DE10064437A1 - Processing lupin protein material to give a storable material for use in foods or feed materials includes enzyme-inactivating dry heat-treatment before water extraction - Google Patents
Processing lupin protein material to give a storable material for use in foods or feed materials includes enzyme-inactivating dry heat-treatment before water extractionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Lupinenproteinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for processing Lupine proteins according to the preamble of claim 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. zuzählen sind. Zur Abtrennung derartiger antinutritiver Stoffe sowie zur weiteren Verarbeitung der Lupinenproteine mit der gewünschten Funktionalität wurden bereits verschiedene Verfahren entwickelt.Lupins are among the plants that have a high proportion have high-quality vegetable proteins. such Proteins can be a valuable asset in the Represent food and feed production. Not only the bitter lupins containing alkaloid, but also the so-called sweet lupins have antinutritive substances, for example the alkaloids, certain forms of sugar (Oligosaccharides), etc. are to be counted. For separation such anti-nutritional substances and others Processing of the lupine proteins with the desired one Functionality has already been different procedures developed.
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.For example, EP 0 859 553 describes a method described in which the plant components, in particular the lupine seeds are processed into semolina, which then subjected to two water extractions.
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. Furthermore, a method is described in DE 198 13 207 described, crushed into flake lupine seeds or deformed and with the help of a solvent, for example hexane. Then also performed an aqueous extraction here.
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.In the publication EP 0 522 800 the Processing an isoelectrically prepared Protein concentrate in an aqueous solution at a alkaline pH in predetermined temperature time intervals proposed, but no significant in the processing Shear forces should occur, d. H. the mechanical Procedural measures, such as stirring, centrifuging, etc. should performed with the least possible forces become.
Bei den bisherigen Verfahren zum Stand der Technik wird zudem eine Inaktivierung von Enzymen am Ausgangsprodukt beschrieben. Hierzu werden feuchte Verfahren wie Blanchieren oder Dämpfen vorgeschlagen. Nach bisheriger Ansicht war unbedingt darauf zu achten, dass ein möglichst hoher Anteil an nativen Proteinen im enzyminaktivierten Ausgangsprodukt verbleibt. Die Wärmebehandlung zum Inaktivieren von Enzymen musste daher so schonend wie möglich ohne Denaturierung der Proteine stattfinden, was nur unter vergleichsweise kurzer thermischer Kontaktzeit und daher, aufgrund der besseren Wärmeübertragung, nur in feuchter Umgebung möglich ist. Beim Blanchieren oder Dämpfen ist es aufgrund der Anfeuchtung des Ausgangsmaterials ohne zusätzliche Trocknung mit entsprechendem apparativen und energetischen Aufwand nicht möglich, das Zwischenprodukt nach der Inaktivierung zu lagern.The previous state-of-the-art methods are also used an inactivation of enzymes on the starting product described. To do this, use moist methods such as blanching or steaming suggested. According to the previous view It is essential to ensure that the highest possible proportion of native proteins in the enzyme-inactivated starting product remains. The heat treatment for inactivating enzymes therefore had to be as gentle as possible without denaturing the Proteins take place, which is only comparatively short thermal contact time and therefore, due to the better Heat transfer is only possible in a damp environment. At the Blanching or steaming is due to the moistening of the Starting material with no additional drying corresponding equipment and energy expenditure not possible to add the intermediate after inactivation to store.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art vorzuschlagen, bei dem das Ausgangsprodukt nach der Inaktivierung der Enzyme ohne größeren Aufwand lagerfähig ist.The object of the invention is to introduce a method to propose the type mentioned, in which the starting product according to the inactivation of the enzymes can be stored without great effort is.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das pflanzliche Ausgangsprodukt vor der Extraktion einer trockenen Wärmebehandlung zur Inaktivierung von Enzymen unterzogen wird. This is achieved according to the invention in that the herbal raw material before the extraction of a dry heat treatment to inactivate enzymes is subjected.
