DE10064436A1 - Verfahren zur Verarbeitung von Lupinenproteinen - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Verarbeitung von Lupinenproteinen vorgestellt, bei dem der Aufwand zur Enzymaktivierung reduziert wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das pflanzliche Ausgangsprodukt mit darin enthaltenen aktiven Enzymen einer Extraktion zugeführt und erst in einem späteren Verfahrensschritt einer Inaktivierung der Enzyme während einer Temperaturbehandlung bei der Bearbeitung von Zwischenprodukten vorgenommen 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.

Bislang wurde stets eine Inaktivierung der Enzyme in einem separaten Verfahrensschritt am Ausgangsprodukt vor der ersten Extraktion vorgenommen, wodurch sich ein entsprechender Aufwand ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem der Aufwand zur Enzyminaktivierung reduziert ist.

Dementsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch aus, dass das pflanzliche Ausgangsprodukt mit darin enthaltenen aktiven Enzymen einer Extraktion zugeführt und erst in einem späteren Verfahrensschritt eine Inaktivierung der Enzyme während einer Temperaturbehandlung bei der Bearbeitung von Zwischenprodukten vorgenommen wird.

In späteren Verfahrensschritten kann die Temperaturbehandlung zur Inaktivierung zum einen aufgrund der Konsistenz der Zwischenprodukte leichter durchgeführt und zum anderen mit ohnehin vorgesehenen Temperaturbehandlungen kombiniert werden, wodurch der Aufwand zur Enzyminaktivierung reduziert wird und gegebenenfalls ein separater Verfahrensschritt zur Inaktivierung der Enzyme vollständig entbehrlich ist.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Enzyme bei den gegebenen Temperaturen und Verweilzeiten während der Extraktion bzw. der Extraktionen keine schädliche Wirkung ausüben können. Die Extraktion bzw. die Extraktionen werden hierbei bevorzugt mit kaltem Wasser, d. h. bei Umgebungstemperatur, in saurem und/oder alkalischem Milieu durchgeführt. Eine Extraktion in saurem Milieu dient hierbei unter anderem der Extraktion antinutritiver Stoffe, während die alkalische Extraktion der Proteinextraktion dient. Die alkalische Extraktion kann auch ohne vorherige saure Extraktion durchgeführt werden.

Vorteilhafterweise kann als Zwischenprodukt beispielsweise der flüssige Extrakt, der aus der sauren oder alkalischen Extraktion resultiert, einer thermischen Enzyminaktivierung unterzogen werden. Diese Inaktivierung kann beispielsweise mit einer Eindampfung kombiniert werden, die im Verfahrensweg zur Herstellung eines Konzentrats ohnehin vorgesehen ist.

Das Feststoffraffinat aus dieser Extraktion kann ebenfalls einer thermischen Enzyminaktivierung unterzogen werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch im Falle einer ersten sauren Extraktion, die Enzyminaktivierung in einem der nachfolgenden Verfahrensschritte, insbesondere an dem im Anschluss an eine erste saure Extraktion aus einer zweiten Extraktion mit Wasser des aus der ersten Extraktion im alkalischen Bereich resultierenden Feststoffraffinats vorzunehmen.

Nach einer Abtrennung des flüssigen Extrakts vom Feststoffraffinat nach der alkalischen Extraktion liegt eine Proteinmilch vor, die einer thermischen Behandlung gut zugänglich ist. Das Feststoffraffinat aus dieser alkalischen Extraktion kann beispielsweise zu einem funktionellen Ballaststoff weiterverarbeitet werden, wobei im Verfahrensablauf hierzu eine Erhitzung einerseits zur Enzyminaktivierung, andererseits zur Beeinflussung in der Funktionalität des Endprodukts vorgenommen werden kann.

In einer anderen Ausführungsform wird die thermische Enzyminaktivierung nicht unmittelbar in der Proteinmilch, sondern in einem späteren Verfahrensschritt, beispielsweise nach einer Aufkonzentrierung, zur Produktion von Milchpulver vorgenommen. In diesen Verfahrensschritten sind üblicherweise Eindampfungen und Trocknungsschritte vorgesehen, mit denen sich eine Pasteurisierung und damit die Inaktivierung der Enzyme in günstiger Weise kombinieren lässt.

