zwischen 6,0 und 8,5 resultiert, der während der Extraktion konstant gehalten wird.

Je nach dem gewünschten Acylierungsgrad der Proteine kann dabei eine zusätzliche Menge Acylierungsmittel zugegeben werden. Nach beendeter Reaktion werden die ungelösten Feststoffe vom Proteinextrakt durch Zentrifugation oder Filtration abgetrennt und die Proteine aus dem Extrakt durch ein- oder mehrstufige Verfahren abgeschieden, gewaschen und getrocknet bzw. nach Aufkonzentrieren direkt getrocknet. Durch die mehrstufigen Fäilungs- bzw. Trennoperationen erfolgt eine Fraktionierung in unterschiedlich stark acylierte Proteine und im Extremfall in acylierte und nicht acylierte Proteine. Die Anwesenheit des Acylierungsmittels im Samenmehl vor der Proteinextraktion führt zu einer raschen Blockierung der Proteinaminogruppen, ersichtlich an einem starken Abfall des pH-Wertes, sobald das Samenmehl mit Wasser oder wäßrigen Salzlösungen dispergiertwird. Dieser pH-Abfall, der mehrere pH-Einheiten betragen kann, läßt sich auch beim Einsatz von Pufferlösungen als Dispersionsmedium nicht ausschalten. Er wird aber dadurch vermieden, daß die Puffersalze in der zur Einstellung des gewünschten pH-Bereiches nötigen Menge bereits mit dem Samenmehl vermischt wurden. Es wurde gefunden, daß sich auf diese Weise der für die Acylierung der Protein-Aminogruppen günstige Bereich von pH 6,0 bis 8,5 problemlos einstellen läßt, selbst wenn das Acylierungsmittel in großem Überschuß eingesetzt wird. Das zur Pufferung eingesetzte Salz wirkt gleichzeitig als Extraktionshilfsmittel für die Proteine. Als Puffersalze haben sich Alkaliphosphate, Bicarbonate und Carbonate sowie Borax besonders geeignet. Ihre Menge beträgt je nach der eingesetzten Menge an Acylierungsmittel 5 bis 50%, vorzugsweise aber 10 bis 30% der Masse an Samenmehl oder -schrot. Sie liegt insgesamt unter der üblicherweise für Proteinextraktionen durch wäßrige Salzlösungen eingesetzten Salzmenge und kann durch Zusatz weiterer Neutralsalze wie Natrium- oder Kaliumchlorid als Extraktionsmittel ergänzt werden. Zweckmäßig wird in Gegenwart geringer Mengen an reduzierend wirkenden Salzen wie Alkalisulfiten gearbeitet, die bekanntermaßen die Oxydation von pflanzeneigenen Polyphenolen und damit deren Bindung an die Proteine hemmen. Sie werden entweder zusammen mit dem Puffersalz mit dem Samenmehl vermischt oder aber in Form 0,1 bis 1%iger wäßriger Lösungen mit dem Gemisch aus Samenmehl, Puffersalz und Acylierungsmittel dispergiert.

Die Acylierung wird mit einem Mono-oder Dicarbonsäureanhydrid, vorzugsweise mit Essigsäure-oder Bernsteinsäureanhydrid durchgeführt, das in einer Menge zwischen 5% und 50% des im Samenmehl enthaltenen Rohproteins eingesetzt wird. Dabei resultieren Proteine mit Acylierungsgraden zwischen 5% und über 90%. In einer weiteren Ausführungsform wird die Acylierung in zwei Stufen vorgenommen, indem eine mindestens 50%ige Blockierung der Proteinaminogruppen auf die bereits beschriebene Weise herbeigeführt und höhere Acylierungsstufen durch nachträgliche Zugabe von Acylierungsmittel während der Proteinextraktion erreicht werden.

