DE10064434A1 - Verfahren zur Verarbeitung von Lupinenproteinen - Google Patents
Verfahren zur Verarbeitung von LupinenproteinenInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Verarbeitung von pflanzlichen Proteinen aus Lupinen mit einer Wasserextraktion vorgeschlagen, bei dem eine größere Effizienz im Sinne einer größeren Ausbeute sowie die Herstellung von neuen Lupinenprodukten mit unterschiedlicher Funktionalität zu erzielen ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der pflanzliche Rohstoff vor der Extraktion zu einem Zwischenprodukt mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser 300 mum verarbeitet wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von
Lupinenproteinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Lupinen gehören zu den Pflanzen, die einen hohen Anteil an
hochwertigen pflanzlichen Proteinen aufweisen. Derartige
Proteine können eine wertvolle Bereicherung bei der
Produktion von Lebensmitteln und Futtermitteln darstellen.
Nicht nur die alkaloidhaltigen Bitterlupinen, sondern auch
die sogenannten Süßlupinen weisen antinutritive Stoffe auf,
zu denen beispielsweise die Alkaloide, bestimmte Zuckerformen
(Oligosaccharide), etc. zu zählen sind. Zur Abtrennung
derartiger antinutritiver Stoffe sowie zur weiteren
Verarbeitung der Lupinenproteine mit der gewünschten
Funktionalität wurden bereits verschiedene Verfahren
entwickelt.
So wird beispielsweise in der EP 0 859 553 ein Verfahren
beschrieben, bei dem die Pflanzenbestandteile, insbesondere
der Lupinensamen zu einem Grieß verarbeitet wird, der
anschließend zwei Wasserextraktionen unterzogen wird.
Weiterhin wird in der DE 198 13 207 ein Verfahren
beschrieben, bei dem Lupinensamen in Flockenform zerkleinert
oder verformt und mit Hilfe eines Lösungsmittels,
beispielsweise Hexan, entölt werden. Anschließend wird auch
hier eine wässrige Extraktion vorgenommen.
In der Druckschrift EP 0 522 800 wird weiterhin die
Verarbeitung eines isoelektrisch vorbereiteten
Proteinkonzentrats in einer wässrigen Lösung bei einem
alkalischen pH-Wert in vorgegebenen Temperaturzeitintervallen
vorgeschlagen, wobei bei der Verarbeitung keine wesentlichen
Scherkräfte auftreten sollen, d. h. die mechanischen
Verfahrensmaßnahmen, wie Rühren, Zentrifugieren, usw. sollten
mit möglichst gering einwirkenden Kräften durchgeführt
werden. Über die Gewinnung des Proteinkonzentrats gibt diese
Druckschrift keine Auskunft.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der
eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem eine größere
Effizienz im Sinne einer größeren Ausbeute sowie die
Herstellung von neuen Lupinenprodukten mit unterschiedlicher
Funktionalität zu erzielen ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der
einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind
vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung
möglich.
Dementsprechend zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch aus, dass der pflanzliche Rohstoff vor einer
wässrigen Extraktion zu einem Zwischenprodukt verarbeitet
wird, das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser
≦ 300 µm aufweist, wobei insbesondere Zwischenprodukte mit
einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser ≦ 200 µm zu
empfehlen sind. Experimente haben gezeigt, dass bei
Verwendung eines solchen Zwischenprodukts erheblich kürzere
Reaktionszeiten bei verbesserter Ausbeute in den
nachfolgenden Verfahrensschritten erzielbar sind. Diese
Vorteile werden nicht zuletzt durch die größere benetzbare
Oberfläche aufgrund der geringen Partikelgröße des
Zwischenprodukts sowie durch die aufgrund dieser geringen
Partikelgröße veränderte Konsistenz der Zwischenprodukte
erzielt.
Die vergrößerte Reaktionsoberfläche sorgt beispielsweise für
geringere Verweilzeiten bzw. eine Reduktion der
Extraktionsstufen in den nachfolgende Verfahrensschritten und
somit für einen größeren Durchsatz bzw. einer kleineren
Dimensionierung der zugehörigen Anlage verbunden mit der
entsprechenden Einsparung an Material und Energie.
Darüber hinaus ist bei dem Einsatz eines erfindungsgemäßen
Zwischenprodukts eine Weiterverarbeitung, beispielsweise die
Extraktion, bei hoher mechanischer Belastung, z. B. in
turbulenter Umgebung möglich. Dies erleichtert die weitere
Verarbeitung enorm. So können Prozessparameter, z. B. pH-Werte
bei Extraktionen schneller eingestellt werden. Eine bessere
Prozesskontrolle verbunden mit geringeren Proteinverlusten
und geringerer Denaturierung der Proteine ist hierdurch
möglich.
