DE10021229A1 - Verfahren zur Herstellung von Proteinpräparaten mit weitgehend gleichbleibenden Eigenschaften bezüglich Löslichkeit und Funktionalität innerhalb eines pH-Bereiches von etwa pH 3 bis pH 10 - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Proteinpräparaten mit weitgehend gleichbleibenden Eigenschaften bezüglich Löslichkeit und Funktionalität innerhalb eines pH-Bereiches von etwa pH 3 bis pH 10

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Gewinnung von Proteinpräparaten mit weitgehend gleichbleibenden funktionellen Eigenschaften innerhalb eines breiten pH-Bereiches von etwa pH 3 bis pH 10 mittels Extraktion aus einem proteinhaltigen Ausgangsprodukt, nämlich Leguminosen, Getreide oder Ölsaaten. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das proteinhaltige Ausgangsprodukt wenigstens einem flüssigen Extraktionsschritt unterzogen wird und das dabei gewonnene Raffinat oder Extrakt entweder wenigstens einem Membrantrennverfahren zugeführt wird, bei dem ein Retentat gewonnen wird, oder einer thermischen Aufkonzentrierung unterzogen wird, bei der ein Konzentrat gewonnen wird, und dass in dem Retentat oder in dem Konzentrat Proteinpräparate mit den gewünschten funktionellen Eigenschaften enthalten sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Proteinpräparaten mit weitgehend gleichbleibenden funktionellen Eigenschaften innerhalb eines breiten pH-Bereiches von etwa pH 3 bis pH 10 mittels Extraktion aus einem proteinhaltigen Ausgangsprodukt, nämlich Leguminosen, Getreide oder Ölsaaten. Ferner wird ein diesbezügliches Proteinpräparat beschrieben sowie dafür geeignete Verwendungen.
Stand der Technik
Proteine bzw. Proteinpräparate gelten als Rohstoffe für die Lebens- und Futtermittelindustrie und finden vielfache Verwendung in der technischen Chemie, beispielsweise zur Herstellung von Klebstoffen, Emulsionen für fotografische Schichten oder Kosmetika, um nur einige Anwendungen zu nennen.
Die große Bedeutung der Proteinpräparaten für alle Lebewesen, für Produkte und Stoffe der gesamten Nahrungskette sowie für eine Vielzahl von Produkten und Stoffen für technische Einsatzzwecke rührt von den funktionellen Eigenschaften der einzelnen Proteinen her, wie beispielsweise das Wasser-, und/oder Ölbindung, Schaumbildungsvermögen, ferner die Dispergierbarkeit, Löslichkeit, Gelbindungseigenschaft, Viskosität, Emulgierfähigkeit sowie Temperaturstabilität.
Je nach Art der Proteine sind ihre funktionellen Eigenschaften unterschiedlich ausgebildet und ändern sich zumeist in Abhängigkeit bestimmter Parameter, wie beispielsweise in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur oder dem pH-Wert. Je nach technischen Anforderungen können durch die Wahl äußerer Parameter die funktionellen Eigenschaften von Proteinpräparaten gezielt eingestellt werden, wie es beispielsweise aus der DE 197 21 079 A1 hervorgeht. So ist es möglich die Löslichkeit, Viskosität und andere bestimmte funktionelle Eigenschaften durch eine entsprechende Wärmebehandlung gezielt einzustellen.
Bei der industriellen Herstellung bzw. Gewinnung von Proteinpräparaten, die auf pflanzlichen Proteinen beruhen, haben bei den Leguminosen, Lupinensamen sowie Erdnüsse, Erbsen und Sojabohnen als Ausgangsprodukt die größte Bedeutung unter allen anderen pflanzlichen Ausgangsstoffen, zumal die als Leguminosen bezeichneten Hülsenfrüchte einen Proteinanteil von bis zu 39% aufweisen. Auch stellen Ölsaaten, wie beispielsweise Mohn, Sesam, Kokosnuß, Mandeln, Leinsaat, Raps, Sonnenblume etc. sowie Getreide wie Weizen, Mais, Roggen, etc. pflanzliche Ausgangsprodukte zur Gewinnung von Proteinpräparaten dar, wenngleich sie auch über einen etwas geringeren Proteingehalt verfügen, als die vorstehend genannten Leguminosen.