Bei dieser trockenen Wärmebehandlung, bei der die Verweilzeiten aufgrund der im Vergleich zu feuchten Verfahren schlechteren Wärmeübertragung erheblich länger sein müssen, wird allerdings ein vergleichsweise großer Anteil von Proteinen denaturiert. Der Erfindung liegt jedoch die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass es möglich ist, im weiteren Verfahren ohne größeren Aufwand eine Restrukturierung der zunächst denaturierten Proteine zu erzielen.In this dry heat treatment, in which the Dwell times due to the compared to wet processes poorer heat transfer must be significantly longer however, a comparatively large proportion of Proteins denatured. However, the invention lies in the surprising finding that it is possible in further procedures without much effort Restructuring of the initially denatured proteins achieve.
Vorteilhafterweise werden als Ausgangsprodukte ein Lupinenmehl, Lupinenflocken, Lupinengrits, usw. verwendet, die aus den, gegebenenfalls vorher geschälten, Lupinensamen hergestellt, z. B. gemahlen werden. Ein solches Ausgangsprodukt kann zur Enzyminaktivierung in einer trockenen Wärmebehandlung, z. B. mit Heißluft, getoastet werden und ist somit ohne weiteres über eine längere Zeit lagerfähig. Insbesondere kann das Ausgangsprodukt dadurch auf einer von der Anlage zur Durchführung des restlichen Verfahrens getrennten Mühle hergestellt und anschließend getoastet werden. Das so aufbereitete Lupinenmehl kann demnach auch als Handelsprodukt zur weiteren Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Proteinverarbeitung je nach Bedarf zugekauft werden.Advantageously, as starting products Lupine flour, lupine flakes, lupine grits, etc. used, those from the, if necessary previously peeled, lupine seeds manufactured, e.g. B. be ground. Such one Starting product can be used for enzyme inactivation in a dry heat treatment, e.g. B. toasted with hot air become and is therefore easily over a longer period of time storable. In particular, the starting product can thereby one from the facility to carry out the rest Process separate mill produced and then be toasted. The lupine flour prepared in this way can therefore also as a commercial product for the further implementation of the Process according to the invention for protein processing depending on Needs to be bought.
Vorzugsweise wird hierbei fein zerkleinertes Lupinenmehl als Ausgangsprodukt verwendet. Experimente haben gezeigt, dass bei Verwendung eines solchen Mehls erheblich kürzere Reaktionszeiten bei verbesserter Proteinausbeute in den nachfolgenden Verfahrensschritten erzielbar sind. Diese Vorteile werden nicht zuletzt durch die größere benetzbare Oberfläche aufgrund der geringen Korngröße des Mehls sowie durch die aufgrund dieser geringen Korngröße veränderte Konsistenz der Zwischenprodukte erzielt. Grundsätzlich können diese Vorteile für eine bestimmte Extraktion auch durch Herstellung eines fein zerkleinerten Zwischenprodukts, z. B. mit einer durchschnittlichen Partikelgröße ≦ 300 µm während des Verfahrens vor dieser Extraktion, z. B. durch Nassmahlen oder dergleichen, erreicht werden.Finely chopped lupine flour is preferably used as Starting product used. Experiments have shown that when using such flour considerably shorter Response times with improved protein yield in the subsequent process steps can be achieved. This Last but not least, advantages are due to the larger wettable Surface due to the small grain size of the flour as well by the changed due to this small grain size Intermediate consistency achieved. Basically you can these benefits for a given extraction as well Production of a finely crushed intermediate, e.g. B. with an average particle size ≦ 300 µm during the procedure before this extraction, e.g. B. by wet grinding or the like can be achieved.
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.The enlarged reaction surface ensures, for example shorter dwell times or a reduction in Extraction stages in the subsequent process steps and thus for a larger throughput or a smaller one Dimensioning of the associated system connected with the corresponding savings in material and energy.
Darüber hinaus ist bei dem Einsatz eines Mehls als Ausgangsprodukt oder 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.In addition, when using a flour as Starting product or a finely chopped Intermediate product further processing, for example the Extraction, with high mechanical stress, e.g. B. in turbulent environment possible. This facilitates the further Processing enormous. So process parameters, e.g. B. pH values can be set faster for extractions. A better Process control combined with lower protein losses and less denaturation of the proteins possible.