Bei der bisherigen Verwendung von Flakes und Grits als
Ausgangsprodukt waren hohe Scherkräfte bzw. Turbulenzen im
weiteren Verfahren zu vermeiden, um die Feinstoffbildung
auszuschließen. Vorliegend durch die erfindungsgemäße
Verwendung eines fein zerkleinerten Zwischenprodukts als
Ausgangsstoff können demgegenüber hohe Scherkräfte und
Turbulenzen im weiteren Verfahren vorgesehen werden. In einem
turbulenten Prozess lässt sich beispielsweise die Benetzung
einer Austauschfläche deutlich effizienter durchführen.
Infolgedessen lässt sich der pH-Wert auch homogener
einstellen, womit insbesondere auch eine Proteinschädigung
durch lokale Überkonzentration nicht mehr erfolgen kann.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren, d. h. mit einem
erfindungsgemäßen Zwischenprodukt, kann eine wässrige
Extraktion im sauren und/oder im alkalischen pH-Wertebereich
vorgenommen werden.
Eine saure Wasserextraktion dient unter anderem, wie dies aus
dem Stand der Technik bereits bekannt ist, der Entfernung der
sogenannten antinutritiven Inhaltsstoffe der Lupinen. Dazu
gehören vor allem die Bitterstoffe (Alkaloide) und
Mehrfachzucker (Oligosaccharide), die zu Blähungen führen.
Eine alkalische Extraktion dient der Proteingewinnung und
kann je nach gewünschtem Endprodukt auch ohne vorherige saure
Extraktion vorgenommen werden.
Das fein zerkleinerte Zwischenprodukt als Ausgangsmaterial
wird beispielsweise als Mehl bevorzugt aus den,
gegebenenfalls vorher geschälten, Pflanzensamen gewonnen. Ein
solches Mehl kann vor der weiteren Verarbeitung unter
entsprechenden Bedingungen zwischengelagert und transportiert
werden, so dass die Mehlproduktion auch auf separaten Anlagen
durchgeführt werden kann. Falls zu bislang anderen Zwecken
ein geeignet gemahlenes Mehl mit der gewünschten Korngröße im
Handel erhältlich ist, so kann auch ein solches Mehl
verwendet werden.
Das Zwischenprodukt kann aber beispielsweise auch nach nassen
Verfahrensschritten, beispielsweise nach einer sauren
Wasserextraktion an einem Ausgangsprodukt mit größeren
Partikeln, beispielsweise Flakes oder Grits, durch Nassmahlen
oder ähnliche geeignete Zerkleinerungsverfahren,
beispielsweise am Feststoffraffinat einer vorherigen sauren
Extraktion, hergestellt werden. In diesem Fall werden die
erfindungsgemäßen Vorteile erst in einer nachfolgenden
alkalischen Extraktion zur Proteingewinnung genutzt.
Das Feststoffraffinat aus einer Extraktion mit
erfindungsgemäßem, feinkörnigem Zwischenprodukt wird in einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform von dem Extrakt, d. h.
der flüssigen Phase mit Hilfe einer Ultrazentrifuge bei
Beschleunigungswerten < 3000 g abgetrennt. Bei den bekannten
Verfahren, die mit einem grießförmigen oder flockenförmigen
Ausgangsprodukt arbeiten, wurde bislang stets mit niedrigeren
Beschleunigungswerten gearbeitet. Die Erhöhung der
Beschleunigungswerte in der Abtrennungsstufe mit Hilfe einer
Ultrazentrifuge verbessert vor allem bei der Verwendung eines
erfindungsgemäßen fein zerkleinerten Zwischenprodukts die
Ausbeute und die Güte der daraus resultierenden
Zwischenprodukte, d. h. des Raffinats und des Extrakts. Als
besonders vorteilhaft hatte sich dabei gezeigt, möglichst
hohe Beschleunigungswerte einzustellen, weshalb die Trennung
vorteilhafterweise bei Beschleunigungswerten oberhalb von
5000 g vorgenommen wird. Gute Ergebnisse haben sich bei
Beschleunigungswerten von ca. 6000 g gezeigt, wobei eine
weitere Steigerung der Beschleunigungswerte durchaus denkbar
wäre.
