DE1692550B

DE1692550B - Verfahren zur Herstellung mchthygros kopischer Eiweißabbauprodukte

Info

Publication number: DE1692550B
Authority: DE
Inventors: Christine Francoise Mar seille Fieffe (Frankreich)
Original assignee: Societe Anonyme Cooperative de Traitement des Produits de la Peche, Boulogne sur Mer, Pas de Calais (Frank reich)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung nichthygroskopischer Abbauprodukte von Eiweißstoffen tierischen und pflanzlichen Ursprungs durch Teilhydrolyse denaturierter Eiweißstoffe zwecks Gewinnung von zur Ernährung von Mensch und Tier bestimmten Nahrungsmitteln bzw. Futtermitteln von hohem Nährwert.

Der wachsende Bedarf an Nahrungsmitteln macht bekanntlich mehr und mehr die Veredelung von Eiweißstoffen, die bisher vernachlässigt oder wenig nutzbar gemacht wurden, notwendig. Hierdurch könnte man sich Eiweißstoffe, die innig mit anderen Stoffen, wie Lipiden, Gluciden, Cellulose und Mineralstoffen, vermischt sich vorfinden, zunutze machen. Gleichfalls könnten auf diese Weise Eiweißstoffe in eine leichter aufzubewahrende Form, als sie im natürlichen Zustand vorliegt, übergeführt werden. Schließlich könnte man dadurch den Nährwert der Eiweißstoffe verbessern, daß sowohl ihr mittleres Molekulargewicht als auch die Anordnung und Aufeinanderfolge der Elementarmoleküle der Aminosäuren im Makromolekül in zweckentsprechender Weise modifiziert werden.

Bekanntlich erreicht man diese Ziele am besten durch Löslichmachen unlöslicher Eiweißstoffe, indem man sie einer Teilhydrolyse unterwirft (unter »Löslichmachen« wird hier und im folgenden das Überführen in eine echte oder kolloidale Lösung verstanden). Sobald sich die Eiweißstoffe restlos in einer teilweise echten, teilweise kolloidalen Lösung befinden, werden sie von den unerwünschten Fremdstoffen durch ein physikalisches Mittel, wie Absieben, Filtrieren, Abschleudern oder Dekantieren, befreit und die erhaltenen Lösungen anschließend entweder konzentriert oder in Pulver übergeführt.

Die Schwierigkeit liegt jedoch darin, dieses Löslichmachen der Eiweißstoffe unter solchen Bedingungen durchzuführen, daß die Endprodukte folgende Eigenschaften aufweisen:

a) erhöhten Nährwert, zumindest einen gleichen wie die Ausgangseiweißstoffe;

b) leichtes Haltbarmachen.

Wesentlich ist ferner, daß die als Pulver vorliegenden Endprodukte nicht hygroskopisch sein dürfen. Befinden sie sich in konzentrierter wasserhaltiger Form, dürfen sie auch nicht der Sitz von Fäulnisgärungen sein, da man widrigenfalls Stoffe, welche die Produkte zur Ernährung unbrauchbar machen würden, zusetzen müßte.

Diese Eigenschaften sind durch die chemische Zusammensetzung der Polypeptide bedingt, d. h., durch die Art und die anteiligen Mengen der Aminosäuren, welche das Makromolekül bilden, durch die Anordnung und Aufeinanderfolge der Aminosäuremoleküle, durch das mittlere Molekulargewicht und durch Streuung der Molekulargewichte der Makromoleküle.

Ein hoher Nährwert wird bei der hydrolytischen Umwandlung der Eiweißstoffe nur so weit aufrechterhalten, als die unentbehrlichen Aminosäuren, wie Lysin, Methionin und Tryptophan, vollständig erhalten geblieben sind und die Aufeinanderfolge der Elemcntarmoleküle eine derartige ist, daß die Polypeptide beim Verdauen leicht assimiliert werden können.

Obwohl verschiedene Methoden zur Verwirklichung der Löslichmachung der Eiweißstoffe durch Teilhydrolyse vorgeschlagen worden sind, ermöglicht jedoch keine dieser Methoden die Gewinnung von den genannten Forderungen genügenden Produkten. Die Behandlung der Eiweißstoffe mit starken Säuren oder Basen stellt nämlich eine zu rohe Methode dar, als daß nicht mit Bestimmtheit eine Zersetzung der wesentlichen Aminosäuren eintreten würde.

Bekannt ist auch die enzymatische Hydrolyse von Eiweißstoffen, wie Kasein, Sojabohnen oder tierischem Eiweiß, mittels proteolytischer Enzyme, wie

ίο Papain, in Gegenwart aktivierender Stoffe, wie Schwefelwasserstoff, unter Erwärmen bei Temperaturen zwischen 37 und 70° C in einem ausgesprochen sauren Medium von pH-Wert 4 bis 6,5, worauf die Hydrolysate nach Inaktivieren der Enzyme durch