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 Mehls als Ausgangsstoff oder 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. With the previous use of flakes and grits as The starting product was high shear forces or turbulence in the avoid further procedures to avoid the formation of fines excluded. Present due to the invention Use a flour as a raw material or a fine one comminuted intermediate product, on the other hand, can be high Shear forces and turbulence are provided in the further process become. In a turbulent process, for example, the wetting of an exchange area clearly perform more efficiently. As a result, the pH also set more homogeneously, with which in particular also a No more protein damage due to local over-concentration can be done.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine wässrige Extraktion im sauren und/oder alkalischen pH-Wertebereich vorgenommen.In a method according to the invention, an aqueous Extraction in the acidic and / or alkaline pH range performed.
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.An acidic water extraction serves, among other things, like this the prior art is known, the removal of the so-called anti-nutritional ingredients of lupins. To especially include the bitter substances (alkaloids) and Multiple sugars (oligosaccharides) that cause bloating.
Eine alkalische Extraktion dient der Proteingewinnung und kann je nach gewünschtem Endprodukt auch ohne vorherige saure Extraktion vorgenommen werden.An alkaline extraction is used for protein extraction and can, depending on the desired end product, also without previous acid Extraction.
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 von Lupinenmehl oder eines fein zerkleinerten 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.The solid refinate is particularly advantageous Embodiment of the extract, i.e. H. with the liquid phase With the help of an ultracentrifuge with acceleration values <3000 g separated. In the known methods with a granular or flaky raw material work, has always been with lower acceleration values worked. The increase in acceleration values in the Separation level improved with the help of an ultracentrifuge especially when using Lupine flour or a finely chopped intermediate, the yield and the quality of the resulting further Intermediates, d. H. of raffinate and extract. As had been particularly advantageous, if possible high acceleration values, which is why the separation advantageously at acceleration values above 5000 g is made. Have good results with Acceleration values of approx. 6000 g are shown, with one further increase in acceleration values is conceivable would.
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.Acid extraction in the vicinity of the so-called isoelectric point of the lupine proteins performed to minimize protein loss. The isoelectric point denotes the pH at which the the lowest solubility of the native proteins is present. This isoelectric point is in the range of pH 4.5 to pH 5, so the acidic extraction is not if possible take place outside the pH range between 4 and 5.5 should, provided by the extraction of proteins with a the highest possible proportion of native proteins is assumed. This generally reduces protein losses.
Alle bisherigen Verfahren benötigen proteinhaltige Ausgangsstoffe mit hoher Proteinlöslichkeit (hoher PDI), um Proteine mit hoher Funktionalität herstellen zu können. Aufgrund der neuen Verarbeitung eines Mehls als Ausgangsprodukt oder eines 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.All previous processes require protein-containing Raw materials with high protein solubility (high PDI) in order To be able to produce proteins with high functionality. Due to the new processing of a flour as Starting product or a finely chopped Intermediate product with its large exchange area has Surprisingly, it also showed that proteins with lower Solubility, d. H. with a low PDI value Production of high quality, functional proteins.
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.This now gives you the opportunity to fine that comminuted intermediate for inactivating enzymes to be subjected to a greater thermal load. So far this thermal treatment was chosen so that a as high a proportion of native proteins as possible Treatment survives. Now, however, is also one Enzyme inactivation and preservation by one with one Denaturation of proteins associated with heat treatment possible, e.g. B. by hot air treatment of a flour, too Called toasting.
Darüber hinaus hat es sich wiederum überraschend gezeigt, dass mit steigendem Denaturierungsgrad der Proteine die Extraktion der antinutritiven Substanzen 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.In addition, it was again surprisingly shown that with increasing degree of denaturation of the proteins Extraction of the anti-nutritional substances at a higher pH value, for example <pH 5.5, without losses in the Protein yield can take place. This causes a reduction the amount of acid to adjust the acid extraction and also a reduction of the alkali in a subsequent one Neutralization or a subsequent change to one alkaline environment. Associated with it is still a lower salt content in the end products.