Bevorzugt wird die saure Extraktion in der Nähe des
sogenannten isoelektrischen Punkts der Lupinenproteine
durchgeführt, um die Proteinverluste zu minimieren. Der
isoelektrische Punkt bezeichnet den pH-Wert, bei dem die
geringste Löslichkeit der nativen Proteine vorliegt. Dieser
isoelektrische Punkt liegt in dem Bereich von pH 4,5 bis
pH 5, so dass die saure Extraktion nach Möglichkeit nicht
außerhalb des pH-Wertebereichs zwischen 4 und 5,5 stattfinden
sollte, sofern von einem Proteingehalt mit einem möglichst
hohen Anteil an nativen Proteinen ausgegangen wird. Hierdurch
reduzieren sich die Proteinverluste generell.
Alle bisherigen Verfahren benötigen proteinhaltige
Ausgangsstoffe mit hoher Proteinlöslichkeit (hoher PDI), um
Proteine mit hoher Funktionalität herstellen zu können.
Aufgrund der neuen Verarbeitung des fein zerkleinerten
Zwischenprodukts mit seiner hohen Austauschfläche hat sich
überraschenderweise gezeigt, dass auch Proteine mit niedriger
Löslichkeit, d. h. mit niedrigem PDI-Wert, sich zur
Herstellung hochwertiger, funktioneller Proteine eignen.
Dadurch ergibt sich nun die Möglichkeit, das fein
zerkleinerte Zwischenprodukt zur Inaktivierung von Enzymen
einer größeren thermischen Belastung zu unterziehen. Bislang
wurde diese thermische Behandlung so gewählt, dass ein
möglichst hoher Anteil an nativen Proteinen die thermische
Behandlung übersteht. Nunmehr ist jedoch auch eine
Enzyminaktivierung und Haltbarmachung durch eine mit einer
Denaturierung von Proteinen verbundene Hitzebehandlung
möglich, z. B. durch eine Heißluftbehandlung eines Mehls, auch
Toasten genannt.
Darüber hinaus hat es sich überraschend gezeigt, dass mit
steigendem Denaturierungsgrad der Proteine die Extraktion der
antinutritiven Substanzen oder von Proteinen, die im sauren
Milieu löslich sind, bei höherem pH-Wert, beispielsweise
< pH 5,5, ohne Verluste bei der Proteinausbeute erfolgen
kann. Dies bewirkt eine Reduzierung der Säuremenge zur
Einstellung der sauren Extraktion und ebenfalls eine
Reduzierung der Lauge bei einer anschließenden Neutralisation
oder bei einem anschließenden Wechsel in ein alkalisches
Milieu. Damit verbunden ist weiterhin ein geringerer
Salzgehalt in den Endprodukten.
Die Abtrennung des Raffinates in dem oben angeführten hohen
Zentrifugalfeld führt dazu, dass der flüssige Extrakt nahezu
feststofffrei ist. Dies ermöglicht die einfache Herstellung
eines Proteinkonzentrates- bzw. -isolates, das aus
wasserlöslichen Proteinen im sauren pH-Bereich besteht.
Hierdurch entsteht ein bislang nicht bekanntes Produkt aus
den in den früheren Verfahren nicht genutzten wasserlöslichen
Proteinen. Ein solches Proteinkonzentrat- bzw. -isolat kann
beispielsweise in der Getränkeherstellung Verwendung finden.
Darüber hinaus wird durch die Abtrennung dieser Proteine aus
dem Extrakt der sogenannte BOD-Gehalt des Extraktes, d. h. der
zum biologischen Abbau erforderliche Sauerstoffbedarf
verringert, falls der Extrakt biologisch entsorgt werden
muss.
Die Abtrennung dieser im sauren Milieu löslichen Proteine
wird vorzugsweise mittels eines Membrantrennverfahrens
vorgenommen. Anschließend werden die Proteine getrocknet,
wobei je nach Bedarf eine Reinigungsstufe, z. B. eine
Diafiltration, und eine Eindampfung zwischengeschaltet werden
kann.
Die alkalische Proteinextraktion kann an einem fein
zerkleinerten Zwischenprodukt, z. B. an einem Lupinenmehl,
vorzugsweise bei einem pH-Wert zwischen 8 und 11 vorgenommen
werden, da hierbei eine gute Proteinausbeute möglich ist.
Die alkalische Extraktion wird in einer besonderen
Ausführungsform als zweite Extraktion an dem
Feststoffraffinat aus einer ersten sauren Extraktion
vorgenommen.