Zur Gewinnung von Proteinpräparaten im industriellen Maßstab insbesondere zur Herstellung von Proteinisolaten, die einen Proteingehalt von mehr als 90% in Trockensubstanz enthalten, werden die Leguminosen wie Soja oder Lupinen mehrstufigen Verfahrensschritten unterzogen.
Zunächst erfolgt eine Extraktion der in den proteinhaltigen Ausgangsstoffen enthaltenen Proteine in Gegenwart einer alkalischen Lösung, nachdem gegebenenfalls die Ausgangsstoffe einer vorherigen sauren Vorextraktion unterzogen worden sind. Im Anschluss an die, unter alkalischen Bedingungen durchgeführte Extraktion erfolgt eine, Fällung der Proteine unter sauren Bedingungen. Die auf diese Weise gefällten Proteine werden letztendlich getrocknet und stehen für geeignete technische sowie auch nahrungsmittelbezogene Anwendungen zur Verfügung. Ein diesbezügliches bekannte Herstellungsverfahren ist beispielsweise aus der DE 198 13 207 C1 zu entnehmen.
Die mit dem bekannten Herstellverfahren bzw. Isolierverfahren gewonnenen Proteinpräparate weisen nicht zuletzt aufgrund der bei ihrer Gewinnung angewandten Trennverfahren pH-Wert abhängige Löslichkeitseigenschaften auf, die insbesondere bei sauren pH-Werten ein markantes Minimum aufweisen, das heißt bei pH-Werten < 7 und insbesondere bei pH-Werten von 4 bis 5 sind die auf diese Weise gewonnenen Proteinpräparate schlecht bzw. überhaupt nicht im Wasser löslich.
In gleicher Weise verhalten sich die mit den bekannten Verfahren gewonnenen Proteinpräparate hinsichtlich ihrer funktionellen Eigenschaften beispielsweise bezüglich ihres Emulgier- sowie Schaumbildungsvermögen. So lassen sich die bekannten Proteinpräparate im sauren Bereich signifikant schlechter als im neutralen bzw. leicht alkalischen Bereich emulgieren, das heißt die Fähigkeit Emulsionen zu stabilisieren verschlechtert sich erheblich. Die Emulgierfähigkeit spielt insbesondere in der Nahrungsmittel- und Kosmetikindustrie eine bedeutende Rolle, beispielsweise bei der Herstellung von Dressings, Saucen, Mayonnaise oder kosmetischen Produkten wie Cremes oder Salben und technischen Produkten wie Kleber, Leime, Kautschukmischungen etc.
Für viele Anwendungen, beispielsweise im Bereich der Nahrungsmittelherstellung, der Kosmetik sowie auch im Bereich technischer Produkte ist es jedoch wünschenswert Proteinpräparate einzusetzen, deren funktionelle Eigenschaften weitgehend unabhängig von Parametern, wie insbesondere den pH-Wert und/oder der Temperatur sind. Derartige Proteinpräparate sind jedoch mit heutigen Herstellverfahren insbesondere in großindustriellem Maßstab nicht zu gewinnen. Herstellungsverfahren für Proteinpräparate mit diesen Eigenschaftsprofilen beruhen auf der, der Proteingewinnung nachgeschalteten, technisch in der Regel sehr aufwendigen Modifizierung der Proteine, wie sie beispielsweise durch die Anwendung von hydrolytischen Enzymen vorgenommen werden kann.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung von Proteinpräparaten anzugeben, mit dem die Herstellung von Proteinpräparaten im industriellen Maßstab möglich ist, deren funktionelle Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich ihres Emulgier- und Schaumbildungsvermögens weitgehend unabhängig von pH-Wert Schwankungen im Bereich zwischen pH 3 und pH 10 sind. Überdies sollen die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Proteinpräparate nahezu unveränderte Löslichkeitseigenschaften in Wasser auch für Temperaturen bis zu 100°C aufweisen. Insbesondere sollen die Proteinpräparate ein breites Einsatzspektrum aufweisen, so dass sie in vielfachen Produkten bezüglich Nahrungsmittel und technischen Produkten wie auch kosmetischen Produkten eingesetzt werden können.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Erfindungsgemäße alternative Verfahrensvarianten sind in den Ansprüchen 2, 5, 10 und 13 angegeben. Ein erfindungsgemäße Proteinpräparat ist Gegenstand des Anspruches 24. Ein auf eine bevorzugte Verwendung gerichtete Anspruchsformulierung ist im Anspruch 30 wiedergegeben. Vorteilhafte Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der gesamten Beschreibung entnehmbar.