Erhitzen auf etwa 100° C mit Mineralsalzen, Vitaminen, Hefe, Kasein usw. versetzt werden. Eine derartige enzymatische Hydrolyse ermöglicht zwar eine Spaltung der Makromoleküle ohne Zerstörung der wesentlichen Aminosäuren, führt aber unter den bisher bekannten Arbeitsbedingungen zu hydroskopischen und demzufolge zu nicht haltbaren Produkten. Es ist nämlich bekannt, daß man beim Mischen eines Eiweißmaterials, wie Hackfleisch, mit Enzym in der Kälte unter den für die Hydrolyse günstigen Bedin-

gungen (pH, rH, Konzentration usw.) und allmählichen Erhöhen der Temperatur auf die Hydrolysetemperatur nach Beendigung der Hydrolyse sowie des anschließenden Filtrierens und Trocknens der filtrierten Lösung ein sehr hygroskopisches Pulver erhält, das in einer Atmosphäre mit 80% relativer Feuchtigkeit im Laufe von einigen Stunden zerfließt. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der aufgezählten Nachteile durch Entwicklung eines verbesserten enzymatischen Hydrolyseverfahrens für Eiweißstoffe und diese enthaltende Rohstoffe. Zur Lösung dieser Aufgabe dienten die Ergebnisse von Untersuchungen, die überraschenderweise folgendes ergaben: Erstens ist die Gewinnung hygroskopischer, nicht haltbarer Hydrolysate dadurch bedingt, daß die Enzymzugabe bereits bei gewöhnlichen Temperaturen erfolgt; zweitens ist die Durchführung der Hydrolyse im ausgesprochen sauren Medium von Nachteil, da den meisten Eiweißstoffen alkalische Bedingungen eigen sind.

Die Erfindung hat nunmehr zum Gegenstand ein Verfahren zur Herstellung nichthygroskopischer Eiweißabbauprodukte durch Teilhydrolyse denaturierter Eiweißstoffe im wäßrigen Medium mittels durch Reduktionsmittel wie Schwefelwasserstoff aktivierter proteolytischer Enzyme bei Temperaturen von mindestens 50° C und einem pH von mindestens 5 zu wasserlöslichen Polypeptiden, und ist dadurch gekennzeichnet, daß man

(A) die Eiweißstoffe vor der Enzymbehandlung durch etwa 5 bis 60 Minuten langes Erhitzen im wäßrigen Medium bei 60 bis 90° C, vorzugsweise 65 bis 85° C, denaturiert,

(B) die Eiweißstoffe erst, wenn sie auf Hydrolysetemperatur gebracht sind und zu koagulieren beginnen, mit den Enzymen versetzt und

(C) die Hydrolyse bei Temperaturen zwischen 60 und 90° C, vorzugsweise 65 bis 85° C, und einem pH von 6,5 bis 7,8, vorzugsweise 6,8 bis 7,0 in etwa 5 bis 60 Minuten durchführt.

Zweckmäßigerweise werden während der Stufe (A) die flüssigen Fettstoffe und nach Beendigung der

3 4

Stufe (C) die unerwünschten unlöslichen Stoffe ent- Peptide von erhöhten Molekulargewichten, welche

fernt. viel leichter kondensierbar sind als die niederen Pro-

Das wesentlichste neue Merkmal der Erfindung dukte, so daß die Verbindung von zwei Peptilmole-

besteht in der Durchführung der Hydrolyse in einem külen um so weniger Energie benötigt, je hoher deren

engen erhöhten Temperaturbereich, indem man ver- 5 Molekulargewichte sind.

hindert, daß sie bereits bei niedriger Temperatur Die Erfindung zeigt einen derartigen Weg zur

einsetzt; dies wird dadurch erreicht, daß die Zugabe gleichzeitigen Durchführung der beiden Reaktionen

der Enzyme erst erfolgt, nachdem die Eiweißstoffe der Hydrolyse und der Polykondensation, daß die

auf die erwählte Hydrolysetemperatur gebracht sind erhaltenen Polypeptide einen höheren Nährwert be-

und zu koagulieren beginnen. Diese Maßnahme hat io sitzen. Ohne die Bedeutung der Erfindung irgendwie

erstaunlicherweise zur Folge, daß die erhaltenden zu beschränken, ist anzunehmen, daß die Polykon-

Hydrolysate nichthygroskopisch sind. densation nach Maßgabe der Bildung niederer Pep-

Wird nämlich das Ausgangsmaterial nach Zusatz tide verläuft, d. h., während diese noch im lonenzu-

der erforderlichen Wassermenge und Einstellung des stand sich befinden.

pH in der erfindungsgemäßen Weise vorerhitzt und 15 Eines der Kennzeichen der Erfindung ist somit,

erst dann das Enzym eingeführt, so erhält man zum daß von Anfang an solche Bedingungen eingehalten

Schluß ein nichthygroskopisches Pulver, das nur 6 werden, welche das thermodynatnische Reaktions-

bis 8 °/o Wasser absorbiert, wenn es 48 Stunden lang gleichgewicht

einer Atmosphäre mit 80 °/o relativer Feuchtigkeit ^_g _μ jjqjj ,—. ^jj ^. BOH
ausgesetzt wird. 90

