DD262674A1

DD262674A1 - Verfahren zur herstellung phenylalaninfreier proteinhydrolysate

Info

Publication number: DD262674A1
Application number: DD30547687A
Authority: DD
Inventors: Martin Heindorff; Manfred Becker; Werner Schuster; Frank Bruegmann; Manfred Friedrich
Original assignee: Berlin Chemie Veb
Priority date: 1987-07-29
Filing date: 1987-07-29
Publication date: 1988-12-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung phenylalaninfreier Proteinhydrolysate, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Protein mit verduennter Phosphorsaeure vorhydrolysiert und anschliessend mit einem Enzymsystem aus der Bauchspeicheldruese und des Darmtraktes eines hoeheren Wirbeltieres und einem Enzymsystem eines Mikroorganismus zu niedermolekularen Peptiden hydrolysiert wird. Die erhaltenen Produkte koennen zur Behandlung der Phenylketonurie eingesetzt werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Hydrolyse von Proteinen. Es wird ein Protein hydrolysat erhalten, das frei ist von Phenylalanin und sich auszeichnet durch die Abwesenheit von eiweißfremden Geruchs- und Geschmacksstoffen. Durch das Fehlen von Allergenen besitzt das erfindungsgemäß hergestellte Proteinhydrolysat eine sehr gute Verträglichkeit. Produkte mit diesen Eigenschaften sind für die Ernährung von an Phenylketonurie erkrankten Patienten unerläßlich.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind in der Literatur eine große Anzahl von Verfahren beschrieben worden, die sich mit der Hydrolyse von Eiweiß befassen. Ein großer Teil davon betrifft das Nutzbarmachen von für die menschliche Ernährung nicht geeigneten Abfallprodukten, wie z. B. Fischabfälle, oder von Eiweißquellen, denen eine andere Genußform verliehen werden soll, z.B. Sojamehl. Hierzu wird die Hydrolyse durch Enzyme, Säuren oder Laugen oder auch durch Kombination dieser Hydrolysemittel nur soweit geführt, daß das Ausgangsprodukt so verändert wird, daß eine Einarbeitung in andere proteinarme Nahrungsmittel möglich ist (DD 200849, DE 2705669, DD 102572, USP 4293571, DD 148437, DD 118519, DE 3008900).

Ein anderes Zielgebiet der Proteinhydrolyse ist die Verwendung als diätisches Mittel. An diese Hydrolysate werden höhere Anforderungen gestellt. So müssen alle zur Ernährung notwendigen Aminosäuren darin enthalten sein. Weiterhin sollen sie frei sein von eiweißfremden Geruchs- und Geschmacksstoffen (DD 226016, DD 141235). Eine Sonderstellung nehmen die Eiweißhydrolysate ein, die als einzige Eiweißquelle für Patienten dienen, die an Phenylketonurie erkrankt sind. Neben den bereits genannten Forderungen an Diätnahrungen müssen sie auch frei sein von Phenylalanin. Um eine vollständige Entfernung des Phenylalanine erreichen zu können, werden Total hydro lysate angestrebt, bei denen das Protein in die einzelnen Aminosäuren zerlegt ist. Die billigste Methode hierfür ist die Verwendung von starken Mineralsäuren. Durch vielstündiges Kochen mit verdünnter Salzsäure (DD 157258) oder mit verdünnter Schwefelsäure (DD 70096) wird die Totalhydrolyse des eingesetzten Proteins erreicht.