Sofern bereits die erste saure Extraktion an einem
erfindungsgemäßen fein zerkleinerten Zwischenprodukt
vorgenommen wurde, kann das Feststoffraffinat ohne weitere
Behandlung für die zweite alkalische Extraktion verwendet
werden. Im Falle der Verwendung eines grobkörnigeren
Ausgangsmaterials für die erste saure Extraktion ist nunmehr
das Feststoffraffinat zu einem erfindungsgemäßen
Zwischenprodukt, beispielsweise durch Nassmahlen zu
zerkleinern. Im letzt genannten Fall werden die
erfindungsgemäßen Vorteile erst bei der zweiten alkalischen
Extraktion genutzt.
Neben den bereits anhand der sauren Extraktion geschilderten
Vorteilen durch die erfindungsgemäße Verwendung von einem
fein zerkleinerten Zwischenprodukt lässt sich auch der
Wechsel vom sauren in den alkalischen Bereich in einer
turbulenten Umgebung wesentlich schneller bewerkstelligen.
Durch die vergrößerte Austauschfläche des fein zerkleinerten
Zwischenprodukts erhöht sich weiterhin die Proteinausbeute
auf 85% gegenüber ca. 65% bei der Verwendung von Flakes
oder Grits.
Vorteilhafterweise wird die Trennung des flüssigen Extrakts
von dem festen Raffinat aus der zweiten, alkalischen
Extraktion wiederum mit einer Ultrazentrifuge mit
vergleichsweise hohen Beschleunigungswerten oberhalb 3000 g
durchgeführt. Die Qualität der Lupinenmilch verbessert sich
hierbei, je höher das Zentrifugalfeld ausgebildet wird,
weshalb sich ein Zentrifugalfeld von < 5000 g, vorzugsweise
bis zu 6000 g empfiehlt.
Die bei diesen hohen Zentrifugalfeldern anfallende
Lupinenmilch lässt sich auf verschiedene Weise verwerten.
So kann beispielsweise diese Lupinenmilch nach einer
optimalen Aufkonzentrierung und einer Pasteurisierung mittels
einer Ultrahochtemperaturerhitzung unmittelbar als Endprodukt
gewonnen werden.
Die Herstellung eines Lupinenmilchpulvers nach
Aufkonzentrierung mittels Membrantrennverfahren und/oder
thermischen Verfahren ist hierbei ebenso möglich. Die
Pasteurisierung kann wiederum mittels
Ultrahochtemperaturerhitzung mit anschließender
Sprühtrocknung erfolgen.
Darüber hinaus können aus der Lupinenmilch auch
Frischprodukte, ähnlich wie bei der Kuhmilchverarbeitung,
erzeugt werden.
Bei einer enzymatischen Weiterbehandlung können
beispielsweise Proteinhydrolysate und Peptide hergestellt
werden. Für diese Herstellung kann in vorteilhafter Weise
zunächst auch eine Fällung mit anschließender
Aufkonzentrierung und Aufreinigung des resultierenden
Proteinquarks vorgeschaltet werden.
Weiterhin ist die Herstellung eines Proteinisolats bzw.
-konzentrats beispielsweise durch folgende Verfahrensschritte
möglich. Zunächst wird das flüssige Extrakt bzw. die
Lupinenmilch einer Fällung unterzogen. Diese Fällung wird
vorzugsweise als Säurefällung am isoelektrischen Punkt
ausgebildet, eine Hitzefällung oder eine Kombination von
Hitze- und Säurefällung sind jedoch grundsätzlich ebenfalls
möglich.
Hierbei fallen die Proteine in Form von kleinen, feinen und
instabilen Flocken aus. Um die Proteine anschließend mit
hoher Ausbeute von der Molke zu trennen, wird
vorteilhafterweise wiederum eine Trennung in einem hohen
Zentrifugalfeld, d. h. < 3000 g, vorzugsweise < 5000 g und
insbesondere bei ca. 6000 g vorgeschlagen.
In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform wird zusätzlich
bei dieser Trennung ein Unterdruck angelegt, um eine etwaige
Schaumbildung vorteilhafterweise zu reduzieren oder
gegebenenfalls vollständig zu vermeiden.
Der aus der Trennung resultierende Proteinquark kann
beispielsweise durch Neutralisation und Trocknung zu einem
Proteinisolat verarbeitet werden. In einer vorteilhaften
Ausführungsform dieser Verfahrensschritte wird zusätzlich
eine thermische Behandlung des Quarks vorgesehen, mittels der
die Funktionalität der Proteine beeinflusst wird.