Es war nicht vorauszusehen, daß ein einfacher (A-B bedeutet die Polypeptidverkettung eines Verzug in der Enzymzugabe eine Verbesserung der Eiweißstoffes) genügend nach rechts (Hydrolyse) verkonservierenden Eigenschaften der Endprodukte schiebt, damit die großen Eiweißmoleküle aufgespalherbeiführen würde; vielmehr mußte ein Fachmann ten werden, und genügend nach links (Polykondender Meinung sein, daß eine Verlängerung der Hydro- 25 sation) verschiebt, damit die sich bildenden zu kurzen lysedauer ein völlig unnützer Zeitverlust sei. Bruchstücke sich augenblicklich wieder vereinigen,

Die Zugabe der Enzyme zu dem vorerhitzten Ei- solange sie noch im Ionenzustand sind; dies wird

weißmaterial hat gleichzeitig zur Folge, daß die ebenfalls dadurch erreicht, daß man die Hydrolyse in

Hydrolyse im annähernd neutralen Medium vorge- einem engen Temperaturbereich durchführt. Die

nommen werden kann, wodurch das Hydrolysever- 30 Qualität des Endproduktes beeinflussen noch fol-

fahren in ungeahnter Weise vereinfacht wird, da es gende Umstände:

nunmehr mit besonders guten Ergebnissen unter den _a\ _dj_e \yahl des Enzyms

gleichen oder fast gleichen pH-Bedingungen, welche _{b) dje mehr oder mind};_{r starke Aktivierung des}

den meisten Eiweißstoffen eigen ist, durchfuhrbar ist, Enzvms

so daß in der Regel eine besondere Einstellung des 35 _{c) die} Denaturierung des Eiweißausgangsstoffes

pH-Wertes unnötig ist. ' _sowj_e

Vorstehende Ergebnisse des neuen Verfahrens er- _{d) die Wah}, _{der übri} Reaktionsbedingungen,

wiesen sich als von großer technischer Bedeutung, ' *

weil hierdurch ein einwandfreies Aufbewahren, La- Die besten Ergebnisse werden bei Anwendung von

gern und Konservieren der Endprodukte und deren 40 Proteinase-Enzymen mit sehr starker spezifischer

Kompositionen mit anderen Nährstoffen wesentlich Wirksamkeit erhalten. Dies sind besonders die pflanz-

erleichtert, verbessert und verlängert und damit eine liehen Enzyme wie Papain, Bromelin, Ficin und

der wichtigsten Anforderungen, die an Nahrungs- Asclepain, wie auch gewisse Enzyme tierischen Ur-

und Futtermittel zu stellen sind, erfüllt wird. Sprungs, wie die Catheptase, sowie ganz allgemein

Erfindungsgemäß erfolgt die Hydrolyse deT Eiweiß- 45 alle Enzympräparate, welche die oben angegebenen

stoffe unter solchen Bedingungen, daß das thermo- Hydrolysebedingungen vertragen können,

dynamische Gleichgewicht zur Umwandlung der un- Als Enzym ist Papain zu bevorzugen, weil es ein

löslichen Eiweißstoffe in Polypeptide führt, deren als ein leicht beschaffbares Handelsprodukt alle er-

Molckulargewicht gerade niedrig genug ist, um echt wünschten günstigen Kennzeichen aufweist: es hat

oder kolloidal lösliche Produkte zu geben, ohne daß 50 eine starke spezifische Wirksamkeit, ist thermisch

im Endprodukt gleichzeitig andere freie Aminosäuren» stabil und — wie analoge Enzyme — noch bis zu

als die zuvor im Ausgangsprodukt vorhanden waren, etwa 90° C wirksam. Zwecks Inaktivierung des En-

oder niedere Polypeptide in Mengen, die das Produkt zyms braucht man, um es rasch zu zerstören, nur auf

hygroskopisch machen könnten, vorliegen. Außer- 100° C zu erhitzen.

dem gehen günstige Abänderungen der Aufeinander- 55 Bergmann und seine Schüler (J. Biol. Chem., 119

folge der Elementarmoleküle vor sich, welche den [1937], S. 707; 124 [1938], S. 1, 7, 321; 129 [1939],

Nährwert des Endproduktes verbessern, und dies um S. 587) haben gezeigt, daß Papain ein ausgezeichne-

so mehr, als die Eiweißstoffe von anderen Bestand- ter Polykondensationskatalysator ist und zudem

teilen des ursprünglichen Ausgangstoffes befreit sind. Transamidationen bewirkt, wenn man das Enzym Zudem wird die Anwesenheit niedriger Peptide in 60 unter zwischen der Hydrolyse und der Kondensation

den Endprodukten begrenzt; dies führt zur Erlangung liegenden Bedingungen einwirken läßt; die Trans-

von Pulvern sehr schwacher Hygroskopizität sowie amidationen bewirken Modifikationen in der Aufein-

infolge der angewandten Arbeitsbedingungen zu ste- anderfolge der Elementarmoleküle, wodurch eine

rilen Produkten, die gegebenenfalls in konzentrierten Verbesserung des Nährwertes der Endprodukte er-Zustand konserviert werden können. 65 zielt wird.

Bei Durchführung der Hydrolyse unter Bedingun- Das Verhältnis zwischen der katalytischen Hydrogen, bei denen in den Eiweißmolekülen nur eine ge- lyseaktivität und der katalytischen Polykondensaringe Zahl von Bindungen zerlöst wird, erhält man tionsaktivität der Enzyme, wie z. B. des Papains,

kann man verändern, indem man deren Aktivitätsgrad und/oder den pH-Wert des Gemisches, wie weiter unten dargelegt, modifiziert.