Die Hydrolysate sind jedoch durch eine große Menge an Nebenprodukten belastet. Neben Huminstoffen erhält man bei Verwendung von Salzsäure bis zu 50% Kochsalz im Endprodukt. Das wird entweder in Kauf genommen (DD 102572) oder durch Anwendung von Molekularsieben in ökonomisch nicht vertretbarer Weise entfernt (DD 157258). Einfacher abzutrennen ist Schwefelsäure durch Zugabe von Kaikhydrat. Durch bekannte Technologien kann das schwerlösliche Kalziumsulfat von der Hydrolyselösung abgetrennt werden. Diesem Vorteil stehen jedoch bisher nicht beseitigte Nachteile gegenüber. So werden während derzwanzigstündigen Hydrolyse bei 105⁰C eine Vielzahl von Nebenprodukten durch Sekundärreaktionen gebildet. Intensive Reinigungsversuche, die zudem sehr verlustreich sind, wie Wasserdampfdestillation, mehrmalige BehandlungTnit Aktivkohle (DD 70096), mit der gleichzeitig das Phenylalanin entfernt werden soll, oder eine Extraktion des aus der i

Hydrolyselösung isolierten Feststoffes mit Ethanol (DD 141235) haben nicht zu dem erwünschten Erfolg geführt. Die sensorischen Eigenschaften von mit Schwefelsäure hydrolysierten Proteinen bleiben trotz aller Reinigungsoperationen völlig unzureichend. *

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es somit, eine Verfahrensweise anzugeben, nach der ein Proteinhydrolysat erhalten wird, das frei ist von eiweißfremden Geruchs- und Geschmacksstoffen und das durch die Abwesenheit von Phenylalanin für die Ernährung von Patienten, die an Phenylketonurie erkrankt sind, eingesetzt werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu beschreiben, nach dem es möglich ist, ein phenylalaninfreies Proteinhydrolysät herzustellen mit sehr guten sensorischen Eigenschaften. Das Wesen der Erfindung liegt in der überraschenden Erkenntnis, daß die Enzyme des Pankreas und des Darmtraktes eines höheren Wirbeltieres, z. B. eines Schweines, bei gleichzeitiger Anwendung des Enzymsystems eines Mikroorganismus, z.B. von Thermoactinomyces vulgaris, dann zu niedrigmolekularen nicht bitteren Peptiden abgebaut werden, wenn das Protein, z. B. Kasein, zuvor mehrere Stunden mit 3%iger bis 6%iger Phosphorsäure gekocht wurde.

Es ist bekannt, daß das Kochen von Proteinen mit Mineralsäuren zu Aminosäuren führt. Das ist überraschenderweise nicht erreichbar bei Verwendung von verdünnter Phosphorsäure. Wird erfindungsgemäß ein Protein, z. B. Kasein, mit 3%iger bis 6%iger Phosphorsäure 3 bis 10 Stunden lang gekocht, dann erhält man lediglich Makropeptide. Ein besonderer Vorzug dieser erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist es, daß hierbei keine Huminstoffe gebildet werden, die die sensorischen Eigenschaften des Hydrolysates in unerwünschter Weise verschlechtern. Nach der partiellen Hydrolyse des Proteins mit verdünnter Phosphorsäure wird ein pH-Wert von 8,3 bis 8,7 mit Kalkhydrat eingestellt, um anschließend Proteasen einwirken lassen zu können. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß das Ziel der Erfindung, nämlich ein Eiweißhydrolysat zu gewinnen, das frei ist von Phenylalanin und daJsei ausgezeichnete sensorische Eigenschaften besitzt, nur dann zu erreichen ist, wenn gleichzeitig die Enzyme des Pankreas und des Darmtraktes höherer Wirbeltiere, z. B. von Schweinen, und ein mikrobielles Enzymsystem, z. B. von Pilzen (Thermoactinomyces vulgaris), angewendet werden. Es sind auch andere Mikroorganismen durchaus verwendbar, sofern sie geeignete Proteasen enthalten und die pH- und Temperaturoptima mit dem Enzymsystem eines höheren Wirbeltieres korrelieren. Nur unter diesen Voraussetzungen ist die gleichzeitige Anwendung von Enzymsystemen so unterschiedlicher Herkunft möglich.