Für diese, der Proteinextraktion sowie deren Fällung
nachgeschaltete thermische Behandlung wird vorteilhafterweise
ein sogenannter Rohrreaktor verwendet. In einem solchen
Rohrreaktor lässt sich eine Pfropfenströmung verwirklichen,
so dass die Verweilzeit sowie die Temperaturbelastung exakt
kontrollierbar ist. Mit dieser nachgeschalteten thermischen
Behandlung kann zusätzlich eine Inaktivierung von
möglicherweise noch vorhandenen Enzymen vorgenommen werden.
Die Temperaturzeitbehandlung richtet sich hierbei nach der
gewünschten Funktionalität und seiner anfänglichen
Enzymaktivität. Sie kann über wenige Minuten bis zu einer
Stunde bei Temperaturen von 60 bis 120° beispielsweise
durchgeführt werden.
Diese Behandlung führt neben der oben angeführten
Inaktivierung von Enzymen zu einer Modifizierung der Proteine
und somit zu einer gewünschten Funktionalität.
Sofern ein Endprodukt mit einem hohen Anteil löslicher, das
heißt nativer Proteine gewünscht wird, so kann an dieser
Stelle eine vergleichsweise kurzzeitige
Ultrahochtemperaturerhitzung ohne wesentliche Denaturierung
der Proteine vorgenommen werden. Um die kurze Verweildauer
sicherzustellen, kann beispielsweise eine anschließende
Entspannung und/oder sonstige Kühlung vorgenommen werden.
Auch die bei der Trennung des gefällten Proteinquarks aus der
Lupinenmilch gewonnene Molke kann zu einem verwertbaren
Molkeprodukt, beispielsweise einem Molkekonzentrat
verarbeitet werden. Dieser Verarbeitungszweig kann eine
Neutralisation, Aufkonzentration, Eindampfung und/oder
Trocknung beinhalten.
Weiterhin liegt aus der Trennung des flüssigen Extrakts von
dem festen Raffinat nach der alkalischen Extraktion auch ein
Feststoffraffinat vor, das zu einem hochwertigen
funktionellen Ballaststoffprodukt weiterverarbeitbar ist.
Dieser Verarbeitungsweg umfasst vorzugsweise ebenfalls eine
Neutralisation sowie eine Trocknung.
Nach Bedarf kann eine zusätzliche Erhitzung des Raffinats,
z. B. vor der Neutralisation vorgenommen werden. Zum einen
werden hierdurch wiederum etwaige Enzyme inaktiviert, zum
anderen kann bei der Erhitzung die Funktionalität beeinflusst
werden. Auch auf diesem Verfahrensweg wird für die thermische
Behandlung vorzugsweise ein Rohrreaktor verwendet, wodurch
die oben angeführten Vorteile bezüglich der Verweildauer und
Temperaturkontrolle erzielbar sind. Die Art der
Temperaturzeitbehandlung hängt von der Höhe des
Proteingehaltes, seiner Löslichkeit (PDI-Wert), der
anfänglichen Enzymaktivität sowie der gewünschten
Funktionalität des Ballaststoffes ab.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher
erläutert.
Im Einzelnen zeigt
Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des
Verfahrensablaufs bei der Verarbeitung
eines flüssigen Extrakts nach einer ersten
erfindungsgemäßen Extraktion von
Lupinenmehl,
Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der
ersten Verfahrensschritte für das
Feststoffraffinat aus der ersten
Extraktion,
Fig. 3 ein Verfahrensdiagramm zur
Veranschaulichung des Verfahrensablaufs zur
Herstellung von Milchpulver,
Fig. 4 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des
Verfahrensablaufs zur Herstellung eines
Proteinisolats und
Fig. 5 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des
Verfahrensablaufs bei der Herstellung eines
funktionellen Ballaststoffes.
In Fig. 1 ist mit Bezugsziffer 1 zunächst ein Mahlvorgang
zur Herstellung von Lupinenmehl mit der gewünschten Körnung,
z. B. ≦ 300 µm, aus Lupinensamen bezeichnet. Dieses Mehl
könnte beispielsweise nach einer Inaktivierung der Enzyme
durch Wärmebehandlung auch zwischengelagert werden.
Anschließend folgt eine erste, saure Extraktion 2, so dass
sich an dieser Stelle das Flussdiagramm verzweigt. Zum einen
resultiert aus dieser sauren Extraktion ein Feststoffraffinat
3, dessen weitere Verarbeitung anhand der nachfolgenden
Figuren beschrieben wird.