Es wurde gefunden, daß sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einem pflanzlichen Proteinrohstoff, z. B. aus Rapssamen, Proteinfraktionen mit unterschiedlich hohem Grad der Modifizierung gewinnen lassen. Aus ein und demselben Ansatz resultieren so beispielsweise hochgradig acylierte Albumine und weniger stark modifzierte Globuline bzw. Gemische beider. Dieses ist für die Gewinnung von Rapsproteinen insofern von Bedeutung, als insbesondere die Albuminfraktion mit anderen Sameninhaltsstoffen reagiert. Ihre erschöpfende Acylierung verhindert praktisch derartige Reaktionen. Die gleichzeitig erhältliche Globulinfraktion besitzt bei günstigen funktioneilen Eigenschaften eine höhere biologische Wertigkeit als ein vollständig acyliertes Globulin. In Abhängigkeit von der Menge an Acylierungsmittel lassen sich abgestufte Modifizierungsgrade bei beiden Proteinen einstellen.

Die Trennung in Proteine unterschiedlichen Acylierungsgrades erfolgt erfindungsgemäß durch fraktionierte Fällung. In einer Ausführungsform wird der Proteinextrakt nach der Abtrennung von der ungelösten Rückstandsfraktion einer Dialyse unterworfen, wobei die Globulinfraktion ungeachtet ihres Acylierungsgrades ausfällt. Bei gleichzeitiger pH-Erniedrigung auf Werte zwischen pH4,0 und 5,0 kommt es zur Kopräzipitation zwischen acylierten Globulinen und Albuminen hohen (>70%) Acylierungsgrades. Diese Kopräzipitation wird in einer weiteren Ausführungsform für die isoelektrische Fällung erschöpfend acylierter Globuline und Albumine aus den Extrakten ohne vorangehende Dialyse ausgenutzt. Die bei der erstgenannten Ausführungsform bei der Dialyse oder bei der zweitgenannten Ausführungsform bei der isoelektrischen Fällung nicht ausgefällte, in Lösung verbliebene acylierte Albuminfraktion wird durch Membranfiltration aufkonzentriert und anschließend durch Sprüh- oder Gefriertrocknung gewonnen.

Bei großer Einfachheit liefert das erfindungsgemäße Verfahren reinere und hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und ihres Modifizierungsgrades einheitlichere Proteinfraktionen als die bisher bekannten Verfahren. Die Erfindung soll anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

100g Rapsmehl mit einem Proteingehalt von 38% werden mit 30g kristallinem Natriumcarbonat (Na₂CO₃ 10H₂O) und 13g Bernsteinsäureanhydrid vermischt und mit 1,51 destilliertem Wasser verrührt, wobei sich ein pH-Wert von 8,5 einstellt. Es wird eine weitere Stunde gerührt und der pH-Wert durch Zugabe von Natronlauge konstant gehalten. Die Suspension wird zentrifugiert und der klare Überstand gegen destilliertes Wasser dialysiert. Nach Einengen durch Membranfiltration und Gefriertrocknung werden 29g eines 64%ig succinylierten Proteins erhalten. Der Extraktionsrückstand wird einer nochmaligen Extraktion unter ähnlichen Bedingungen (Na₂COs, pH 8,5) unterworfen, das Gemisch zentrifugiert und der Überstand dialysiert. Dabei werden 1,0g eines 51%ig succinylierten Proteins und 1,8g eines 15%ig succinylierten, bei der Dialyse präzipitierenden Proteins erhalten.

Beispiel 2

20g Rapsmehl werden mit 7,2g Dinatriumhydrogenphosphat (Na₂HPO₄ 2H₂O) und 2,6 Bersteinsäureanhydrid vermischt. Danach werden.300 ml destilliertes Wasser zugegeben, wobei sich ein pH-Wert von 6,2 einstellt. Es wird 1 Stunde bei pH 6 bis 7 gerührt und wie in Beispiel 1 aufgearbeitet. Die zweite Extraktion wird mit 0,05 M Phosphatpuffer, pH 8,0, dessen lonenstärke mit Natriumchlorid auf 0,5 gebracht worden war, vorgenommen. Ausbeute: 3 g albumin reiche Proteinfraktion mit einem mittleren Succinylierungsgrad von 50% und 2 g einer globulinreichen, bei der Dialyse präzipitierenden Proteinfraktion mit einem mittleren Succinylierungsgrad von 25%.