Es ist nicht erforderlich, diese Enzymsysteme in gereinigter Form anzuwenden, um das Erfindungsziel zu erreichen. Man kann direkt tiefgefrorene Pankreasdrüsen und tiefgefrorenen Dünndarmschleim von Schweinen und eine Kulturlösung von Thermoactinomyces vulgaris der mit verdünnter Phosphorsäure vorhydrolysierten Eiweißlösung, die zuvor auf pH 8,5 eingestellt und auf 55°C temperiert sein muß, zusetzen und die Hydrolyse innerhalb von 10 bis 12 Stunden zu niedermolekularen, nichtbitterschmeckenden Peptiden zu Ende führen.

Bitterschmeckende Peptide entstehen immer dann, wenn ein Protein mit Enzymen weitestgehend hydrolysiert wird. Sie sind auch dann nicht zu beseitigen, wenn nach einer ersten enzymatischen Hydrolyse eine zweite und mit einem anderen Enzymsystem durchgeführt wird. Nur wenn erfindungsgemäß mit Phosphorsäure vorhydrolysiert wird und anschließend mit dem Enzymsystem des Pankreas und des Darmtraktes eines höheren Wirbeltieres und dem Enzymsystem eines Mikroorganismus gleichzeitig, nebeneinander, weiter hydrolysiert wird, erhält man nichtbitterschmeckende, niedermolekulare Peptide. Peptide mit kleinem Molekulargewicht sind erforderlich, um das Phenylalanin quantitativ entfernen zu können. Das geschieht, indem das filtrierte Hydrolysat in bekannter Weise mit Aktivkohle behandelt wird. Durch das Fehlen von Huminstoffen im erfindungsgemäß hergestellten Proteinhydrolysät ist die Belastung der Kohle wesentlich reduziert. Während bei bekannten Verfahren sechs- bis siebenmal gekohlt werden muß, sind bei den erfindungsgemäß hergestellten Proteinhydrolysaten nur 3 bis 4 Kohlungen erforderlich. Die filtrierte, jetzt phenylalaninfreie, Lösung wird einer Zerstäubungstrocknung unterworfen. Man erhält ein schwach gelbliches bis weißes Pulver von angenehm milchähnlichem Geschmack.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

50kg Kasein werden in 500I Wasser suspendiert und mit 201 konzentrierter Phosphorsäure versetzt. Die Lösung wird auf 50°C erhizt und 5 h bei dieser Temperatur gerührt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Lösung mit Kalkhydrat zu einem pH-Wert von 8,3 bis 8,7 neutralisiert. Der dabei entstandene Niederschlag wird in geeigneter Weise entfernt (Filtration, Zentrifugation). Anschließend wird die Lösung auf 55°C erhitzt und mit 2 χ 10^eTEThermitase, gelöst in 51 Wasser, und 10 kg Dünndarmschleim vom Schwein versetzt. Zur Hydrolyse wird bei dieser Temperatur 10h gerührt. Dabei ist der pH-Wert 8,5 zu kontrollieren und gegebenenfalls mit Kalk nachzustellen. Nach Ablauf der Hydrolysezeit wird zur Inaktivierung für 5 min auf 95⁰C bis 100⁰C erhitzt. Die so gewonnene auf 20⁰C gekühlte Hydrolyselösung wird mit Phosphorsäure auf einen pH-Wert von 5,5 eingestellt und zur Beseitigung des Phenylalanine 3mal mit je 25kg Aktivkohle versetzt. Die Abtrennung der Kohle erfolgt dabei über Zentrifugen. Das klare Filtratwird anschließend sprühgetrocknet. Es wird ein weißes, geschmacks- und geruchsfreies Pulver erhalten, mit einer Ausbeute von 43 kg, Phe-Gehalt kleiner als 0,1 %.

