DE10047278A1 - Gelier- und Verdickungsmittel auf der Basis von von heißwasserunlöslichen Bestandteilen befreiten Cassia-Galaktomannan - Google Patents

Gelier- und Verdickungsmittel auf der Basis von von heißwasserunlöslichen Bestandteilen befreiten Cassia-Galaktomannan

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Abstract

Gelier- und Verdickungsmittelsysteme auf der Basis von von heißwasserunlöslichen Bestandteilen befreitem Cassia-Galaktomannan zusammen mit Carrageen, Xanthan, Agar und Polyacrylaten. Diese Gelier- und Verdickungsmittel sind klar transparent und zeigen keine Sedimentationserscheinungen. Sie eignen sich daher besonders für hochwertige Texturierungs- und Verdickungssysteme im Nahrungsmittelbereich und für pharmazeutische und kosmetische Anwendungen.

Description

Unter Gelier- und Verdickungsmitteln versteht man Stoffe, die beispiels Wasser oder wässrige Behandlungsflüssigkeiten oder festen oder flüssigen Lebens- bzw. Futtermitteln während des Herstellungs- und Verarbeitungsprozesses zugesetzt werden, um eine gewünschte Konsistenz oder Viskosität zu erzielen. Nahezu alle gebräuchlichen Gelier- und Verdickungsmittel mit Ausnahme der Gelatine, mit Ausnahme der Gelatine, sind Abkömmlinge der Polysaccharide, d. h. von hochpolymeren Kohlehydraten.
Polysaccharide sind wasserlösliche oder stark quellbare Stoffe, die so genannten Hydrokolloide, die in wässrigen Systemen kolloidale, mehr oder weniger hochviskose Lösungen oder Dispersionen mit plastischen oder pseudoplastischen Fliessverhalten ergeben. Daraus leiten sich die im vorliegenden Fall gewünschten funktionellen Eigenschaften wie verdickende Wirkung, Wasserbindevermögen, Stabilisierung von Suspensionen und Emulsionen bei mehrphasigen Systemen sowie Gelbildung ab.
Bekannte und gängige Gelier- und Verdickungsmittelsysteme in Lebensmitteln und Futtermitteln basieren auf der Verwendung von Stärke und Stärkederivaten, Celluloseethern, Algenextrakten wie Carrageenen (Carrageenane, Carrageene, Carrageenate) und Alginaten, Kernmehlderivaten des Galaktomannan-Typs und fermentativ erzeugten Polysacchariden wie beispielsweise Xanthan.
Die vorliegende Erfindung beschreibt die Verwendung von Cassia-Endospermmehl, das von heisswasserunlöslichen Bestandteilen befreit worden ist, als Gelier- und Verdickungsmittel, sowie Wege zur Herstellung dieses von heisswasserunlöslichen Bestandteilen befreiten Cassiamehles.
Es ist bekannt, dass das vermahlene Endosperm des Samens von Cassia tora syn.obtusifolia, auch Cassia-Mehl oder Cassia-Galaktomannan genannt, mit anderen Hydrokolloiden, insbesondere mit Carrageenen, Xanthan, Agar oder Polyacrylaten synergistische Gelier- und Verdickungsmittelwirkung zeigt, die mit den Einzelkomponenten für sich alleine nicht erzielbar sind. Solche synergistischen Polysaccharidmischungen zeichnen sich durch eine besonders hohe Effizienz und, bedingt durch die vergleichsweise niedrigen Einsatzmengen, hohe Wirtschaftlichkeit aus.
In der Patentschrift EP 0139913 werden auf Cassia-Galaktomannan basierende Gelier- und Verdickungsmittel beschrieben, die synergistische Mischungen von Cassia-Galaktomannan mit Carrageenen, Agar und/oder Xanthan enthalten.
Die Patentschrift US 4840811 beschreibt einen Prozess zur Herstellung von farblosem, geruchsfreiem und geschmacksfreiem Cassia Endosperm Mehl.
Die Patentschrift EP 0146911 beschreibt substituierte Alkylehter und Phosphorsäureester, die aus der Umsetzung der im Endosperm des Cassia tora/syn.obtusifolia Samens enthaltenen Polysaccharide mit den entsprechenden Reagenzien gewonnen werden, sowie deren Verwendung als Verdickungsmittel im Textildruck.