Im allgemeinen setzt man erfindungsgemäß eine Enzymmenge von etwa 0,5 bis 10 auf 1000 Gewichtsteile Eiweißstoff ein, entsprechend der Beschaffenheit und dem physikalischen Zustand der Eiweißstoffe sowie der Stoffe, mit denen diese verbunden sind. Vom wirtschaftlichen Standpunkt ist es natürlich vorteilhaft, eine möglichst geringe Enzymmenge zu be- ίο nutzen, jedoch wirkt selbst ein beträchtlicher Enzymüberschuß weder quantitativ noch qualitativ auf das Verfahrensergebnis schädlich ein.

Die erfindungsgemäß verwendbaren Enzyme werden mit Reduktionsmitteln, wie Cyanwasserstoff, Schwefelwasserstoff oder eine SH-Gruppe enthaltenden Verbindungen, wie Cystein oder Merkaptanen, aktiviert; durch Oxydationsmittel werden sie inhibiert.

Die Arbeitsbedingungen sind derart gewählt, daß die Reaktionen — sowohl die Hydrolyse wie die Polykondensation — sehr schnell ablaufen. Die Reaktionsdauer ist nicht durch die praktisch augenblicklich verlaufende Umsetzungskinetik bedingt, sondern durch die Geschwindigkeit, mit welcher das Enzym in die unlöslichen Eiweißbruchstücke eindringt. as

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung weisen folgende Verfahrensstufen auf:

a) Der Ausgangsstoff wird durch Zerstückeln, Zerquetschen, Zerhacken usw. in möglichst kleine Teile zerteilt.

b) Der Wassergehalt des Ausgangsstoffes wird auf einen entsprechend der Wirkungskraft der Mischung günstigen Grad eingestellt.

c) Der Ausgangsstoff wird bei einer Temperatur, die gerade zum Hervorrufen der Koagulation genügt und von der Proteinart abhängt, so lange erhitzt, bis die Denaturierung des eingesetzten Eiweißstoffes eingetreten ist Wenn letzteres sehr lipidrejch ist, muß das Erhitzen im Bereich der Koagulationstemperatur verlängert werden, bis die Lipide im flüssigen Zustande sich leicht vom Stoff trennen lassen; man entfernt sodann den Lipidüberschuß vor Einleiten der enzymatischen Hydrolyse. Führt man die Lipidausscheidung durch oder nicht, das Produkt muß jedenfalls zum Schluß durch Aufheizen oder Abkühlen auf die gewählte Hydrolysetemperatur gebracht und bei dieser Temperatur so lange gehalten werden, bis das Temperaturgleichgewicht im 5g Innern der unlöslichen Eiweißkörper sich eingestellt hat.

d) Sodann stellt man den pH-Wert ein. Die hydrolytische Wirksamkeit von Papain oder analog wirkenden anderen Enzymen ist zwar beim pH von etwa 5 am stärksten, deren katalytische Wirkung auf die Kondensation ist dagegen beim pH von etwa 8 maximal. Es wurde daher ein pH-Bereich zwischen 6,5 und 7,8, vorzugsweise zwischen 6,8 und 7,0 gewählt. Dieser pH-Bereich ist gleichsam wirksam für die Mehrzahl der Proteine. Im allgemeinen braucht man daher den pH-Wert gar nicht oder nur sehr wenig nachzustellen. Das Endprodukt wird bei einem pH erhalten, welches demjenigen des Ausgangsstoffes benachbart ist; daher ist das Produkt zur Anwendung als Nahrungsmittel hervorragend geeignet.

e) Nach Einhaltung der obigen Bedingungen setzt man unter Aufrechterhaltung des Rührens das aktivierte Enzym in Form eines trockenen Pulvers oder einer wäßrigen Lösung, falls es löslich ist, oder einer wäßrigen Suspension, falls es unlöslich ist, zu. Diese Verfahrensstufe dauert, entsprechend der chemischen Beschaffenheit und dem physikalischen Zustand des eingesetzten Ausgangsstoffes 5 bis 60 Minuten, bis der gewünschte Hydrolysegrad erreicht ist.
Vorzuziehen, wenn auch nicht unerläßlich, ist die Durchführung der Stufe c) bis e) unter Sauerstoffschutz, um die Enzymaktivität zu einem Maximum zu führen. Man arbeitet daher vorzugsweise in einem geschlossenen Gefäß als an freier Luft, und zwar entweder in einer Atmosphäre eines inerten Gases oder unter vermindertem Druck, der dem Teildruck von Wasser bei der Arbeitstemperatur gleich ist.

f) Sobald die Eiweißstoffe völlig löslich gemacht sind, wird die Temperatur, entsprechend der Enzymbeschaffenheit, auf 95 bis 105° C erhöht, um das Enzym zu zerstören; die Enzyme lassen sich aber auch ohne Temperaturerhöhung durch Zusatz eines Oxydationsmittels oder eines sonstigen Stoffes, der auf die Wirksamkeit von Enzymen der Papain-Klasse inhibierend wirkt, inaktivieren. Wenn man jedoch Hydrolysate sofort nach ihrer Reinigung in Pulver überführt, kann es für gewisse Anwendungen wünschenswert sein, daß das Enzym seine Wirksamkeit wiedererlangt, sobald das Pulver in Lösung gebracht wird; in diesem Falle erfolgt gegen Ende der Hydrolyse keine Temperaturerhöhung.