Beispiel 2

10kg getautes und im Fleischwolf zerkleinertes Muskelfleisch wird mit 1001 Wasser zu einem dünnflüssigen Brei verrührt. Zu diesem Gemisch werden 51 Phosphorsäure gegeben und 5 h bei 60°C gerührt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird mit Kalkhydrat ein pH-Wert von 8,5 eingestellt und das ausgefallene Kalziumphosphat in geeigneter Weise abgetrennt. Anschließend wird die Lösung auf 55⁰C erhitzt und mit400000TEThermitase, gelöst in 11 Wasser, 1 kg Pankreas vom Schwein und 2 kg Dünndarmschleim vom Schwein versetzt. Zur Hydrolyse wird bei dieser Temperatur 10 h gerührt. Während der Hydrolyse ist der pH-Wert zu kontrollieren und gegebenenfalls mit Kalkhydrat nachzustellen. Die pH-Wert-Kontrolle hat in der ersten Stunde der Hydrolyse kontinuierlich zu erfolgen und danach in 30-min-lntervallen. Nach Ablauf der Hydrolysezeit wird zur Inaktivierung des Enzymkomplexes für 5 min auf 95⁰C bis 100⁰C erhitzt. Die so gewonnene auf 20⁰C gekühlte Hydrolyselösung wird mit Phosphorsäure auf einen pH-Wert 5,5 eingestellt und zur Beseitigung des Phenylalanine 3mal mit je 5 kg Aktivkohle versetzt. Die Abtrennung der Kohle erfolgt über eine Zentrifuge. Es ist empfehlenswert, bei der 1. Kohlung die an der Oberfläche eventuell abgesetzte Fettschicht zu durchstechen, die Hydrolyselösung abzuziehen und zu zentrifugieren. Das klare Hydrolysat wird nach der 3. Kohlung sprühgetrocknet. Es wird ein weißes, geschmacks- und geruchsfreies Pulver erhalten, mit einer Ausbeute von 8,4kg und einem Phe-Gehalt kleiner als 0,1 %.

Beispiel 3

25 kg Kasein und 25 kg Gelatine werden in 5001 Wasser suspendiert und mit 251 konzentrierter Phosphorsäure versetzt. Der weitere Ablauf ist analog Beispiel 1.AIs Enzymkomponente werden 2 χ 10⁶TE Thermitase, gelöst in 51 Wasser, und 15 kg Dünndarmschleim vom Schwein eingesetzt.

Zur Beseitigung des Phenylalanine werden 2mal je 25 kg Aktivkohle und 1mal 10 kg Aktivkohle, bedingt durch den geringeren -Phe-Anteil im Ausgangsprotein, eingesetzt. Es wird nach der Sprühtrocknung ein weißes, geschmacks- und geruchsfreies Pulver erhalten mit einer Ausbeute von 46 kg und einem Phe-Gehalt kleiner als 0,1 %.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung phenylalaninfreier Proteinhydrolysate, gekennzeichnet dadurch, daß ein Protein mit verdünnter Phosphorsäure mehrere Stunden gekocht wird und anschließend gleichzeitig, nebeneinander, mit dem Enzymsystem der Bauchspeicheldrüse und des Darmtraktes eines höheren Wirbeltieres und dem Enzymsystem eines Mikroorganismus zu niedermolekularen Peptiden hydrolysiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Enzymsystem der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) und des Dünndarms (Intestinum tenue) des Schweines gleichzeitig, nebeneinander, verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Enzymsystem aus der Kulturlösung von Thermoactinomyces vulgaris verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Enzymsystem des Darmtraktes des Schweines und das Enzymsystem von Thermoactinomyces vulgaris gleichzeitig, nebeneinander, in einem pH-Wertbereich von 8,3-8,7 und einem Temperaturbereich von 52⁰C bis 58⁰C, vorzugsweise 55⁰C, auf die mit Phosphorsäure vorhydrolysierte Proteinlösung 8 bis 15 Stunden lang einwirkt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß eine 25%ige bis 60%ige, vorzugsweise 35%ige bis 50%ige, Phosphorsäure, bezogen auf Protein, verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß als Protein vorzugsweise Kasein und/oder Muskelfleisch und/oder Gelatine verwendet wird.