Ausgangsprodukt für das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Proteinpräparaten mit weitgehend gleichbleibenden funktionellen Eigenschaften innerhalb eines breiten pH-Bereiches von etwa pH 3 bis pH 10 sind die an sich bekannten proteinhaltigen Leguminosen oder Ölsaaten. Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt eine Extraktion mit folgenden Verfahrensschritten zugrunde:
Zunächst wird das proteinhaltige Ausgangsprodukt einem wässrigen Extraktionsschritt unterzogen. Der dabei gewonnene Extrakt wird nachfolgend entweder wenigstens einem Membrantrennverfahren zugeführt, bei dem ein Retentat gewonnen wird, oder aber einer thermischen Aufkonzentrierung unterzogen, bei der ein Konzentrat gewonnen wird. In beiden Fällen, gleichwohl ob es sich um das gewonnene Retentat oder das gewonnene Konzentrat handelt, werden Proteinpräparate mit den gewünschten Funktionellen Eigenschaften gewonnen.
Die auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellten neuartigen Proteinpräparate weisen einen Proteingehalt zwischen 60 und 95% in Trockensubstanz, vorzugsweise zwischen 85 und 95% in Trockensubstanz auf und verfügen über funktionelle Eigenschaften, die mit den bisher bekannten Verfahrenstechniken nicht erreichbar sind: So verfügen die neuartigen Proteinpräparate über eine hohe Löslichkeit sowie Wiederlöslichkeit in wässrigen Systemen im pH-Bereich zwischen 3 und 10. Ferner weisen sie eine Temperaturstabilität im gleichen breiten pH-Bereich auf und behalten ihre Löslichkeit auch bei Temperaturen von bis zu 100°C bei. Insbesondere das Schaumbildungsvermögen sowie die Emulgierfähigkeit der neuartigen Proteinpräparate erweisen sich über den breiten pH-Bereich zwischen 3 und 10 als nahezu gleichbleibend gut. Schließlich weisen sie einen hohen Gehalt an schwefelhaltigen Aminosäuren auf, der insbesondere aus ernährungsphysiologischen Gründen sowie im Hinblick auf chemische Modifizierbarkeit besonders vorteilhaft ist.
Grund für ein derartig auffallendes günstiges Verhalten hinsichtlich ihrer funktionellen Eigenschaften, scheint der relativ hohe Gehalt an nicht fällbaren, globulären Proteinfraktionen mit einem Molekulargewicht von ca. 200.000 D, in den gewonnenen Proteinpräparaten insbesondere aus Lupinen zu sein. Alternative Möglichkeiten zur technischen Herstellung derartiger Proteinpräparate mit einem ähnlich hohen Anteil an nicht fällbaren, globulären Proteinfraktionen sind bislang nicht bekannt.
Analytische Untersuchungen der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gewonnenen Proteinpräparate, die aus Leguminosen, insbesondere Lupinensamen stammen, weisen einen hohen Gehalt an Gamma-Conglutin auf, was einer Fraktion entspricht, die sich von allen anderen Proteinfraktionen hinsichtlich ihrer Aminosäurezusammensetzung sowie auch Löslichkeit und pH-abhängigen Löslichkeit deutlich unterscheidet.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Im Folgenden werden vier alternative Verfahrensvarianten beschrieben, die für die erfindungsgemäße Herstellung hochmolekularer Proteinpräparate mit den gewünschten, nahezu pH-Wert unabhängigen funktionellen Eigenschaften geeignet sind. Als Ausgangsmaterial für die zu gewinnenden Proteinpräparate eignen sich bevorzugt zerkleinerte, das heißt gemahlene, flockierte oder pelletierte Lupinensamen, die vorzugsweise aus geschälten Lupinen, wie beispielsweise L. albus, L. luteus, L. angustifolius, L. mutabilis entstammen. Die zerkleinerten Lupinensamen können fakultativ in einem Vorverfahren entölt werden, wie es beispielsweise aus der vorstehend genannten deutschen Druckschrift DE 198 13 207 C1 hervorgeht. Alternativ eignen sich als Ausgangsstoffe auch Sojabohnen, Erbsen, Getreide oder Ölsaaten.