g) Aus dem erhaltenen Hydrolysat werden sodann durch eine oder mehrere physikalische Behandlungen die unerwünschten unlöslichen Stoffe entfernt, wobei bestimmte Nichtproteinstoffe, wie Lipide, entsprechend dem verfolgten Ziel entweder im Hydrolysat belassen oder gänzlich bzw. teilweise abgetrennt werden können. Das gereinigte Hydrolysat kann man beispielsweise in einem Zerstäuber oder auf einem Heizwalzentrockner trocknen oder im Vakuum bis zu einem Trockenstoffgehalt von 40 bis 60 °/o konzentrieren und das Konzentrat, z. B. mit einer konservierend wirkenden Säure wie Phosphorsäure, ansäuern.

Die erfindungsgemäß erhaltenden Hydrolysate besitzen nachstehende Eigenschaften:

1. Im getrockneten Zustand liegen sie in Form sehr wenig hygroskopischer Pulver vor, die leicht verpackt und versandt werden können sowie in Wasser leicht löslich sind.

2. Ihr Nährwert ist gegenüber dem Ausgangsmaterial erhöht.

3. Im Gegensatz zu den nach bekannten Verfahren bereiteten Hydrolysaten können die erfindungsgemäß gewonnenen löslichen Hydrolysate dank ihrer geringen Hygroskopizität und ihrer starken Emulsionsfähigkeit als Träger oder als Umhüllung für Produkte, die im Zustand schwach hygroskopischer und leicht konservierbarer flüssiger Pulver schwer unmittelbar zu erhalten sind, verwendet werden. Beispielsweise kann man aus den erfindungsgemäß erhaltenden Hydrolysaten

Lipid-Protein- oder Glucid-Lipid-Protein-Präparate. vor allem konzentrierte Fett-Vermischungen in Pulverform erhalten, welche wiedergewonnene Eiweißkompositionen, d. h., Vereinigungen eines Eiweißstoffes mit einem Lipid oder einem Glucid gebildete zusammengesetzte Nährpräparate darstellen. Zu diesem Zweck vermischt man das Eiweißhydrolysat, gegebenenfalls unter Zusatz eines Emulgiermittels, mit der gewünschten Menge an Lipiden, die durch ein oder mehrere Antioxydationsmittel geschützt und von synergistischen Produkten begleitet sein können, läßt das Gemisch durch einen Homogenisator oder eine andere zur Bereitung feiner Emulsionen geeigneten Vorrichtung laufen und die erhaltene stabile Emulsion anschließend trocknen.

Das erhaltene pulverförmige Lipid-Protein-Präparat ist beispielsweise zur Gewinnung eines zur Ernährung dienenden Milchersatzes benutzbar. So kann man das Pulver in Molke, die außer gewissen Eiweißstoffen die erforderlichen Glucide enthält, auflösen, gegebenenfalls unter Zusatz eines Gemisches vitaminisierter Mineralsalze, wie es üblicherweise zur Herstellung von Futtermitteln verwendet wird. Auch ist ein vollständiger Milchersatz aus der Proteinhydrolysatlösung durch Zusatz eines Glucids und vitamimsierter Mineralsalze sowie erforderlichenfalls eines Emulgators und der gewünschten Menge an durch ein Antioxydationsmittel geschützten Lipiden gewinnbar, worauf das erhaltene Glucid-Lipid-Protein-Präparat getrocknet wird.

In Hinblick auf den Nährwert der Endprodukte ist ein Vermengen des Lipid-Protein-Präparates im Trockenzustand mit dem Glucid vorzuziehen. Manche Polypeptide erleiden nämlich beim Erwärmen in Gegenwart von Gluciden eine mehr oder weniger zur Gärung neigende Denaturierung. Dagegen erhält man einen pulverigen Milchersatz von hohem Nährwert durch Vermischen einer pulverförmigen Lipid-Protein-Komposition mit einer geringen Menge getrockneter Milch.

Im allgemeinen ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren sämtliche tierische und pflanzliche Eiweißstoffe zu veredeln, beispielsweise minderwertige Fleischstücke, Schlachthaus- und Metzgereiabfälle, Abfälle der Fleischhandlungen, Fische und Fischabfälle sowie Mikroorganismen wie Hefen (Saccharomyces, Torula, Candida usw.), Bakterien und Plankton und schließlich Ölkuchen. Zu bevorzugen sind Produkte mit einem möglichst niedrigen Gehalt an freien Aminosäuren.

Nachstehende Beispiele zeigen, daß erfindungsgemäß aus bisher wenig oder schlecht verwerteten eiweißreichen Ausgangsstoffen unter Anwendung einfacher technischer Mittel Produkte erhalten werden, die für die Ernährung von Mensch und Tier von großer Bedeutung sind und in der Regel aus Gemischen von Peptiden, in denen 5 bis 25% der Stickstoffatome freien oder salzartigen Aminogruppen (—NH₈), mindestens 75°/o dagegen Amidogruppen (—CONH—) angehören. Die zur Zeit verfügbaren analytischen Methoden erlauben leider nicht die Ermittlung der genauen Verhältnisse zwischen dem chemischen Bau eines Eiweißstoffes und seines Nährwertes.