Bei einer Herstellung von Proteinisolat aus der Proteinmilch empfiehlt es sich, die thermische Enzyminaktivierung nach einer Proteinfällung in der Proteinmilch an dem aus einer Fällung resultierenden Proteinquark vorzunehmen. Bei der Weiterverarbeitung dieses Proteinquarks kann wiederum in einem Vorgang eine Erhitzung zur Einstellung der Funktionalität des Endprodukts in Verbindung mit der erfindungsgemäßen thermischen Enzyminaktivierung vorgenommen werden, so dass die Enzyminaktivierung keinen zusätzlichen Aufwand mit sich bringt.

Auch die bei der Abtrennung des Proteinquarks anfallende Molke kann nach dieser Trennung einer Enzyminaktivierung unterzogen werden. Auch dieser Verfahrensschritt lässt sich vorteilhafterweise mit weiteren Verfahrensschritten, z. B. mit einer Eindampfung, kombinieren. Gegebenenfalls wird ein solcher Verfahrensschritt zur Herstellung eines Molkeproteinkonzentrats ohnehin vorgesehen, so dass auch hier eine separate Enzyminaktivierung entbehrlich ist.

Wie bereits oben erwähnt, kann in den Verfahrenszweigen für viele verschiedene Endprodukte erfindungsgemäß die Enzyminaktivierung zugleich mit einer Wärme-/Zeitbehandlung zur Einstellung der Funktionalität dieser Endprodukte vorgenommen werden. Diese Wärme-/Zeitbehandlungen werden bevorzugt in einem aufgrund der Konsistenz der Zwischenprodukte einsetzbaren Rohrreaktor vorgenommen, da hierbei aufgrund einer sogenannten Pfropfenströmung die Verweilzeit und die Temperaturparameter äußerst präzise einstellbar sind. Diese präzise Einstellung ist zum einen für die Einstellung der Funktionalität der Endprodukte von großer Bedeutung, zum anderen lässt sich hierdurch jedoch zuverlässig sicherstellen, dass die Enzyminaktivierung vollständig vorgenommen wird.

Als Ausgangsmaterial vor der Durchführung wenigstens einer Extraktion wird bevorzugt ein Zwischenprodukt, z. B. mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser ≦ 300 µm durch eine entsprechende Zerkleinerung, hergestellt. So kann z. B. vor der ersten Extraktion ein Mehl aus den, gegebenenfalls vorher geschälten, Lupinenpflanzensamen gemahlen werden. Die gewünschte Partikelgröße kann auch zwischen zwei Extraktionen, z. B. durch Nassmahlen oder dergleichen, hergestellt werden. 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 weiteren, anschließend hergestellten 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 fein zerkleinerten 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 bei der Verwendung eines fein zerkleinerten Zwischenprodukts 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.

Das Feststoffraffinat 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 erfindungsgemäßen Verwendung eines fein zerkleinerten, aus Lupinen gewonnenen Zwischenprodukts die Ausbeute und die Güte der daraus resultierenden weiteren 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 der Extraktion von Proteinen mit einem möglichst hohen Anteil an nativen Proteinen ausgegangen wird. Hierdurch reduzieren sich die Proteinverluste generell.

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.

Das Feststoffraffinat aus der oben angeführten sauren Extraktion kann in bekannter Weise einer zweiten Extraktion in einem alkalischen pH-Bereich unterzogen werden. Diese Extraktion ist bei einem pH-Wert zwischen 8 und 11, vorzugsweise 8,5 möglich, um die Proteine in Lösung zu bringen.

Neben den bereits anhand der sauren Extraktion geschilderten Vorteilen durch die Verwendung eines fein zerkleinerten Zwischenprodukts, z. B. eines Lupinenmehls, 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, wie bereits oben angedeutet, auf verschiedene Weise verwerten.

Aus der Proteinmilch kann z. B. nach einer optionalen Aufkonzentrierung durch Pasteurisierung, z. B. durch Ultratemperaturerhitzung, ein flüssiges Endprodukt gewonnen werden, wobei die Enzyminaktivierung bei der Pasteurisierung stattfindet.

Die Herstellung eines Lupinenmilchpulvers nach Aufkonzentrierung mittels Membrantrennverfahren und/oder thermischen Verfahren ist 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, wie bereits oben angeführt, 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. einer mittleren Körnung bzw. einen mittleren Korndurchmesser ≦ 300 µm, aus Lupinensamen bezeichnet.

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 in Verbindung mit einer Enzyminaktivierung 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 und kann mit der thermischen Enzyminaktivierung verbunden werden. Nach einer Trocknung 18, gegebenenfalls unter Vorschaltung einer Pasteurisierung 17 zur Inaktivierung etwaiger noch vorhandener Enzyme, 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 Hitzefällung kann z. B. mit der Enzyminaktivierung verbunden 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 in Verbindung mit einer Enzyminaktivierung 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 thermische Verarbeitung der Zwischenprodukte erst nach der ersten Extraktion der Aufwand für die Enzyminaktivierung deutlich reduziert wird.