Darüber hinaus entsteht aus der sauren Extraktion 2 das
flüssige Extrakt, das anschließend in der vorliegenden
Ausführungsform durch eine Aufkonzentrierung 4, z. B. mittels
einem Membrantrennverfahren und/oder mittels einer
Eindampfung 5 weiter verarbeitet wird.
Nach der Eindampfung 5 erfolgt eine Trocknung 6,
beispielsweise in Form einer Sprühtrocknung. Als Endergebnis
liegt ein Proteinkonzentrat 7 vor, wobei die entsprechenden
Proteine im sauren Bereich löslich sind, da sie aus der
flüssigen Phase der sauren Extraktion 2 hervorgegangen sind.
Dieses Proteinkonzentrat 7 stellt ein neuartiges Produkt dar
und ist in der Herstellung von Lebensmitteln im sauren
Milieu, beispielsweise von Getränken, sehr vorteilhaft
einsetzbar.
Alternativ kann nach der Eindampfung 5 ein organischer
Blattdünger oder, durch eine Zugabe 8 von Zusatzstoffen, ein
Pflanzenschutz- oder Pflanzenstärkungsmittel 9 hergestellt
werden. Die Zugabe 8 der Zusatzstoffe kann beispielsweise zur
Stabilisierung aber auch zur Formulierung, d. h. zur
Einstellung der Wirkungsweise dienen. Bei der Verarbeitung
von Süßlupinen können an dieser Stelle beispielsweise auch
Pflanzenschutzmittel zugesetzt werden, die in Form von
Alkaloiden bei der Verarbeitung von Bitterlupinen bereits
vorliegen. Sofern keine Pflanzenschutzstoffe zugesetzt werden
oder vorhanden sind, so kann das Endprodukt 9 auch als reiner
Blattdünger verwendet werden.
Fig. 2 zeigt die nachfolgende Bearbeitung des
Feststoffraffinats 3 aus der sauren Extraktion 2. In einer
weiteren alkalischen Extraktion 10 werden die in diesem pH-
Bereich löslichen Proteine gelöst und anschließend mit einer
Trennung 11 vom Feststoffraffinat getrennt. Diese Trennung 11
erfolgt in vorteilhafter Weise mit einem sehr starken
Zentrifugalfeld wie eingangs beschrieben beispielsweise von
6000 g. Aus dieser Trennung resultiert wiederum ein
Feststoffraffinat 12, das sehr ballaststoffhaltig ist und
dessen weitere Verarbeitung anhand der nachfolgenden Figuren
später erläutert wird.
Die in Form des flüssigen Extrakts vorliegende Proteinmilch
kann nunmehr in unterschiedlichen Verfahrensabläufen weiter
verarbeitet werden, wie dies anhand der Verzweigung in
beispielsweise drei Verfahrenszweige angedeutet ist.
So können in einer nicht näher dargestellten Weise
beispielsweise durch enzymatische Behandlung oder sonstige
Bearbeitung, wie sie aus der Kuhmilchverarbeitung bekannt
ist, Frischprodukte oder ähnliche Lebensmittel hergestellt
werden.
Ein Verfahren zur Herstellung von Milchpulver aus der
Proteinmilch 13 ist anhand von Fig. 3 erläutert. So wird
zunächst die Proteinmilch 13 einer Neutralisation 14 mit
anschließender Aufkonzentrierung 15 unterzogen. Die
Neutralisation 14 erfolgt unter Zugabe von Säure, bis ein
neutraler pH-Wert erreicht ist, während die Aufkonzentration
15 beispielsweise wiederum mit Hilfe einer Ultrafiltration
vorgenommen wird. Eine einschließende Eindampfung 16 sorgt
für eine weitere Zunahme der Proteinkonzentration. Nach einer
Pasteurisierung 15 zur Inaktivierung etwaiger noch
vorhandener Enzyme und einer Trocknung 18 liegt schließlich
als Endprodukt das Milchpulver 19 vor.
Gemäß Fig. 4 kann die Proteinmilch 13 auch durch eine
Fällung, beispielsweise durch eine Säure- oder Hitzefällung
verarbeitet werden. Die bei der Fällung 20 ausgefällten
Feststoffe werden anschließend in einer Trennung 21 von der
flüssigen Molke getrennt. Diese Trennung 21 wird wiederum
vorzugsweise in einem sehr hohen Zentrifugalfeld wie eingangs
erwähnt, beispielsweise bei 6000 g durchgeführt. Falls
erforderlich kann an dieser Stelle auch zusätzlich ein
Unterdruck eingesetzt werden, um etwaigen Problemen durch
Schaumbildung vorzubeugen.