Cassia Mehl wird aus dem Samen von Cassia tora bzw. des Pflanzensynonyms Cassia obtusifolia gewonnen, indem man die reifen Samen erhitzt und einer schlagenden Behandlung, beispielsweise in Prallmühlen, unterwirft. Diese Behandlung hat eine Auftrennung von Schale, Keimling und Endosperm zur Folge. Dieses Endosperm, in der Fachsprache auch "splits" genannt, das nach dieser Behandlung im wesentlichen noch seine ursprüngliche makroskopische Form beibehalten hat, lässt sich durch einfache müllereitechnische Verfahren wie Sichten von Keimlingsmehl und Schalen abtrennen und wird auf die gewünschte Korngröße vermahlen.
Das so erhaltene Cassia-Mehl hat folgende durchschnittliche Zusammensetzung:
Wasser: 3-12%
Fett: bis 1%
Rohprotein: bis 7%
Rohfaser: bis 4%
Aschegehalt: bis 2%
Polysaccharide: mindestens 75%
Obwohl das auf diese Weise gewonnene Cassia-Mehl die gewünschten Geliereigenschaften hat, bildet es mit Carrageenen, Xanthan oder Agar synergistische Gele, die eingetrübt und sedimenthaltig sind. Die nach US 4840811 gewonnen farblosen, geschmacks- und geruchsfrei hergestellten Cassia Galaktomannan enthaltenden Gele zeigen ebenfalls diese Absetzungserscheinungen und starken Eintrübungen, die die Gele milchig und undurchsichtig machen.
Auf vielen Anwendungsgebieten der modernen Lebensmitteltechnologie setzt man den Nahrungsmitteln geeignete Additive zu, um die gewünschte Konsistenz, Textur, Viskosität oder Verdickungs- oder Gelierwirkung zu erzielen. Hierbei sind oft klare, transparente Verdickungen und Gele Voraussetzung für die organoleptische Akzeptanz durch die Verbraucher.
Obwohl erstrebenswert, ist bis heute nicht gelungen, durch mechanische Auslese- und Reinigungsverfahren oder selektives Vermahlen Cassia-Mehle herzustellen, die mit Carrageen, Xanthan, Agar oder Polyacrylaten transparente Verdickungs- und Geliersysteme bilden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, transparente und von heisswasserunlöslichen Bestandteilen befreite Gelier- und Verdickungsmittel auf Basis Cassia-Galaktomannan zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wurde dadurch gelöst, dass das Cassia-Galaktomannan einer Heisswasser-Extraktion unterworfen wird, dieser Heisswasserextrakt anschliessend durch Zentrifugieren oder Filtrieren von den unlöslichen Bestandteilen befreit wird und wahlweise zur Isolierung des heisswasserlöslichen Cassia-Galaktomannans einer Sprühtrocknung bzw. Alkoholfällung unterzogen wird.
Auf diese Weise werden die unerwünschten Bestandteile des Cassia-Mehles, die in den synergistischen Gelier- und Verdickungsmittelsystemen mit Carrageenen, Xanthan und Agar die Transparenz verhindern und starke Sedimentbildung in Form von wasserunlöslichen Bestandteilen zeigen, entfernt und klare Gele und Verdickungen erhalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Cassia-Galaktomannan in Form des ganzen Endosperms, in der Fachsprache "splits" genannt, mit heissem Wasser so lange bei hohen Temperaturen, vorzugsweise über 90°C, gekocht, bis das gesamte heisswasserlösliche Cassia- Polysaccharid in Lösung gegangen ist. Auf Grund der eingesetzten Menge an Cassia Splits und der verwendeten Wassermenge lässt sich die Konzentration des in Lösung gegangen Cassia- Galaktomannans berechnen. Nach Abtrennung der heisswasserunlöslichen Bestandteile werden dem noch heissen Extraktionswasser, dessen Temperatur vorzugsweise über 80°C liegen sollte, die entsprechenden Mengen an Carrageen, Xanthan oder Agar in Form ihrer Pulver hinzugefügt, um zu den gewünschten Gelier- und Verdickungseffekten zu kommen. Typischerweise bilden sich nach Abkühlung der heissen Lösungen auf Raumtemperatur in Abhängigkeit von der eingesetzten Gelier- und Verdickungsmittelmenge die charakteristischen Gele bzw. Verdickungen aus.
