DE10101326A1

DE10101326A1 - Verfahren zur Herstellung von emulgierfähigen Proteinprodukten aus einer Ölsaat

Info

Publication number: DE10101326A1
Application number: DE10101326A
Authority: DE
Inventors: Andreas Waesche; Thomas Luck; Klaus Mueller
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-01-13
Filing date: 2001-01-13
Publication date: 2002-07-25
Also published as: US20040047972A1; WO2002054884A1; EP1351581A1; CA2434395A1

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung von emulgierfähigen Proteinprodukten aus den Pflanzensamen einer Ölsaat, insbesondere aus Sojabohnen, wobei die Pflanzensamen zerkleinert und einem Entölungsschritt zugeführt werden und den zerkleinerten Pflanzensamen überkritisches CO¶2¶ als Lösungsmittel zugegeben wird und im Wege einer Separation Rohöl und ein entölter Rückstand gewonnen wird, der die emulgierfähigen Proteinprodukte enthält.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von emulgierfähigen Proteinprodukten aus den Pflanzensamen einer Ölsaat, insbesondere aus Sojabohnen.

Stand der Technik

Im menschlichen wie auch tierischen Lebensmittelkreislauf spielen die Stoffe Fett und Wasser eine tragende Rolle nicht nur in getrennter Form sondern insbesondere Mischformen, die sich aufgrund ihrer Nichtmischbarkeit in Form disperser Systeme oder Emulsionen darstellen. Eben jene Emulsionen neigen jedoch dazu sich selbständig wieder zu entmischen, so dass für langzeit- bzw. lagerstabile Emulsionen zusätzliche Stoffe zugesetzt werden müssen, durch die die Entmischung beider Phasen Öl oder Fett und Wasser zu einem thermodynamisch-stabilen Endzustand unterbunden bzw. solange verzögert wird, bis die Emulsionen ihre Bestimmung erfüllt haben. Derartige Stoffe sind als Stabilisatoren oder Emulgatoren bekannt.

Die meisten natürlichen und/oder technischen Emulsionen bestehen aus Wasser und Öl oder Fett als nichtmischbare Phasen. In Abhängigkeit von Zusammensetzung und Verhältnis der Phasen bestehen zwei Möglichkeiten der Verteilung. Ist Wasser die äußere und Öl die innere Phase, so liegt eine O/W-Emulsion vor, deren Grundcharakter durch das Wasser geprägt ist, wie beispielsweise bei Milch, Mayonnaise oder Speiseeis. Ist Öl bzw. Fett die äußere und Wasser die innere Phase, so liegt eine W/O-Emulsion vor, wobei hier der Grundcharakter vom Öl bestimmt wird, wie es beispielsweise bei der Butter, Margarine oder bei Salben der Fall ist.

Unter der Vielzahl bekannter Emulgatoren oder auch Stabilisatoren für Emulsionen sind unter anderem auch Proteinisolate bekannt, die, je nach Behandlungs- und Herstellungstechnik, über speziell optimierte funktionelle Eigenschaften verfügen. Ein besonderes Interesse gilt dabei den Emulgiereigenschaften derartig optimierter Proteinisolate, die insbesondere im Lebensmittelbereich als Emulgatoren zum Einsatz kommen. Neben entsprechend konfektionierten Proteinisolaten eignen sich auch Lecithine als emulgierfähige Hilfsmittel zur Stabilisierung vorstehend bezeichneter disperser Systeme. Ebenso sind Mischprodukte aus beiden Substanzen bekannt, die im Wege einer Sprühtrocknung durch Lecithinauftrag auf Proteinisolaten gewonnen werden können.

Obwohl Lecithine wie auch Proteinisolate in an sich bekannter Weise aus dem selben Rohstoff, wie beispielsweise aus Sojabohnen, Lupinen oder Raps stammen, wird in der Herstellung zunächst eine stoffliche Trennung vorgenommen. So werden, um am Beispiel der Proteinisolatgewinnung aus Sojabohnen zu bleiben, die Sojabohnen nach entsprechender Reinigung und Zerkleinerung einem Entölungsprozess unterzogen, bei dem die Sojabohnen einem organischen Lösungsmittel, wie beispielsweise Hexan oder Ethanol ausgesetzt sind. Im Wege der Entölung wird eine Lipidfraktion gewonnen, in der weitgehend der gesamte Lecithingehalt der Sojabohnen enthalten ist und aus der im Rahmen einer nachfolgenden Raffination das sogenannte Rohlecithin gewonnen wird. Andererseits enthält man durch den Entölungsschritt neben der Lipidfraktion entöltes Mehl, das reich an Proteinen ist, und aus dem mittels weiterer Extraktionsschritte Proteine isoliert werden können.