Zwecks Prüfung des Wertes der erfindungsgemäß bereiteten Produkte wurden Versuche in vivo durchgeführt, und zwar sowohl an Laboratoriumstieren wie auch in Schweine- und Kälber-Aufzuchtbetrieben, wobei die gewonnenen Produkte mit den nach bekannten Methoden erhaltenen Fleisch-, Fisch- und anderen Nährpulvern verglichen wurden. Als Ergebnis ist festzustellen, daß die erfindungsgemäß erhaltenen Produkte den Nährwert der Eiweißrohstoffe um 15 bis 35 % erhöhen.

ίο Die Lipid-Protein-Kombination und die Milchersatzpulver, bereitet nach den Beispielen 3 und 8, zeigen ganz besonders gute Ergebnisse bei der Fütterung von Kälbern und erlauben eine bedeutend bessere Verwertung der frischen Molken und der Lactoseren guter Qualität. Die derart bereiteten Milchersatzprodukte stellen für Jungtiere auserlesene Nährmittel dar. In einem Betrieb erzeugt man jährlich 90001 Fischabfälle in 10001 Eiweißkonzentrat, das 90% wasserlösliche Proteine und nicht mehr

ao freie Aminosäuren als die AusgangseiweißstofFe enthält und als Futtermittel für Kälber als Ersatz für Milchprotein dient.

Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele erläutern die Erfindung:

Beispiel 1

In ein emailliertes, mit einem gasdichten Deckel, einem Kondensator und einem Doppelmantel für Heizdampf versehenes Rührgefäß einer 1300-1-Kapazität führt man 800 kg eines Gemisches zerquetschter Fische und Fischabfälle, enthaltend 30% Trockenstoff und 70% Wasser, ein. Man erhitzt unter Rühren auf 70° C und erzeugt einen Unterdruck, der zu einer schwachen Wasserverdampfung ausreicht. Die Temperatur von 70° C wird 10 Minuten aufrechterhalten, dann ein Gemisch von 250 g Papain und 1 g Cystein zugeführt. Hierauf wird in 15 Minuten unter Verringerung des Unterdrucks in der Weise, daß eine Verdampfgeschwindigkeit von 1 bis 21 Wasser/Min, auf-

♦o rechterhalten wird, die Temperatur auf 85° C erhöht. Sodann wird mit Hilfe einer entnommenen Probe festgestellt, daß der Proteinstoff vollständig löslich gemacht ist. Nun wird unter allmählichem Aufheben des Unterdrucks die Temperatur auf 105° C gebracht und dieselbe 5 Minuten lang eingehalten. Durch einen mit Milch vorgenommenen Koagulationsversuch wird festgestellt, daß das Papain vollständig inaktiviert ist.
Der Inhalt des Gefäßes wird sodann zur Entfernung der Gräten durchgesiebt, das Flüssige filtriert, zwecks Beseitigung der Lipide geschleudert und auf Walzen getrocknet. Man erhält 180 kg Pulver mit 2% Feuchtigkeit und einem Gehalt von lediglich 2,5 % an Lipiden.

Das gewonnene Fischfleischhydrolysat ist leicht löslich in Waser. Die Analyse zeigt einen Gehalt von 13,16% Stickstoff (titriert nach Kjeldahl), davon 2,8 % Stickstoff der freien Aminosäuren (bestimmt nach Sörensen). Wird das Hydrolysat 48 Stunden der Einwirkung von Luft von 20° C und 70 % relativer Feuchtigkeit ausgesetzt, so steigt die Hydrolysatfeuchtigkeit von 2 auf 8,1 %, womit ein nicht hygroskopisches Produkt gekennzeichnet wird.

Beispiel 2

Man arbeitet gemäß Beispiel 1, jedoch läßt man die Temperatur nicht über 85° C steigen. Nachdem das Hydrolysat gesiebt, filtriert und zentrifugiert wor-

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den ist, wird das entölte Filtrat bis zu einem Trockengehalt von nicht mehr als 50 % konzentriert. Benutzt wird ein Dreistufen-Eindampfapparat; die in der ersten Stufe bewirkte Überhitzung genügt, um das Enzym zu inhibieren. Man erhält 360 kg Konzentrat, das mit der gleichen Menge einer 5O°/oigen Lösung von Cholinchlorhydrat vermischt wird. Das Gemisch homogenisiert man unter einem Druck von 150 kg und trocknet in einem Zerstäuber. Es werden 360 kg eines aus 40 % Protein und 49 % Cholinchlorhydrat bestehenden Pulvers mit 2»/c Feuchtigkeit erhalten, das leicht in Wasser löslich ist und in dem bei 24 Stunden langer Einwirkung von Luft von 20° C und 70%iger relativer Feuchtigkeit der Feuchtigkeitsgrad auf 6,8 % ansteigt.

Das gewonnene Pulver ist von besonderer Bedeutung, um sehr zahlreiche Viehfuttermittel mit Cholin und Fischprotein anzureichern.