Bezugszeichenliste

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 (32)

1. Verfahren zur Verarbeitung von pflanzlichen Proteinen aus Lupinen, wobei eine Extraktion mit Wasser vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das pflanzliche Ausgangsprodukt mit darin enthaltenen aktiven Enzymen der Extraktion zugeführt und erst in einem späteren Verfahrensschritt eine Inaktivierung der Enzyme bei einer Temperaturbehandlung zur Bearbeitung von Zwischenprodukten vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Extrakt aus der Extraktion einer thermischen Enzyminaktivierung unterzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffraffinat aus der Extraktion einer thermischen Enzyminaktivierung unterzogen wird.

4. 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.

5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Enzyminaktivierung im Anschluss an eine erste saure Extraktion erst nach einer zweiten wässrigen Extraktion im alkalischen pH-Bereich in dem daraus resultierenden Feststoffraffinat vorgenommen wird.

6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die aus der alkalischen Extraktion als flüssiger Extrakt resultierende Proteinmilch einer thermischen Enzyminaktivierung unterzogen wird.

7. verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Enzyminaktivierung nach einer Aufkonzentrierung der aus der alkalischen Extraktion als flüssiger Extrakt resultierenden Proteinmilch vorgenommen wird.

8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Enzyminaktivierung nach einer Proteinfällung in der aus der alkalischen Extraktion als flüssiger Extrakt resultierenden Proteinmilch an dem aus der Fällung resultierenden Proteinquark vorgenommen wird.

9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Extraktion resultierende Feststoffraffinat einer thermischen Enzyminaktivierung unterzogen wird.

10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennung von Molke und Proteinquark nach der Proteinfällung vorgenommen und die Molke nach der Trennung einer thermischen Enzyminaktivierung unterzogen wird.

11. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Enzyminaktivierung bei einer Wärme-/Zeitbehandlung von Zwischenprodukten zur Einstellung der Funktionalität der Endprodukte vorgenommen wird.

12. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme-/Zeitbehandlung in einem Rohrreaktor vorgenommen wird.

13. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsprodukt für die Extraktion ein Zwischenprodukt durch eine feine Zerkleinerung von Pflanzenbestandteilen hergestellt wird.

14. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung des Feststoffraffinats von dem flüssigen Extrakt nach wenigstens einer der zwei Extraktionen in einer Ultrazentrifuge bei Beschleunigungswerten < 3000 g vorgenommen wird.

15. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung des Feststoffraffinats bei einer Beschleunigung < 5000 g vorgenommen wird.

16. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung des Feststoffraffinats bei einer Beschleunigung von ca. 6000 g vorgenommen wird.

17. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der sauren Extraktion zwischen 4 und 5,5 liegt.

18. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Extrakt zu einem Proteinkonzentrat bzw. -isolat aufgearbeitet wird.

19. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Aufkonzentrierung des Extrakts erhaltene Flüssigkeit zu einem organischen Blattdünger aufgearbeitet wird.

20. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der alkalischen Extraktion in dem Bereich zwischen 8 und 11 eingestellt wird.

21. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als flüssiger Extrakt gewonnene Proteinmilch aufkonzentriert und/oder pasteurisiert wird.

22. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als flüssiger Extrakt gewonnene Proteinmilch zu Milchpulver verarbeitet wird.

23. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als flüssiger Extrakt gewonnene Proteinmilch einer Fällung unterzogen wird.

24. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der Molke von dem durch Fällung entstandenen Proteinquark mittels einer Ultrazentrifuge vorgenommen wird.

25. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der Molke bei Beschleunigungswerten < 3000 g vorgenommen wird.

26. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der Molke bei Beschleunigungswerten < 5000 g durchgeführt wird.

27. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der Molke bei Beschleunigungswerten von ca. 6000 g vorgenommen wird.

28. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der Molke bei Unterdruck durchgeführt wird.

29. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der nach der Trennung vorliegende Proteinquark durch Neutralisation und Trocknung zu einem Proteinisolat verarbeitet wird.

30. 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.

31. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die durch Ultrazentrifugation gewonnene Molke zu einem Molkekonzentrat weiter verarbeitet wird.

32. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Raffinat aus der alkalischen Extraktion durch Neutralisation und Trocknung zu einem funktionellen Ballaststoff weiter verarbeitet wird.