In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das durch Heisswasserextraktion in Form seiner Lösung erhaltene Cassia-Polysaccharid durch Sprühtrocknung isoliert und in Form des so erhaltenen Feststoffes in Abmischung oder zusammen mit Carrageen, Xanthan oder Agar als Gelier- und Verdickungsmittel verwendet.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das durch Heisswasserextraktion in Form seiner Lösung erhaltene Cassia-Polysaccharid durch Zugabe eines wassermischbaren protischen Lösungsmittels, vorzugsweise Ethanol, ausgefällt und ebenfalls in Form eines pulverigen Feststoffes isoliert. Dieses Cassia-Galaktomannanpulver wird dann zusammen mit Carrageen, Xanthan oder Agar verwendet als Gelier- und Verdickungsmittel verwendet.
Dem Extraktionswasser können wahlweise geringe Mengen an weiteren Hilfsmitteln wie Alkalien, Oxidationsmittel, Reduktionsmittel, Filterhilfsmitteln oder Adsorptionsmittel wie Zeolithe, Kieselgur oder Aktivkohle zugesetzt werden, die das Ergebnis der Extraktion hinsichtlich einer entfärbenden Wirkung oder Aktivierung der heisswasserlöslichen Bestandteile zur Ausbeutesteigerung positiv beeinflussen.
Die erfindungsgemäss erzeugten Produkte, nämlich synergistische Gelier- und Verdickungsmittel auf Basis von Cassia-Galaktomannan in Mischung mit Carrageen, Xanthan oder/und Agar, zeigen die gewünschte Eigenschaft, nämlich die Ausbildung transparenter und klarer Gele. Die so erzeugten Gelier- und Verdickungsmittelsysteme werden allgemein bezüglich gesundheitlicher Aspekte als geeignet für den Einsatz in Nahrungsmitteln erachtet.
Überraschenderweise behielten die erfindungsgemässen Cassia-Polysaccharidextrakte nicht nur ihre ursprünglichen vorteilhaften Eigenschaften, nämlich ihre stark synergistischen Geliereigenschaften mit Carrageen, Xanthan, Agar oder Polyacrylaten bei, sondern zeigten als Ergebnis der erfindungsgemässen Behandlung sogar noch höhere Gelstärken als das unbehandelte Cassia-Galaktomannan.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde der F.I.R.A. Jelly Tester (H. A. Gaydon & Co., Ltd., Wallington, Surrey, England, erwähnt in: Martin Glicksman: "Gum Technology in the Food Industry", Academic Press, N.Y., Seite 82, (1969) zur Bestimmung der Gelstärke verwendet.