Beispiel 3

10g Rapsmehl werden mit 3g kristallinem Natriumcarbonat und 1 g Essigsäureanhydrid vermischt. Nach Zugabe von 150ml destilliertem Wasser stellt sich ein pH-Wert von 7,5 ein. Es wird 1 Stunde gerührt und der pH-Wert durch Zugabe von Natronlauge auf 7,5 bis 8,5 gehalten. Nach Aufarbeitung entsprechend Beispiel 1 resultieren 1,9g einer 91%ig acetylierten Albuminfraktion und 1,2g einer 86%ig acetylierten globulinreichen Fraktion.

Beispiel 4

100g Rapsmehl werden analog dem Beispiel 1 mit 16g Bernsteinsäureanhydrid succinyliert. Durch isoelektrische Fällung bei pH4 werden 25g eines 75%ig succinylierten Proteinpräparates erhalten. Weitere 7g einer 50%ig succinylierten Proteinfraktion werden aus dem Überstand nach Aufkonzentrieren durch Membranfiltration und Gefriertrocknung gewonnen.

Beispiel 5

100g Rapsmehl werden mit 40g Dinatriumhydrogenphosphat, 4g Natriumhydrogensulfit und 13g Bernsteinsäureanhydrid vermischt und durch Verrühren mit 1,51 Wasser succinyliert. Durch isoelektrische Fällung bei pH4,2 werden 30g einer 80%ig succinylierten Proteinfraktion gewonnen.

Beispiel 6

100g Ackerbohnenmehl werden analog dem Beispiel 3 mit Eissigsäureanhydrid acetyliert.Durch isoelektrische Fällung bei pH4 werden 21 g eines Proteinpräparates mit einem Acetylierungsgrad von 90% gewonnen.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Herstellung von acylierten Pflanzenproteinen aus Samenmehl oder Extraktionsschroten von Ölsamen oder Körnerleguminosen durch Acylierung, Extraktion und Ausfällung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Samenmehl oder Extraktionsschrot zuerst Acylierungsmittel und gegebenenfalls ein Reduktionsmittel und Puffersalz und/oder lösliche Salze zugesetzt, danach das Gemisch unter Rühren mit Wasser oder wäßrigen Neutralsalzlösungen als Extraktionsmittel versetzt und 10 bis 60min unter Konstanthaltung eines pH-Wertes von 6,0 bis 8,5 einer gleichzeitigen Acylierung und Extraktion der Proteine unterworfen wird, die ungelösten Feststoffe abgetrennt und die acylierten Proteine aus dem Extrakt in Abhängigkeit von ihrem Acyiierungsgrad ein- oder mehrstufig ausgefällt werden.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Acylierungsmittel 5 bis 50Ma.-% Mono-oder Dicarbonsäureanhydrid, vorzugsweise Essigsäure-oder Bernsteinsäureanhydrid, eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst ein Puffersalz, ein Gemisch von Puffersalzen und anderen Elektrolyten oder reduzierend wirkende Salze, vorzugsweise Alkaliphosphate,-carbonate,-bicarbonate oder Borax eingesetzt werden.
4. Verfahren nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Menge an Acylierungsmittel 5 bis 50% Puffersalz, vorzugsweise 10 bis 30% der Masse an Samenmehl oder Extraktionsschrot eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Neutralsalze vorzugsweise Natrium- oder Kaliumchlorid eingesetzt werden.
6. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Proteine nach erfolgter Acylierung einer Dialyse, gegebenenfalls in Kombination mit einer Membranfiltration unterworfen werden.
7. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die acylierten Proteine isoelektrisch gefällt werden.