Beispiel 3

In ein stählernes, mit einem gasdichten Deckel und einem Rührer versehenes Kochgefäß von 1600 1 Fassungsvermögen werden 1000 kg einer großstückig zerhackten Mischung von Schwarten und fettigem Bindegewebe eingefüllt, enthaltend

25 % Protein,
35 % Lipide,
40% Wasser.

Dieses Gemisch wird auf 70' C erhitzt und 45 Minuten unter fortlaufendem Erhöhen der Temperatur auf 75° C gerührt. Dann wird das Gefäß geleert und der Inhalt, indem er einfach durch ein Gitterwerk geseiht wird, vom bereits geschmolzenen Fett befreit,

Die teilweise entfetteten Gewebe werden nunmehr fein zerhackt und dann mit 1001 kaltem Wasser, 25 g Citronensäure und 1000 kg Kochsalz wieder in das Kochgefäß eingebracht. Nachdem die Temperatur auf 70° C erhöht wurde, fügt man 400 g Papain unter Zusatz von 0,8 g Cystein zu. Man erzeugt im Gefäß ein teilweises Vakuum und erhöht die Temperatur fortschreitend in der Weise, daß nach Ablauf von 20 Minuten 85⁰C und nach weiteren 10 Minuten 102° C erreicht sind. Dann wird das Gefäß sofort geleert, indem man den Inhalt durch eine Zentrifuge schickt, in welcher ein Tuch die Verunreinigungen, wie Haare, Kleinknochen, Hornstücke usw., zurückhält.

Der gereinigten Lösung werden unter Aufrechterhaltung einer Temperatur von 60° C das in der ersten Arbeitsstufe abgetrennte Fett zugesetzt und sodann unter Rühren 125 g Butylhydroxytoluol, 100 g Citronensäure und 7 kg Glycerinmonostearat zugefügt. Unter weiterer Aufrechterhaltung einer Temperatur von 60° C leitet man das Gemisch durch einen Kolbenhomogenisator, an deren Auslauf eine völlig stabile Lipid-Protein-Komposition aufgefangen wird, die sofort in einem Zerstäuber getrocknet wird. Man erhält 600 kg eines trocknen, wenig hygroskopischen, ZVo Feuchtigkeit enthaltenden Pulvers, das in einer Atmosphäre von 20° C und 70 % relativer Feuchtigkeit nicht mehr als 5 */» Wasser absorbiert. Es enthält Polypeptide und Lipide in einem Verhältnis von 40:60. Wie ein fettes Milchpulver löst sich das gewonnene Pulver leicht in Wasser von 40 bis 45° C, d. h., bei der Schmelztemperatur von Fett.

Seine Verwendung ist insbesondere von Interesse für Landwirte, die ihre Milch selber abrahmen und durch Versetzen des Pulvers mit Molke einen völligen Milchersatz erhalten.

Beispiel 4

Man führt in das gemäß Beispiel 1 benutzte Gefäß 800 kg einer feingehackten Mischung von Gedärmen und Produkten, die vom Ausfleischen frischer Häute herstammen und 75«/o Wasser enthalten, ein, erhitzt unter Rühren auf 70⁰C und erzeugt einen Unter-ίο druck, der genügt, um ein schwaches Verdampfen des Wassers zu bewirken. Die Temperatur von 70° C wird 10 Minuten lang aufrechterhalten und nach Zufuhr einer trocknen Mischung von 250 g Papain und 0,5 g Cystein im Laufe von 15 Minuten auf 85° C gebracht, wobei man den Unterdruck in der Weise herabsetzt, daß eine schwache Wasserabdampfung beibehalten wird. Die Masse versetzt man nunmehr zwecks Inaktivierung des Enzyms mit 100 ecm einer 2 "/«igen Wasserstoffsuperoxydlösung, siebt sie zur ao Entfernung fester Verunreinigungen durch und trocknet sie in einem Zerstäuber. Es werden 170 kg Pulver mit 2 «/0 Feuchtigkeit sowie 65% Proteinstoffen und 30 % Lipiden erhalten.

Beispiel 5

Es wird gemäß Beispiel 3 vorgegangen, jedoch führt man die Lösung nach Entziehung der Verunreinigungen zwecks vollständiger Entfernung des Fettes in eine Milchzentrifuge ein. Die ablaufende Lösung wird nun im Vakuum bis zu einem Trockengehalt von nicht mehr 50% konzentriert und anschließend durch Zerstäuben getrocknet. Man erhält 250 kg eines wenig hygroskopischen Pulvers, das in einer Atmosphäre von 20° C und 70 % relativer Feuchtigkeit nicht mehr als 8 % Wasser absorbiert. Das Pulver enthält 94,5 °/o Protein und 1 % Lipide und löst sich selbst in kaltem Wasser sehr schnell auf.

Das gewonnene Pulver ist für die menschliche Ernährung verwendbar, vorzugsweise in Fleischereien, beim Einpökeln und zur Ehöhung des Proteingehaltes von Konserven.