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.The separation of the raffinate in the above high Centrifugal field causes the liquid extract to be almost is free of solids. This enables easy manufacture a protein concentrate or isolate, which from water-soluble proteins in the acidic pH range.
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.This creates a previously unknown product the water-soluble ones not used in the previous processes Proteins. Such a protein concentrate or isolate can find use in beverage production, for example.
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.In addition, by separating out these proteins the extract the so-called BOD content of the extract, d. H. the required oxygen for biodegradation reduced if the extract is disposed of organically got to.
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.The separation of these proteins, which are soluble in an acidic environment is preferably by means of a membrane separation process performed. Then the proteins are dried, a cleaning level, e.g. Legs Diafiltration, and an evaporation are interposed can.
Die o. a. alkalische Extraktion wird vorzugsweise bei einem pH-Wert zwischen 8 und 11 vorgenommen werden, um eine gute Proteinausbeute zu erzielen.The above alkaline extraction is preferred at a pH between 8 and 11 can be made to be a good one To achieve protein yield.
In einer besonderen Ausführungsform wird die alkalische Extraktion als zweite Extraktion an dem Feststoffraffinat aus einer ersten sauren Extraktion vorgenommen.In a special embodiment, the alkaline Extraction as a second extraction on the solid raffinate a first acidic extraction.
Neben den bereits anhand der sauren Extraktion geschilderten Vorteile durch die erfindungsgemäße Verwendung von Lupinenmehl oder eines fein zerkleinerten Zwischenprodukts lässt sich auch der Wechsel vom sauren in den alkalischen Bereich in einer turbulenten Umgebung wesentlich schneller bewerkstelligen.In addition to those already described using acid extraction Advantages through the use of Lupine flour or a finely chopped intermediate you can also switch from acid to alkaline Area in a turbulent environment much faster accomplish.
Durch die vergrößerte Austauschfläche erhöht sich hierbei weiterhin die Proteinausbeute auf 85% gegenüber ca. 65% bei der Verwendung von Flakes oder Grits.The increased exchange area increases here the protein yield continued to increase to 85% compared to approx. 65% the use of flakes or grits.
Vorteilhafterweise wird die Trennung des flüssigen Extrakts von dem festen Raffinat aus der 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.The separation of the liquid extract is advantageous of the solid raffinate from the alkaline extraction again with an ultracentrifuge with comparatively high Acceleration values above 3000 g were carried out. The The quality of lupine milk improves the higher the centrifugal field is formed, which is why a Centrifugal field of <5000 g, preferably up to 6000 g recommends.
Die bei diesen hohen Zentrifugalfeldern anfallende Lupinenmilch lässt sich auf verschiedene Weise verwerten.The result of these high centrifugal fields Lupine milk can be used in various ways.
So kann beispielsweise diese Lupinenmilch nach einer optionalen Aufkonzentrierung und einer Pasteurisierung mittels einer Ultrahochtemperaturerhitzung unmittelbar als Endprodukt gewonnen werden.For example, this lupine milk can be made after one optional concentration and pasteurization by means of an ultra-high temperature heating immediately as End product can be obtained.
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. The preparation of a lupine milk powder after Concentration using membrane separation processes and / or thermal processes are also possible. The Pasteurization can in turn be done using Ultra high temperature heating with subsequent Spray drying take place.
Darüber hinaus können aus der Lupinenmilch auch Frischprodukte, ähnlich wie bei der Kuhmilchverarbeitung, erzeugt werden.In addition, lupine milk can also Fresh products, similar to cow's milk processing, be generated.
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.With further enzymatic treatment for example, protein hydrolyzates and peptides become. For this manufacture can advantageously first a precipitation with subsequent Concentration and purification of the resulting Protein quarks are placed upstream.