Verfahrensvariante 1
Zunächst werden die zerkleinerten und fakultativ entölten Lupinensamen in einer sauren Wasserextraktion bei pH-Werten zwischen 3 und 6 extrahiert, wobei zwischen dem Lösungsmittel Wasser und dem gelösten Lupinensamenbruchstücken keine chemische Reaktionen stattfinden. Die eigentliche Trennung bzw. Separierung zwischen den Feststoffanteilen, dem sogenannten Raffinat I und dem Flüssiganteil, dem Extrakt I, können unterschiedliche Trennverfahren angewendet werden, wie beispielsweise die Verwendung eines Dekanters, Separators oder eines Filters. Auch eignen sich zur Separierung kontinuierlich arbeitende Trommelzentrifugen.
Das bei dieser Trennung gewonnene Raffinat I wird anschließend mit alkalisiertem Wasser bei pH-Werten von 7 bis 10 extrahiert und im Folgenden einer erneuten Fest­ flüssig-Trennung in ein Extrakt II und ein Raffinat II aufgeteilt. Auch hierbei erfolgt die Separierung mit an sich bekannten Trennverfahren. Das nun im zweiten Trennschritt erhaltene Flüssigextrakt II wird durch dosierte Zugabe einer Säure bei einem pH- Bereich zwischen 3 und 5,5 angesäuert, wodurch der überwiegende Teil der im flüssigen Extrakt II vorhandenen Proteine ausgefällt werden. Man erhält durch die Ansäuerung als Niederschlag ein gefälltes Protein in Form eines Proteinquarks sowie einen flüssigen Überstand.
Der durch die Ausfällung erhaltene Überstand wird nun in einer weiteren Fest-flüssig- Trennung, beispielsweise unter Verwendung einer kontinuierlich arbeitenden Trommelzentrifuge vom Proteinquark getrennt wodurch auf diese Weise flüssige Molke erhalten wird, mit einem Proteingehalt von 85 bis 95% in Trockensubstanz.
Die auf diese Weise erhaltene Molke wird nun einem Membrantrennverfahren, vorzugsweise im Wege einer Ultrafiltration, unterzogen, wobei das Zielprodukt, nämlich das Proteinpräparat mit den gewünschten pH-Wert unabhängigen funktionellen Eigenschaften dem, durch die Membran zurückgehaltenen Anteil der Molke, dem sogenannten Retentat entspricht. Die bei der Ultrafiltration eingesetzten Membrane weisen typischerweise Membrane auf, die für Teilchen bis zu 10.000, 20.000 oder 50.000 Dalton (D) permeabel sind. Höher molekulare Bestandteile, wie eben die gewünschten Proteine mit Molekulargewichten von bis zu 200.000 D verbleiben auf diese Weise als Retentat zurück.
Das auf diese Weise gewonnene Retentat besteht zum überwiegenden Teil aus den gewünschten hochmolekularen Proteinen, deren Reinheit optional dadurch weiter gesteigert werden kann, indem das Retentat einem nachgeschalteten Waschvorgang unterzogen wird. Für diesen weiteren Waschvorgang eignet sich die Durchführung einer Diafiltration, in der das, mit Zwickelwasser vorliegende hochmolekulare Protein kontinuierlich oder taktweise mit Wasser oder einer geeigneten Pufferlösung, vorzugsweise in einem mehrstufigen Prozess, gewaschen wird. Nach entsprechender Trocknung, bspw. durch Sprühtrocknung wird ein hochmolekulares, höchstreines Proteinpräparat gewonnen, das den eingangs genannten Eigenschaften entspricht. Die bei der Diafiltration abgetrennten Flüssiganteile, die im Wesentlichen aus Wasser sowie niedermolekularen Bestandteilen wie Zucker, Salze, Aminosäuren und Peptide bestehen, können entweder verworfen und als Abwasser entsorgt oder zur Gewinnung von gezielten Einzelsubstanzen weiter aufbereitet werden.
Alternativ zur vorstehend beschriebenen Durchführung der Ultrafiltration der durch die Fest-flüssig-Trennung gewonnenen Molke kann diese auch durch Eindampfen aufkonzentriert werden, wodurch ein Konzentrat entsteht, das nach entsprechender Trocknung, vorzugsweise Sprühtrocknung ebenfalls einem hochmolekularen Protein mit den gewünschten funktionellen Eigenschaften entspricht.