Der F.I.R.A. Jelly Tester besteht im wesentlichen aus einem schmalen Metallspatel, an den ein Schaft mit Zeiger montiert ist, der eine genaue und leicht ablesbare kalibrierte Winkelskala von -10 bis 90 Winkelgraden überstreicht. Die gesamte Vorrichtung kann durch Anwendung einer Torsionskraft verdreht werden. Die Torsionskrft wird ausgelöst durch Wasser, das mit konstanter Durchflussrate in einen kleinen Behälter mit Gegengewicht fliesst. Dieser Behälter mit Gegengewicht ist über eine Zugrolle mit dem Anzeigeschaft verbunden. Die Gelstärke wird gemessen, indem der Metallspatel in das Gel eingetaucht wird und so lange Wasser in den Behälter fliesst, bis der Metallspatel um einen bestimmten Winkel ausgelenkt ist. Je grösser die Menge an Wasser ist, die nötig ist, den Spatel bis zu einem bestimmten Winkel auszulenken, desto grösser ist die Gelstärke. In den angegebenen Beispielen beträgt der Auslenkwinkel 30 Winkelgrade, und die Wassermenge, die notwendig ist, den Spatel um 30° auszulenken, wird in ml (= g) angegeben. Um die Gelstärken des erfindungsgemäss Cassia-Galaktomannans zu bestimmen, wurden 1 : 1 Mischungen aus erfindungsgemässem Cassia-Galaktomannan und kommerziell erhältlichem kappa- Carrageen erzeugt. Die Gele erhielten in allen Fällen 0,6% Geliermittel (0,3% kappa-Carrageen und 0,3% Cassia-Galaktomannan) und 0,1% Kaliumchlorid. Bei der Verwendung von pulverförmigen 1 : 1 Mischungen wurden 6 Gewichtsteile der Pulvermischung in 1000 Teile Leitungswasser an einem Hochgeschwindigkeitsrührer bei Raumtemperatur eingerührt. Die Mischung wurde dann auf 85°C aufgeheizt und für 5 Minuten bei leichtem Rühren auf dieser Temperatur gehalten. Der beim Erhitzen entstandene Wasserverlust wurde während der Abkühlphase durch Zugabe von heissem Wasser bei etwa 60°C ausgeglichen, und die noch ungefähr 60°C heisse Lösung wurde in die für diesen Zweck vorgesehenen Messbecher des F.I.R.A. Jelly Testers gegossen. Nach dem Abkühlen im Thermostaten auf 20°C wurde nach 24 Stunden die Gelstärke gemessen.
Die Transparenz und Sedimentation innerhalb der Gele wurde visuell beurteilt. Die Sedimentation wurde an Hand einer Referenzprobe ermittelt. Hierzu wurde die ca. 60°C heisse Lösung, die auch zum Ausgiessen der Gele verwendet wurde, 10 cm hoch in ein Reagenzglas gefüllt. Die Höhe der Sedimente wurde in Prozent der Gesamtfüllhöhe (10 cm) des Geles angegeben.
Als Vergleichsmaterial wurde kommerziell erhältliches Cassia-Mehl verwendet.
Als Ausgangsmaterial für die Heisswasserextraktion wurde Cassia-Galaktomannan in Form so genannter Splits eingesetzt.
Beispiel 1
100 Gramm Cassia-Split werden zu 1000 ml Wasser gegeben und 2 Stunden bei 95°C gekocht. Die über 90°C heisse Lösung wird auf der Laborzentrifuge abzentrifugiert. Ein Teil der Probe wird auf der IR-Waage zur Trockene gebracht, es errechnet sich ein Feststoffgehalt von 5,8%. 200 ml der 90°C heissen Probe werden mit 3333 gr 90°C heissem Wasser versetzt, so dass eine 0,3%ige Lösung an extrahiertem Cassia-Galaktomannan entsteht. In 1000 ml dieser 90°C heissen Lösung werden 3 gramm kommerziell erhältliches Kappa-Carrageen (Danagel CCX) sowie 1 gr Kaliumchlorid eingerührt und für 5 Minuten auf dieser Temperatur unter Rühren gehalten. Die noch 65°C heisse Lösung wird nach Wasserausgleich in die zur Messung der Gelstärken vorgesehenen Plastikschälchen gegossen und nach Ausgelieren bei 20°C wird die Klarheit des Geles, die Sedimentation sowie die Gelstärke beurteilt.
Beispiel 2 Vergleichsbeispiel
3 Gramm kommerziell erhältliches Cassia-Mehl und 3 Gramm kommerziell erhältliches kappa- Carrageenen (Danagel CCX, FMC Corpotation) werden zusammen mit 1 gr Kaliumchlorid in 993 Gramm Wasser am Schnellrührer eindispergiert und unter Rühren auf 90°C aufgeheizt und 5 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen auf 65°C werden die zur Gelstärkenmessung vorgesehenen Plastikbehälter mit der warmen Lösung gefüllt und zur Ausgelierung vorbereitet. Gleichzeitig wird ein Reagenzglas 10 cm hoch mit der warmen Lösung gefüllt und ebenfalls zur Gelierung gebracht.