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.Furthermore, the production of a protein isolate or concentrate, for example, by the following process steps possible. First, the liquid extract or Lupine milk is precipitated. This precipitation will preferably as acid precipitation at the isoelectric point trained, a heat precipitation or a combination of However, heat and acid precipitation are basically also possible.
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.Here the proteins fall in the form of small, fine and unstable flakes. To then use the proteins separating high yield from whey again advantageously a separation in a high Centrifugal field, d. H. <3000 g, preferably <5000 g and suggested in particular at about 6000 g.
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.In a further development of this embodiment, in addition during this separation a negative pressure is applied to a possible Advantageously reduce or if necessary, to be avoided completely.
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.The protein curd resulting from the separation can for example by neutralization and drying into one Protein isolate can be processed. In an advantageous Embodiment of these process steps is additional thermal treatment of the quark is provided by means of the the functionality of the proteins is affected.
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.For this, protein extraction and its precipitation downstream thermal treatment is advantageous a so-called tubular reactor is used. In one Tube reactor a plug flow can be realized so that the dwell time and the temperature load are exact is controllable. With this downstream thermal Treatment can also inactivate enzymes that may still be present.
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.The temperature time treatment depends on the desired functionality and its initial Enzyme activity. It can take up to a few minutes Hour at temperatures from 60 to 120 ° for example be performed.
Diese Behandlung führt neben der oben angeführten Inaktivierung von Enzymen zu einer Modifizierung der Proteine und somit zu einer gewünschten Funktionalität.This treatment results in addition to the one listed above Inactivation of enzymes to modify the proteins and thus to a desired functionality.
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.If an end product with a high proportion of soluble, the is called native protein is desired, so this can Make a comparatively short-term Ultra high temperature heating without significant denaturation of the proteins are made. About the short stay ensure, for example, a subsequent Relaxation and / or other cooling can be made.
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.The same applies to the separation of the precipitated protein quark from the Lupine milk obtained from whey can become usable Whey product, for example a whey concentrate are processed. This processing branch can be a Neutralization, concentration, evaporation and / or Include drying.
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.Furthermore, from the separation of the liquid extract from solid raffinate after alkaline extraction Solid refinate before that to a high quality functional fiber product is processable. This processing route preferably also includes one Neutralization and drying.
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.If necessary, additional heating of the raffinate, z. B. be made before neutralization. On the one hand this in turn inactivates any enzymes others may affect functionality when heated become. This process is also used for thermal Treatment preferably uses a tubular reactor, whereby the above-mentioned advantages regarding the length of stay and Temperature control can be achieved. The kind of Temperature time treatment depends on the amount of Protein content, its solubility (PDI value), the initial enzyme activity as well as the desired Functionality of the fiber.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.An embodiment of the invention is in the drawing shown and will be explained in more detail below with reference to the figures explained.
Im Einzelnen zeigtIn detail shows
Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrensablaufs bei der Verarbeitung eines flüssigen Extrakts nach einer ersten erfindungsgemäßen Extraktion von Lupinenmehl, Fig. 1 is a block diagram for illustrating the procedure for processing a liquid extract according to a first inventive extraction of lupine flour,
Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der ersten Verfahrensschritte für das Feststoffraffinat aus der ersten Extraktion, Fig. 2 is a block diagram illustrating the first method steps for Feststoffraffinat from the first extraction,
Fig. 3 ein Verfahrensdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrensablaufs zur Herstellung von Milchpulver, Fig. 3 is a process chart showing the procedure for the preparation of milk powder,
Fig. 4 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrensablaufs zur Herstellung eines Proteinisolats und Fig. 4 is a block diagram for illustrating the procedure for the preparation of a protein isolate, and
Fig. 5 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrensablaufs bei der Herstellung eines funktionellen Ballaststoffes. Fig. 5 is a block diagram illustrating the process flow in the manufacture of functional dietary fiber.