Das mit der vorstehend beschriebenen Verfahrensvariante 1 herstellbare Proteinpräparat weist einen sehr hohen Gehalt an schwefelhaltigen Aminosäuren auf und eignet sich deshalb besonders gut für ernährungsphysiologische anspruchsvolle Anwendungen beispielsweise für eine Beimengung in Babynahrung, Gesundheitsprodukten sowie Produkten für die klinische Ernährung. Weiterhin weisen die Proteinpräparate besonders gute Schaumbildungseigenschaften auf, die im Wert für das Schaumvolumen gängige Produkt bis zum 3fachen übertreffen.
Verfahrensvariante 2
Wie bei der Verfahrensvariante 1 werden die zerkleinerten und fakultativ entölten Lupinensamen einer wässrigen Extraktion bei pH-Werten von 3 bis 6 unterzogen und anschließend in einer Fest-flüssig-Trennung in Raffinat und Extrakt aufgetrennt. Im Gegensatz zur Verfahrensvariante 1 wird nun der flüssige Extrakt gezielt weiterverarbeitet. Dieser wird unmittelbar einem Membrantrennverfahren, beispielsweise einer Ultrafiltration unterzogen, bei dem bereits als Retentat, also jenem Bestandteil, der durch die im Membrantrennverfahren eingesetzten Membran zurückgehalten wird, das Proteinpräparat mit den gewünschten funktionellen Eigenschaften erhalten wird. Da trotz Ultrafiltration das Retentat lediglich zu 50% Proteingehalt in Trockensubstanz aufweist, kann die Konzentration des hochmolekularen Proteinpräparates in der als Retentat vorliegenden Molke gesteigert werden, indem das Retentat durch Anwendung einer Diafiltration gewaschen wird. Als Waschflüssigkeit dient vorzugsweise Wasser. Durch entsprechende Sprühtrocknung des gewaschenen Retentats kann diese in geeigneter Weise konfektioniert werden.
Das hierbei gewonnene hochmolekulare Proteinpräparat zeichnet sich insbesondere durch seine besonders gute Löslichkeit in einem sehr breiten pH-Bereich aus. Die bei der Diafiltration abgetrennten Flüssiganteile enthalten im Wesentlichen Wasser sowie niedermolekulare Bestandteile wie Zucker, Salze, Aminosäuren und Peptide, die in Form von Abwasser verworfen werden oder zur Gewinnung von Einzelsubstanzen weiter aufbereitet werden können.
Verfahrensvariante 3
Die dritte Verfahrensalternative zur Gewinnung eines hochmolekularen Proteinpräparates mit den gewünschten funktionellen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich ihrer guten Löslichkeit, Schaumbildungs- und Emulgiereigenschaften über einen breiten pH-Bereich zwischen pH 3 bis pH 5, stellt eine Kombination der vorstehenden beschriebenen Verfahrensvarianten 1 und 2 dar. So wird die in Verfahrensvariante 1 gewonnene Molke, die aus dem Überstand durch Fest-flüssig- Trennung erhalten wird, gezielt als Waschflüssigkeit anstelle von Wasser bei der Durchführung der Diafiltration in der Verfahrensvariante 2 eingesetzt. Die Verwendung der Molke als Waschflüssigkeit ergibt Vorteile in Bezug auf den Wasserhaushalt des gesamten Verfahrens wodurch die technische Effizienz bzw. Effektivität gesteigert werden kann. Zudem weisen die auf diese Weise hergestellten Proteinpräparate funktionelle Eigenschaften auf, die sowohl denen entsprechen, die mit der Verfahrensvariante 1 als auch jenen entsprechen, die mit der Verfahrensvariante 2 hergestellt werden.