Aus dieser Trennung 21 resultiert eine Molke 22, deren
Verarbeitung nachfolgend weiter erläutert wird.
Der aus der Trennung 21 resultierende Proteinquark wird im
vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Erhitzung 23 mit
anschließender Zeit-/Temperaturbehandlung 24 unterzogen.
Diese Zeit-/Temperaturbehandlung 24 erfolgt vorzugsweise in
einem Rohrreaktor in einer sogenannten Pfropfenströmung, so
dass die Verweildauer während der Temperaturbehandlung exakt
kontrollierbar ist. Die Erhitzung 23 sowie die
Zeit-/Temperaturbehandlung dienen zum einen der Inaktivierung
etwaiger vorhandener Enzyme und zum anderen der Beeinflussung
der Funktionalität der Proteine.
Nach einer anschließenden Neutralisation 25 und Trocknung 26
gelangt man so zu einem Proteinisolat 27. Die Neutralisation
25 kann alternativ auch zwischen der Trennung 21 und
Erhitzung 23 vorgenommen werden. Die Trocknung 26 erfolgt
vorzugsweise wiederum mit einer Sprühtrocknung.
Fig. 5 dient zur Veranschaulichung der Weiterverarbeitung
der Molke 22. Diese wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel
zunächst einer Neutralisation 28 mit anschließender
Aufkonzentration 29, beispielsweise durch Ultrafiltration
unterzogen. Nach einer anschließenden Eindampfung 30 und
Trocknung 31 gelangt man so zu einem Molkekonzentrat, das
ebenfalls Verwendung in der Lebensmittelherstellung finden
kann.
In Fig. 6 ist der Verfahrensablauf zur Weiterverarbeitung
des Feststoffraffinats 12 aus der alkalischen Extraktion 10
näher erläutert. Bei Bedarf erfolgt eine Erhitzung 33 mit
einer anschließenden Zeit-/Temperaturbehandlung 34
beispielsweise wiederum in einem Rohrreaktor mit einer
Pfropfenströmung zur genauen Kontrolle der Zeit- und
Temperaturparameter. Die Erhitzung 33 und die
Zeit-/Temperaturbehandlung 34 kann einerseits wiederum zur
Inaktivierung von Enzymen, andererseits jedoch auch zur
Beeinflussung der Funktionalität des Endprodukts vorgesehen
werden. Anschließend erfolgt eine Neutralisation 35 sowie
eine Trocknung 36, so dass als Endprodukt ein funktioneller
Ballaststoff 37 resultiert.
Die Verarbeitung der einzelnen Zwischenprodukte kann auch auf
sonstige bekannte Weise stattfinden. Wesentlich bei der
Erfindung ist es, dass durch die Verarbeitung der
Pflanzensamen zu einem Mehl neuartige Produkte,
beispielsweise in Form des Proteinkonzentrats 7, geschaffen
werden können. Dabei wird durch die Herstellung des
Lupinenmehls auch das Verhalten der Zwischenprodukte zum
einen während der Extraktion 2 und 10 sowie in den
Trennvorgängen 11, 21 beeinflusst, so dass auch die
Zwischenprodukte eine neuartige Qualität aufweisen.
1
Mahlvorgang
2
saure Extraktion
3
Feststoffraffinat
4
Aufkonzentration
5
Eindampfung
6
Trocknung
7
Proteinkonzentrat
8
Zugabe
9
Blattdünger
10
alkalische Extraktion
11
Trennung
12
Feststoffraffinat
13
Proteinmilch
14
Neutralisation
15
Aufkonzentrierung
16
Eindampfung
17
Pasteurisierung
18
Trocknung
19
Milchpulver
20
Fällung
21
Trennung
22
Molke
23
Erhitzung
24
Zeit/Temperaturbehandlung
25
Neutralisation
26
Trocknung
27
Proteinisolat
28
Neutralisation
29
Aufkonzentration
30
Eindampfung
31
Trocknung
32
Molkekonzentration
33
Erhitzung
34
Zeit-/Temperaturbehandlung
35
Neutralisation
36
Trocknung
37
Ballaststoff
Claims (34)
1. Verfahren zur Verarbeitung von pflanzlichen Proteinen
aus Lupinen, wobei eine Extraktion mit Wasser vorgenommen
wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion an einem
Zwischenprodukt mit zerkleinerten Lupinenbestandteilen mit
einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser 300 µm
durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der durchschnittliche Partikeldurchmesser 200 µm gewählt
wird.