In Fig. 1 ist mit Bezugsziffer 1 zunächst ein Mahlvorgang zur Herstellung von Lupinenmehl mit der gewünschten Körnung, z. B. mit einer mittleren Körnung bzw. einem mittleren Korndurchmesser ≦ 300 µm, aus Lupinensamen bezeichnet. Dieses Mehl könnte beispielsweise nach einer erfindungsgemäßen Inaktivierung der Enzyme durch trockene Wärmebehandlung, z. B. durch Toasten mit Heißluft, auch zwischengelagert werden.In Fig. 1, reference number 1 is initially a grinding process for the production of lupine flour with the desired grain size, for. B. with an average grain size or an average grain diameter ≦ 300 microns, from lupine seeds. This flour could, for example, after inactivating the enzymes according to the invention by dry heat treatment, e.g. B. by toasting with hot air, can also be temporarily stored.
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.This is followed by a first, acidic extraction 2 , so that the flowchart branches at this point. On the one hand, this acid extraction results in a solid refinate 3 , the further processing of which is described with the aid of the following figures.
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. In addition, the liquid extract is formed from the acidic extraction 2 , which is then in the present embodiment by a concentration 4 , z. B. is further processed by means of a membrane separation process and / or by means of evaporation 5 .
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.After evaporation 5 , drying 6 takes place, for example in the form of spray drying. The end result is a protein concentrate 7 , the corresponding proteins being soluble in the acidic region since they originated from the liquid phase of the acidic extraction 2 . This protein concentrate 7 represents a novel product and can be used very advantageously in the production of foods in an acidic environment, for example beverages.
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.Alternatively, after evaporation 5, an organic leaf fertilizer or, by adding 8 additives, a crop protection or plant strengthening agent 9 can be produced. The addition 8 of the additives can serve, for example, for stabilization but also for formulation, ie for adjusting the mode of action. When processing sweet lupins, plant protection agents that are already present in the form of alkaloids when processing bitter lupins can also be added at this point. If no pesticides are added or are present, the end product 9 can also be used as a pure leaf fertilizer.
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. Fig. 2 shows the subsequent processing of the Feststoffraffinats 3 from the acidic extraction 2. In a further alkaline extraction 10 , the proteins soluble in this pH range are dissolved and then separated from the solid raffinate with a separation 11 . This separation 11 is advantageously carried out with a very strong centrifugal field as described at the beginning, for example of 6000 g. This separation in turn results in a solid refinate 12 which is very high in fiber and whose further processing will be explained later with reference to the following figures.
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.The protein milk in the form of the liquid extract can now continue in different procedures are processed as shown by the branch in For example, three process branches are indicated.
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.So can in a manner not shown for example by enzymatic treatment or other Processing as known from cow's milk processing is fresh produce or similar foods become.
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 17 und einer Trocknung 18 liegt schließlich als Endprodukt das Milchpulver 19 vor.A method for producing milk powder from protein milk 13 is explained with reference to FIG. 3. Thus, protein milk 13 is first subjected to neutralization 14 with subsequent concentration 15 . The neutralization 14 is carried out with the addition of acid until a neutral pH is reached, while the concentration 15 is again carried out, for example, with the aid of ultrafiltration. Enclosing evaporation 16 provides a further increase in protein concentration. After pasteurization 17 and drying 18 , milk powder 19 is finally available as the end product.
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.According to FIG. 4, the milk protein 13 can also by a precipitation are processed for example by an acid or heat precipitation. The solids precipitated during the precipitation 20 are then separated from the liquid whey in a separation 21 . This separation 21 is in turn preferably carried out in a very high centrifugal field as mentioned at the beginning, for example at 6000 g. If necessary, a vacuum can also be used at this point to prevent any problems caused by foam formation.
Aus dieser Trennung 21 resultiert eine Molke 22, deren Verarbeitung nachfolgend weiter erläutert wird. This separation 21 results in a whey 22 , the processing of which is explained further below.
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 vor allem der Beeinflussung der Funktionalität der Proteine.In the present exemplary embodiment, the protein curd resulting from the separation 21 is subjected to heating 23 with subsequent time / temperature treatment 24 . This time / temperature treatment 24 is preferably carried out in a tube reactor in a so-called plug flow, so that the dwell time during the temperature treatment can be precisely controlled. The heating 23 and the time / temperature treatment primarily serve to influence the functionality of the proteins.