Zur Herstellung von lecithinreichen Proteinisolaten, die wie vorstehend beschrieben hervorragende emulgierende Eigenschaften aufweisen und deshalb in der Lebensmittelindustrie von hohem Interesse sind, wird das gereinigte Lecithin bzw. Rohlecithin und das isolierte Protein rückvermischt, beispielsweise unter Verwendung der Sprühtechnik. Zweifelsohne stellt eine derartige Vorgehensweise einen erheblichen prozess-technischen und damit auch ökonomischen Aufwand dar, um Proteinisolate mit außergewöhnlich emulgierenden Eigenschaften zu erhalten.

Eine denkbare Alternative, nicht entölte und damit gleichzeitig lecithinierte Proteinisolate herzustellen führt zwar zu Produkten, die sehr gut emulgieren, doch sind diese nicht langzeit- bzw. lagerstabil, da das in ihnen enthaltene Öl zur Oxidation neigt und bei längerer Lagerung einen ranzigen Geruch und Geschmack verursacht. Gleiches gilt auch für gut emulgierende Produkte mit geringerem Proteingehalt, die jedoch nicht bzw. nicht ausreichend entölt worden sind.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung von emulgierfähigen Proteinprodukten aus den Pflanzensamen einer Ölsaat, insbesondere aus Sojabohnen anzugeben, bei dem die vorstehend zum Stand der Technik genannten Nachteile vermieden werden können und insbesondere ein emulgierfähiges Proteinprodukt, beispielsweise Proteinisolat gewonnen werden kann, das günstig in der Herstellung, über außergewöhnliche Emulgierfähigkeiten und lager- bzw. langzeitstabil ist.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

Erfindungsgemäß werden die vorzugsweise zerkleinerten Pflanzensamen einem Entölungsschritt derart zugeführt, bei dem den zerkleinerten Pflanzensamen überkritisches CO₂ als Lösungsmittel zugegeben wird. Im Wege einer nachfolgenden Separation, beispielsweise im Rahmen eines üblichen Filtrations- oder Dekantiervorganges, wird Rohöl und ein entölter Rückstand gewonnen, in dem die emulgierfähigen Proteinprodukte enthalten sind. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass durch gezielten Einsatz überkritischem CO₂'s zur Entölung von Ölsaaten ein entöltes Raffinat gewonnen werden kann, aus dem mit an sich bekannten nachgeschalteten Reinigungs- und Fraktionierungsverfahren ein Proteinisolat als Proteinprodukt erhalten wird, das einen hohen Gehalt an Lecithin aufweist und nahezu frei von oxidationsanfälligen Ölen ist.

Die aus den vorstehend bezeichneten Ölsaaten gewonnenen Proteinisolate im Wege der Extraktion mit überkritischem CO₂ zeichnen sich durch eine herausragende Emulgierfähigkeit aus, die sie von vergleichbaren Produkten, die im Wege konventioneller Verfahren, wie eingangs beschrieben, gewonnen werden, deutlich unterscheiden.

Neben der Gewinnung der vorstehend charakterisierten Proteinisolate mit herausragenden Emulgierfähigkeiten ist es auch möglich, aus dem, aus dem mit überkritischem CO₂ durchgeführten Entölungsvorgang enthaltenen entölten Rückstand, beispielsweise in Form eines entölten Mehls, andere Produkte zu gewinnen, die sich durch einen vergleichsweise hohen Lecithingehalt auszeichnen. Dies sind proteinreduzierte Mehle, wie Ballaststoffe oder das gewonnene Mehl selbst oder aber auch Proteinkonzentrate. Durch die unterschiedlichen Möglichkeiten der weiteren Veredelung des erhaltenen entölten Rückstandes kann der Proteingehalt im gewonnenen Produkt zwischen 15 und 95% in Trockensubstanz variabel eingestellt werden.

Neben der Optimierung des Lecithingehaltes beispielsweise bei der Gewinnung von Proteinisolaten, kann der Lecithingehalt im Endprodukt auch variabel reduziert eingestellt werden, indem bei der CO₂-Extraktion ein zusätzliches Schleppmittel eingesetzt wird. Beispielsweise eignet sich als Schleppmittel Propan, wodurch Lecithin in gleicher Weise wie das Rohöl aus dem Samenmehl extrahiert wird. Werden auf jegliche Schleppmittel verzichtet und beim Entölungsschritt lediglich überkritisches CO₂ als Lösungsmittel eingesetzt, so können die auf diese Weise entölten Produkte direkt in die Lebensmittelkette sowie Futtermittelkette ohne zusätzliche Anforderungen einfließen. Diese Produkte erfüllen sogar die Anforderungen an sogenannte organische Lebensmittel..