3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Pflanzenmehl aus den Pflanzensamen
gemahlen wird.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Trennung des Feststoffraffinats von
dem flüssigen Extrakt in einer Ultrazentrifuge bei
Beschleunigungswerten < 3000 g vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Trennung des Feststoffraffinats bei
einer Beschleunigung < 5000 g vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Trennung des Feststoffraffinats bei
einer Beschleunigung von ca. 6000 g vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Extraktion zur Extraktion
antinutritiver Stoffe in einem sauren pH-Wertebereich
und/oder zur Proteinextraktion in einem alkalischen pH-
Wertebereich vorgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der pH-Wert der Extraktion zwischen 4
und 5,5 liegt.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Extraktion bei einem pH-Wert 5,5
durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das fein zerkleinerte Zwischenprodukt
vor der Extraktion zur Inaktivierung von Enzymen thermisch
behandelt wird.
11. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der flüssige Extrakt zu einem
Proteinkonzentrat bzw. -isolat aufgearbeitet wird.
12. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die bei der Aufkonzentrierung des
Extrakts erhaltene Flüssigkeit zu einem organischen
Blattdünger aufgearbeitet wird.
13. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die alkalische Extraktion bei einem pH-
Wert zwischen 8 und 11 vorgenommen wird.
14. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die alkalische Extraktion als zweite
Extraktion an dem Feststoffraffinat aus einer ersten sauren
Extraktion vorgenommen wird.
15. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Trennung des Feststoffraffinats der
zweiten Extraktion in einer Ultrazentrifuge bei
Beschleunigungswerten < 3000 g vorgenommen wird.
16. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Trennung des Feststoffraffinats der
zweiten Extraktion bei Beschleunigungswerten < 5000 g
vorgenommen wird.
17. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Trennung des Feststoffraffinats der
zweiten Extraktion bei einer Beschleunigung von ca. 6000 g
vorgenommen wird.
18. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die als flüssiger Extrakt gewonnene
Proteinmilch aufkonzentriert und/oder pasteurisiert wird.
19. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die als flüssiger Extrakt gewonnene
Proteinmilch zu Milchpulver verarbeitet wird.
20. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die als flüssiger Extrakt gewonnene
Proteinmilch einer Fällung unterzogen wird.
21. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass durch eine dritte Trennung die Molke von
dem durch Fällung entstandenen Quark mittels einer
Ultrazentrifuge getrennt wird.
22. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Trennung der Molke bei
Beschleunigungswerten < 3000 g vorgenommen wird.
23. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Trennung der Molke bei
Beschleunigungswerten < 5000 g durchgeführt wird.
24. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Trennung der Molke bei
Beschleunigungswerten von ca. 6000 g vorgenommen wird.
25. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Trennung der Molke bei Unterdruck
durchgeführt wird.
26. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der nach der Trennung vorliegende
Proteinquark durch Neutralisation und Trocknung zu einem
Proteinisolat verarbeitet wird.
27. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Erhitzung des Quarks vorgesehen
ist.
28. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Wärme-/Zeitbehandlung des
Proteinquarks vorgenommen wird.
29. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Proteinquark einer
Ultrahochtemperaturerhitzung ohne wesentliche Denaturierung
der Proteine bei entsprechend kurzer Verweildauer mit
anschließender Entspannung und/oder Kühlung unterzogen wird.
30. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die durch Ultrazentrifugation gewonnene
Molke zu einem Molkekonzentrat weiter verarbeitet wird.
31. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Raffinat aus der zweiten alkalischen
Extraktion durch Neutralisation und Trocknung zu einem
funktionellen Ballaststoff weiter verarbeitet wird.
32. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Erhitzung des Raffinats vorgesehen
ist.
33. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Wärme-/Zeitbehandlung des Raffinats
vorgenommen wird.
34. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 28 oder
33, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme-/Zeitbehandlung
des Proteinquarks gemäß Anspruch 28 und/oder des Raffinats
gemäß Anspruch 33 in einem Rohrreaktor durchgeführt wird.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000164434 DE10064434A1 (de) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | Verfahren zur Verarbeitung von Lupinenproteinen |
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DE2000164434 DE10064434A1 (de) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | Verfahren zur Verarbeitung von Lupinenproteinen |
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