Verfahrensvariante 4
Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Verfahrensvarianten 1 bis 3 werden die zerkleinerten und fakultativ entölten Lupinensamen einer wässrigen Extraktion bei alkalischen pH-Werten von 7 bis 10 unterzogen. Der nach Fest-flüssig- Trennung erhaltene flüssige Extrakt wird durch Ansäuern, beispielsweise durch Zugabe von Schwefel- oder Salzsäure auf pH-Werte zwischen 3 und 5,5 einer Ausfällung unterzogen, bei der der überwiegende Teil der im flüssigen Extrakt enthaltene Proteine ausgefällt wird. Der bei der Ausfällung entstehende Überstand wird durch Fest-flüssig-Trennung vorzugsweise mit Hilfe eines Dekanters separiert, wodurch die sogenannte Molke erhalten wird. Die in der Molke löslichen Restproteine werden nun mit Hilfe eines Membrantrennverfahrens, vorzugsweise mittels Ultrafiltration derart weiter aufbereitet, so dass der durch die Membran zurückgehaltene Anteil der Molke, das sogenannte Retentat erhalten wird, der zum überwiegenden Anteil aus hochmolekularen Proteinen, dem gewünschten Proteinpräparat besteht. Wie auch in den vorstehend beschriebenen Verfahrensvarianten kann auch hier zur weiteren Konzentrationserhöhung die per Ultrafiltration erhaltene Molke mit Hilfe der Diafiltration und Einsatz von Wasser als Waschflüssigkeit gewaschen werden. Im Rahmen eines nachfolgenden Sprühtrocknungsprozesses können auf diese Weise hochmolekulare Proteinpräparate beispielsweise mit einer Löslichkeit von mehr als 80% über einen breiten pH-Bereich in technisch effizienter Weise hergestellt werden.
Proteinpräparate, die durch die vorstehend vier beschriebenen Verfahrensvarianten gewonnen werden, zeigen über den ganzen pH-Bereich sehr gute Löslichkeiten.
Vorzugsweise werden die Extraktionsschritte, also die Fest-flüssig- Trennungsprozesse, bei denen vorzugsweise Wasser als Lösungsmittel eingesetzt wird, bei Temperaturen zwischen 5 und 70°C durchgeführt, wobei Temperaturen von 15 bis 60°C besonders geeignet sind. Die Zugabe von Wasser als Lösungsmittel für die Extraktion erfolgt derart, dass ein Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis zwischen 1 : 3 bis 1 : 15 erhalten wird, wobei bevorzugte Verhältnisse zwischen 1 : 4 und 1 : 10 liegen.
Grundsätzlich kann die Ultrafiltration bei pH-Werten zwischen 3,5 und 9 erfolgen, wobei bevorzugte pH-Werte zwischen 6 und 8 liegen. Vor der Durchführung der Ultrafiltration kann die zu behandelnde Molke vorzugsweise pasteurisiert oder einer Ultrahochtemperatur-Behandlung unterzogen werden. Typische Temperaturen bei der Durchführung der Ultrafiltration liegen zwischen 10 und 80°C, vorzugsweise zwischen 60 bis 80°C. Die bei der Ultrafiltration eingesetzten Membrane weisen überdies selektierende Membranöffnungen auf, durch die Teilchen mit Molekülgrößen zwischen 5000 bis 100.000 D permeieren können.
Die mit den vorbeschriebenen Verfahrensvarianten hergestellten Proteinpräparate weisen allesamt einen Proteingehalt von < 80% in Trockensubstanz auf, vorzugsweise < 85%. Ihr Salzgehalt beträgt typischerweise 5%. Der Fettgehalt der hergestellten Proteinpräparate liegt unter 1%, wobei die durch die Verfahrensvariante 2 hergestellten Proteinpräparate einen besonders niedrigen Fettgehalt aufweisen.
Durch die besonders günstigen funktionellen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich ihrer Löslichkeit, Thermostabilität, ihres Emulgiervermögens sowie Schaumbildungsvermögens wie auch Gelbildungsvermögens, die sich allesamt nahezu gleichbleibend im gesamten pH-Bereich verhalten, eignen sich die neuartigen hochmolekularen Proteinpräparate insbesondere für eine Vielzahl wichtiger Anwendungen. So dienen sie als Zusatzstoffe zu folgenden Produkten:
Gele oder gelartige Stoffe, Lebensmittel, Speisen und Getränke, Futtermittel für Tiere oder kosmetische Produkte. Durch den Einsatz der neuartigen Proteinpräparate können die funktionellen Eigenschaften der einzelnen Produkte, die sich überdies auch auf technische Produkte beziehen, wie Kleber, pastöse Schmiermittel, Farben etc. beispielsweise hinsichtlich ihrer Löslichkeit, ihrer Emulgierfähigkeit, ihrer Temperaturstabilität, ihres Schaumbildungsvermögens oder Gelbildungseigenschaften, gezielt eingestellt werden.