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Zur Vorbereitung der Entölung der Pflanzensamen aus einer Ölsaat, beispielsweise Soja, Lupinen, Sonnenblumen oder Raps, wird die Saat durch Reinigen, Schälen, Brechen, Flockieren und/oder eventuell Pelletisieren derart vorkonditioniert, so dass der nachfolgende Entölungsvorgang, d. h. der gezielte Einsatz von überkritischem CO₂ als organisches Lösemittel das entsprechend vorkonditionierte Saatgut weitgehend vollständig durchtränkt. Besonders geeignet ist die Herstellung von Flocken oder Pellets mit Hilfe einer Flockierwalze über die die geschälten und vorzugsweise halbierten Pflanzensamen geführt und gepresst werden. Um die saateigenen Enzyme weitgehend zu inaktivieren, werden die Flockierwalzen auf eine vorzugsweise unterhalb von 35°C liegende Denaturierungstemperatur vorgewärmt, wodurch die zerkleinerten Pflanzensamen zur Inaktivierung saateigener Enzyme erwärmt werden, jedoch die saateigenen Proteine in ihrer nativen Eigenschaften weitestgehend unbeeinflusst verbleiben. Nachfolgend werden die derart vorkonditionierten Pflanzensamen überkritischem CO₂ ausgesetzt, das bei Temperaturen zwischen 40°-69°C und unter Druckbedingungen zwischen 240-300 bar auf die Pflanzensamen einwirkt. Unter diesen Entölungsbedingungen werden jegliche Triglyceride aus den Pflanzensamen ausgewaschen. Hingegen verbleiben Lecithine aber auch andere sogenannte Fettbegleitstoffe wie Carotinoide, Isoflavonoide, Tocopherole zu einem sehr hohen Prozentsatz im entölten Rückstand und bleiben durch das überkritische CO₂ innerhalb der Pflanzenmatrix unberührt.

Überraschenderweise ist nun erkannt worden, dass die Fettbegleitstoffe und insbesondere das Lecithin auch nach Standardverfahren der weiteren Extraktion zur Gewinnung von Proteinisolaten zu sehr großen Anteilen im Proteinisolat verbleiben. Aus diesem Grunde besitzen die auf diese Weise erhaltenen Proteinisolate eine außergewöhnlich hohe Emulgierfähigkeit. Die auf die vorstehende Weise erhaltenen Proteinprodukte, insbesondere Proteinisolate können unmittelbar ohne weitere, aufbereitende Behandlung in allen Lebensmittelsystemen vorteilhaft eingesetzt werden, in denen die emulgierende Funktion eine maßgebliche Rolle spielt. So sind dies insbesondere Produkte wie Backwaren, Wurst- und Fleischwaren, Eiscreme, Süßwaren, Schokolade, Feinkostprodukte, Getränke, etc.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von emulgierfähigen Proteinprodukten aus den Pflanzensamen einer Ölsaat, insbesondere aus Sojabohnen, wobei die Pflanzensamen zerkleinert und einem Entölungsschritt zugeführt werden und den zerkleinerten Pflanzensamen überkritisches CO₂ als Lösungsmittel zugegeben wird und im Wege einer Separation Rohöl und ein entölter Rückstand gewonnen wird, der die emulgierfähigen Proteinprodukte enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung der Pflanzensamen nach erfolgtem Vorbrechen des die Ölsaat enthaltenen geschälten oder ungeschälten Samens mittels einer Flockierwalze durchgeführt wird, wobei die Flockierwalze gekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzensamen vor der Zerkleinerung und/oder Verformung nach Form und Größe sortiert und nachfolgend geschält werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zerkleinerten Pflanzensamen flockiert oder pelletisiert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schälvorgang nach einem sogenannten Kaltverfahren erfolgt, bei dem die Lupinensamen halbiert und von den Schalen getrennt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flockierwalze auf eine Temperatur gekühlt wird, die unter der Denaturierungstemperatur der Proteinprodukte liegt, vorzugsweise unter 35°C.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch den indirekten Wärmeeintrag saateigene Enzyme inaktiviert werden, wobei die Proteine ihre nativen Eigenschaften weitestgehend beibehalten.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Separation mit einer mechanischen Ölabtrennung mit Pressen oder mit Ethanol-Wasser-Gemischen unter Anwendung von Zentrifugaltechniken kombiniert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das überkritische CO₂ bei Temperaturen zwischen 40°C und 69°C und Drucken zwischen 240 und 300 bar den zerkleinerten Pflanzensamen zugeführt wird.

10. Emulgierfähiges Proteinprodukt, das nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im entölten Rückstand wenigstens ein Proteinisolat enthalten ist, das mit Lecithin vermengt ist.

11. Emulgierfähiges Proteinisolat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im entölten Rückstand Fettbegleitstoffe enthalten sind.

12. Emulgierfähiges Proteinisolat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fettbegleitstoffe neben Lecithin, Carotinoide, Isoflavonoide oder Tocopherole sind.

13. Verwendung des emulgierfähigen Proteinisolates nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Proteinisolat/Lecithin-Mischung Lebensmittel beigemischt werden, wie etwa in
Backwaren
Wurst- und Fleischwaren,
Eiscreme,
Süßwaren,
Schokolade,
Feinkostprodukte.