Beispiel 3
100 Gramm der nach Beispiel 1 hergestellten Extraktionslösung wurden einer Laborsprühtrocknung unterworfen. Die Ausbeute der Sprühtrocknung betrug 6,3 Gramm, der Feuchtigkeitsgehalt der sprühgetrockneten Ware betrug 16,1%. Die sprühgetrocknete Ware wurde im Trockenschrank auf eine Restfeuchte von 11% nachgetrocknet, dies entspricht etwa der Gleichgewichtsfeuchtigkeit von Galaktomannanmehlen an der Luft unter Raumbedingungen.
Aus dem sprühgetrocknetem Cassia-Galaktomannan und dem kommerziell erhältlichen kappa- Carrageen wurde eine 1 : 1 Mischung Gelier- und Verdickungsmittel hergestellt, aus der unter bekannten Bedingungen ein Gel mit einem Feststoffgehalt von 0,6% an Gelier- und Verdickungsmittel sowie 0,1% Kaliumchloridgehalt hergestellt wurde.
Beispiel 4
100 Gramm der nach Beispiel 1 hergestellten Extraktionslösung wurden bei 55°C langsam mit 80 ml Ethanol versetzt. Es fällt eine weisse, voluminöse watteartige Substanz aus, dieser Niederschlag lässt sich unter üblichen Laborbedingungen über eine mit Filterpapier belegte Porzellannutsche abnutschen. Der Filterkuchen wird noch einmal mit 20 ml kaltem Ethanol nachgewaschen, im Trockenschrank zur Trockene gebracht und auf einer Labormühle auf eine Korngrösse von 60 mesh zerkleinert.
Aus dem so durch Alkoholfällung gewonnenen Cassia-Galaktomannan wird wie beschrieben eine 1 : 1 Pulvermischung mit Carrageen hergestellt, aus der ein 0,6%iges Gel in üblicher Weise bereitet wird.
Beurteilung
In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse bezüglich der Beurteilung der Geltransparenz, der Sedimentation sowie der Gelstärke festgehalten. Die Auswertung ergibt die Überlegenheit der erfindungsgemässen Gele bezüglich der Transparenz, der Sedimentation und der erhaltenen Gelstärken.

Claims (11)

1. Transparente und sedimentarme wässrige Verdickungen und Gele ergebende Gelier- und Verdickungsmittel auf der Basis von von heisswasserunlöslichen Bestandteilen befreitem Cassia tora syn.obtusifolia Galaktomannan
2. Gelier- und Verdickungsmittel gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine synergistische Mischung aus a) Cassia tora syn.obtusifolia Galaktomannan nach Anspruch 1 und b) Carrageen, Xanthn und/oder Agar enthält.
3. Gelier- und Verdickungsmittel gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es die Komponenten in einem Verhältnis von 20-80 Gewichtsteilen a) und 80-20 Gewichtsteilen b) enthält
4. Gelier- und Verdickungsmittel gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine synergistische Mischung aus a) Cassia tora syn.obtusifolia Galaktomannan nach Anspruch 1 und c) Polyacrylat enthält
5. Gelier- und Verdickungsmittel gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es die Komponenten in einem Verhältnis von 20-80 Gewichtsteilen a) und 80-20 Gewichtsteilen c) enthält
6. Gelier- und Verdickungsmittel gemäss einem der Ansprüche 2-3, dadurch gekennzeichnet, dass es Kalium-, Calcium- und/oder Ammoniumionen enthält.
7. Gelier- und Verdickungsmittel gemäss einem der Ansprüche 2-6 in Form einer pulverförmigen Mischung.
8. Gelier- und Verdickungsmittel gemäss einem der Ansprüche 1-6 in Form eines wässrigen Gels.
9. Verwendung eines Gelier- und Verdickungsmittels gemäss der Ansprüche 2-3 und 6-8 bei der Verarbeitung von Nahrungs- und Futtermitteln und für pharmazeutische und kosmetische Zwecke.
10. Verwendung eines Gelier- und Verdickungsmittels gemäss der Ansprüche 4 und 5 für pharmazeutische und kosmetische Zwecke
11. Verwendung von Cassia-Galaktomannan gemäss Anspruch 1 zusammen mit Carrageen, Xanthan, Agar und/oder Polyacrylat zur Erzeugung eines synergistischen Gelier- und Verdickungseffektes.
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