Schließlich bieten die neuartigen Proteine, insbesondere die mit Hilfe der Verfahrensvariante 1 hergestellt werden aufgrund ihrer hohen Anteile an schwefelhaltigen Aminosäuren die Möglichkeit der Derivatisierung, d. h. die Umwandlung in bestimmte Derivate, die für spezielle Anwendungszwecke besonders geeignet sind. Dies eröffnet ein breites Spektrum für die Herstellung weiterer neuartiger modifizierter Präparate.

Claims (30)

1. Verfahren zur Gewinnung von Proteinpräparaten mit weitgehend gleichbleibenden funktionellen Eigenschaften innerhalb eines breiten pH-Bereiches von etwa pH 3 bis pH 10 mittels Extraktion aus einem proteinhaltigen Ausgangsprodukt, nämlich Leguminosen, Getreide oder Ölsaaten, dadurch gekennzeichnet, dass das proteinhaltige Ausgangsprodukt wenigstens einem flüssigen Extraktionsschritt unterzogen wird und das dabei gewonnene Raffinat oder Extrakt entweder wenigstens einem Membrantrennverfahren zugeführt wird, bei dem ein Retentat gewonnen wird, oder einer thermischen Aufkonzentrierung unterzogen wird, bei der ein Konzentrat gewonnen wird, und dass in dem Retentat oder in dem Konzentrat Proteinpräparate mit den gewünschten funktionellen Eigenschaften enthalten sind.
2. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • a) Zerkleinern des Ausgangsproduktes und Beimischen des zerkleinerten Ausgangsproduktes in ein erstes saures Lösungsmittel zum Erhalt einer sauren Suspension,
  • b) Auftrennen der sauren Suspension im Wege einer fest-flüssig Extraktion in ein Raffinat I und ein Extrakt I,
  • c) Zugabe des Raffinats I in ein basisches Lösungsmittel zum Erhalt einer basischen Suspension,
  • d) Auftrennen der basischen Suspension im Wege einer fest-flüssig Extraktion in ein Raffinat II und ein Extrakt II,
  • e) Ansäuern des Extraktes II und Ausfällen von Proteinen aus dem angesäuerten Extrakt II in Form von Proteinquark, zum Erhalt eines flüssigen Überstandes,
  • f) Auftrennen des flüssigen Überstandes im Wege einer
  • g) fest-flüssig Extraktion zum Erhalt einer Molke mit einem Proteingehalt von < 80% in Trockensubstanz,
  • h) Auftrennen der Molke im Wege eines Membrantrennverfahrens zum Erhalt eines, vorwiegend aus Proteinen bestehenden Retentats, das die Proteinpräparate mit den gewünschten Eigenschaften enthält oder
  • i) Aufkonzentrieren der Molke durch Eindampfen zum Erhalt eines Konzentrats, das getrocknet wird und Proteinpräparate mit den gewünschten Eigenschaften enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Retentat gewaschen und einer Sprühtrocknung unterzogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Waschen des Retentats mittels Diafiltration durchgeführt wird.
5. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • a) Zerkleinern des Ausgangsproduktes und Beimischen des zerkleinerten Ausgangsproduktes in ein erstes saures Lösungsmittel zum Erhalt einer sauren Suspension,
  • b) Auftrennen der sauren Suspension im Wege einer fest-flüssig Extraktion in ein Raffinat I und ein Extrakt I,
  • c) Auftrennen des Extraktes I unter Verwendung eines Membrantrennverfahrens, bei dem als Retentat Molke erhalten wird, in der Proteinpräparate mit den gewünschten Eigenschaften enthalten sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Membrantrennverfahren eine Ultrafiltration eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Molke mit Wasser gewaschen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Waschen der Molke mittels einer Diafiltration durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gewaschene Molke sprühgetrocknet wird.
10. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie nach den Verfahrensschritten a bis f gemäß Kennzeichenteil des Anspruchs 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Molke, die gemäß Verfahrensschritt f des Anspruchs 2 gewonnen wird, jener Molke beigemischt wird, die gemäß den Verfahrensschritten a bis c gemäß Kennzeichenteil des Anspruchs 5 gewonnen wird, und die Molke gemäß Anspruch 2 als Waschflüssigkeit im Rahmen einer Diafiltration verwendet wird, und dass das beim Waschen erhaltene Retentat Proteine mit den gewünschten Eigenschaften enthält.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das beim Waschen erhaltene Retentat sprühgetrocknet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die saure Suspension einen pH-Wert zwischen 3 und 5 aufweist.
13. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • - Zerkleinern des Ausgangsproduktes und Beimischen des zerkleinerten Ausgangsproduktes in ein erstes alkalisches Lösungsmittel zum Erhalt einer alkalischen Suspension
  • - Auftrennen der alkalischen Suspension im Wege einer fest-flüssig Extraktion in ein Raffinat III und ein Extrakt III,
  • - Ausfällen von Proteine aus dem Extrakt III durch Zugabe eines sauren Medium zum Erhalt eines Überstands,
  • - Auftrennen des Überstands im Wege einer fest-flüssig Extraktion in ein Raffinat IV und einem flüssigen Extrakt IV, der Molke,
  • - Auftrennen der Molke im Wege einer Membrantrennverfahrens, insbesondere Ultrafiltration, zum Erhalt eines, vorwiegend aus Proteinen bestehenden Retentats, das die Proteinpräparate mit den gewünschten Eigenschaften enthält oder
  • - Aufkonzentrieren der Molke durch Eindampfen zum Erhalt eines Konzentrats, das getrocknet wird und Proteine mit den gewünschten Eigenschaften enthält.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Molke mit Wasser gewaschen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Waschen der Molke mittels einer Diafiltration durchgeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die gewaschene Molke sprühgetrocknet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsprodukt Lupinensamen ist, insbesondere L. albus, L. luteus, L. angustifolius oder L. mutabilis.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsprodukt gemahlene, flockierte, pelletierte und/oder geschälte Lupinen oder anderweitige Leguminosen oder Getreide oder Ölsaaten verwendet werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsprodukt entölt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zum Membrantrennverfahren Trennmembrane eingesetzt werden, deren Trennvermögen zwischen 5000 und 200.000 D liegt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel Wasser verwendet wird, das je nach pH-Wert Einstellung angesäuert oder mit alkalischen Substanzen versetzt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktionen bei Temperaturen zwischen 15 und 60°C durchgeführt werden, und dass bei den Extraktionen Feststoff-Flüssigkeitsverhältnisse von 1 : 4 bis 1 : 10 eingehalten werden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung des Membrantrennverfahrens ein pH-Wert zwischen 6 und 8 eingestellt wird, und
dass eine Temperatur während des Membrantrennverfahrens zwischen 60 und 80°C eingestellt wird.
24. Proteinpräparat, das aus Leguminosen oder Ölsaaten im Wege flüssiger Extraktion und nachfolgendem Membrantrennverfahren oder nachfolgender Aufkonzentrierung erhältlich ist und weitgehend gleichbleibende funktionelle Eigenschaften innerhalb eines breiten pH-Bereiches von etwa pH 3 bis pH 10 besitzt.
25. Proteinpräparat nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Proteinpräparat einen Gamma-Conglutin-Gehalt von wenigstens 30 Prozent aufweist.
26. Proteinpräparat nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionellen Eigenschaften das Löslichkeitsverhalten, die Thermostabilität, das Emulgiervermögen, das Schaumbildervermögen und/oder die Gelbildung umfassen.
27. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Proteinpräparat einen Gehalt an schwefelhaltigen Aminosäuren von wenigstens 2,0% w/w aufweist.
28. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Proteinpräparat ein mittleres Molekulargewicht von wenigsten 100.000 D besitzt.
29. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Proteingehalt in Trockensubstanz zwischen 60 und 95% beträgt.
30. Verwendung des Proteinpräparates nach einem der Ansprüche 24 bis 29 oder hergestellt mit einem der Verfahren 1 bis 23, als Beimengung in
  • a) Gel oder gelartigen Stoffen,
  • b) Lebensmitteln, Speisen und Getränken,
  • c) Futtermittel für Tiere oder
  • d) Kosmetika,
  • e) Farben
  • f) Klebstoffen
  • g) Kautschukmischungen
  • h) Beschichtungen für Papier und Kunststoffe
zur gezielten Einstellung funktioneller Eigenschaften, wie Löslichkeit, Emulgierfähigkeit, Temperaturstabilität, Schaumbildervermögen oder Gelbildungsvermögen.
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