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.After a subsequent neutralization 25 and drying 26 , a protein isolate 27 is thus obtained. The neutralization 25 can alternatively be carried out between the separation 21 and heating 23 . Drying 26 is again preferably carried out by spray drying.
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. Fig. 5 is used to illustrate the processing of the whey 22nd In the present exemplary embodiment, this is first subjected to a neutralization 28 with subsequent concentration 29 , for example by ultrafiltration. After subsequent evaporation 30 and drying 31 , a whey concentrate is obtained which can also be used in food production.
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 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.The process sequence for further processing of the solid refinate 12 from the alkaline extraction 10 is explained in more detail in FIG. 6. If necessary, heating 33 is carried out with a subsequent time / temperature treatment 34, for example again in a tubular reactor with a plug flow, for precise control of the time and temperature parameters. The heating 33 and the time / temperature treatment 34 can be provided to influence the functionality of the end product. This is followed by neutralization 35 and drying 36 , so that functional fiber 37 results as the end product.
Die Verarbeitung der einzelnen Zwischenprodukte kann auch auf sonstige bekannte Weise stattfinden. Wesentlich bei der Erfindung ist es, dass durch die Inaktivierung der Enzyme durch eine trockene Wärmebehandlung des Ausgangsprodukts dieses Ausgangsprodukt ohne zusätzlichen Aufwand lagerfähig ist, so dass gegebenenfalls auf einer von der Anlage für das restliche Verfahren getrennte Anlage gefertigt und bevorratet werden kann. The processing of the individual intermediate products can also be based on other known ways take place. Essential to the Invention is that by inactivating the enzymes by a dry heat treatment of the starting product this starting product can be stored without additional effort is, so that if necessary on one of the system for the The rest of the process is made and stored in a separate system can be.
11
Mahlvorgang
grinding
22
saure Extraktion
acid extraction
33
Feststoffraffinat
Feststoffraffinat
44
Aufkonzentration
concentration
55
Eindampfung
evaporation
66
Trocknung
desiccation
77
Proteinkonzentrat
protein concentrate
88th
Zugabe
encore
99
Blattdünger
foliar fertilizer
1010
alkalische Extraktion
alkaline extraction
1111
Trennung
separation
1212
Feststoffraffinat
Feststoffraffinat
1313
Proteinmilch
protein milk
1414
Neutralisation
Neutralization
1515
Aufkonzentrierung
concentration
1616
Eindampfung
evaporation
1717
Pasteurisierung
pasteurization
1818
Trocknung
desiccation
1919
Milchpulver
milk powder
2020
Fällung
precipitation
2121
Trennung
separation
2222
Molke
whey
2323
Erhitzung
heating up
2424
Zeit/Temperaturbehandlung
Time / temperature treatment
2525
Neutralisation
Neutralization
2626
Trocknung
desiccation
2727
Proteinisolat
protein isolate
2828
Neutralisation
Neutralization
2929
Aufkonzentration
concentration
3030
Eindampfung
evaporation
3131
Trocknung
desiccation
3232
Molkekonzentration
whey concentration
3333
Erhitzung
heating up
3434
Zeit-/Temperaturbehandlung
Time / temperature treatment
3535
Neutralisation
Neutralization
3636
Trocknung
desiccation
3737
Ballaststoff
dietary fiber
Claims (32)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE2000164437 DE10064437A1 (en) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | Processing lupin protein material to give a storable material for use in foods or feed materials includes enzyme-inactivating dry heat-treatment before water extraction |
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DE (1) | DE10064437A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2112888B1 (en) | 2007-01-23 | 2016-06-22 | Prolupin GmbH | Aqueous plant protein preparation and method for producing the same |
RU2819676C1 (en) * | 2023-07-25 | 2024-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" | Method of producing dry extract of narrow-leaved lupine for farm animals and poultry |
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2000
- 2000-12-22 DE DE2000164437 patent/DE10064437A1/en not_active Withdrawn
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