Beispiel 6

Man führt in das gemäß Beispiel 3 benutzte Gefäß 1000 kg des dort genannten Gemisches, nachdem es fein zerhackt war, ein, Unter Rühren wird 45 Minuten lang bei 70° C erhitzt, worauf die im Gefäß enthaltene Luft durch Stickstoff, dem 1 Volumprozent Schwefelwasserstoff zugesetzt war, ersetzt wird. Nun fügt man eine Suspension von 600 g Bromelin in 21 Wasser hinzu, bringt die Temperatur auf 80° C, hält diese 15 Minuten bei und erhöht sie dann zwecks Inaktivierung des Enzyms auf 102° C. Hierauf wird das Reaktionsgemisch durch ein feines Sieb durchgeseiht und anschließend zwecks Abtrennung der Lipide geschleudert. Die gereinigte Lösung wird im Vakuum bis zum Trockenstoffgehalt von 65 % konzentriert, dann schnell auf ein pH unterhalb 4,6 gebracht.

Beispiel 7

In das im Beispiel 3 benutzte Gefäß werden 350 kg feingepulverter Sojaölkuchen und 10001 Wasser eingebracht. Nach Einstellen des pH durch Zusatz von Natriumcarbonat auf 7,0, unterwirft man das Gemisch einer 30 Minuten dauernden Vorerhitzung. Anschließend setzt man eine Suspension von 300 g Papain, dem 0,6 g Cystein zugefügt sind, in 21 leicht

angesäuerten Wassers (pH 6,5) zu und bringt, nachdem das Reaktionsgefäß unter Vakuum gesetzt ist, die Mischung auf 80° C. Nach Ablauf von 15 Minuten ist das Inlösunggehen der Proteine vollständig. Nun kühlt man schnell auf 1O⁰C ab und trocknet das Produkt auf einem Saugtrommeltrockner. Man erhält auf diese Weise 350 kg Schuppen, die 50% lösliche Proteine und 4% Lipide sowie vom Ölkuchen stammende Stärke und Cellulose, die nicht entfernt worden waren, enthalten. Das in den Schuppen erhalten gebliebene Papain wird beim Wiederauflösen der Schuppen in Wasser wieder aktiv. Das Produkt stellt einen vorzüglichen Zusatzstorf für Futtermittel dar.

Beispiel 8

Man vermischt 100 kg der nach Beispiel 3 erhaltenen Lipid-Protein-Komposition, die aus 40 % löslichem Protein und 60 % Lipiden besteht, mit 200 kg entrahmter Milch in Pulverform, die 34% Protein und 54% Lactose enthält, sodann fügt man 5 kg Tocopherol und 15 kg Mineralsalze, die für Kälber vitaminisiert waren, hinzu. Auf diese Weise wird ein pulverförmiger Milchersatz erhalten, der 36% lösliche Proteine, 20 % Lipide und 36 % Glucide sowie die gewünschten Anteile an Vitaminen und Mineralsalzen enthält.

Beispiel 9

In das Gefäß, welches im Beispiel 1 benutzt wurde, werden 200 kg trockne Torula-Hefe, die 45% Protein enthält, und 8001 Wasser eingeführt. Das Gemisch unterwirft man einer 45 Minuten dauernden Vorerhitzung bei 70° C unter Luftabschluß, gibt dann 150 g Papain und 1 g Cystein zu und bringt die Temperatur im Laufe von 30 Minuten auf 75° C, anschließend zur Inaktivierung des Enzyms auf 102° C. Das Reaktionsgefäß wird nun sofort in eine Zentrifuge entleert, worauf die flüssige Phase im Vakuum konzentriert und anschließend im Zerstäuber getrocknet wird. Man erhält 100 kg Pulver mit 4% Feuchtigkeit.

Das erhaltene Hefehydrolysat ist leicht in Wasser löslich. Analytisch wird ein Gehalt von 78Vo löslichem Protein ermittelt. Bei Aussetzen des Pulvers der Luft von 20° C und 70 % relativer Feuchtigkeit erhöht sich nach 48 Stunden der Feuchtigkeitsgrad von 4 auf 9,8 %.

Beispiel 10

Man führt in das im Beispiel 1 angegebene Gefäß 1000 kg eines Rahms lebender Torula-Hefe, bestehend aus 200 kg Trockenhefe und 800 kg Wasser, ein und unterwirft den Rahm einer 30 Minuten langen Vorerhitzung bei 65° C unter Luftabschluß, worauf 200 g Papain und 1 g Cystein zugegeben werden. Die Temperatur wird nun im Laufe von 20 Minuten auf 70° C gebracht, sodann in 10 Minuten zur Enzyminaktivierung auf 102° C erhitzt. Hierauf wird das Reaktionsgefäß sofort in eine Zentrifuge entleert, wodurch 4 kg Lipide sowie aus dem Innern der Hefekultur stammende Verunreinigungen, die leichter als Wasser sind, entfernt werden. Man homogenisiert die aus der Zentrifuge austretende wäßrige, pastöse Phase, trocknet sie auf Walzen und zerkleinert das Trockengut aufs Feinste. Man erhält 200 kg eines teilweise (etwa 40%) in Wasser löslichen Pulvers, das 48 % Protein enthält. Setzt man das Pulver einer 48stündigen Einwirkung von Luft von 2O⁰C und 70 % relativer Feuchtigkeit aus, so steigt der Feuchtigkeitsgrad von 6 auf 9,5 %. Versuche an Ratten zeigen, daß dieses Pulver einen Nährwert aufweist, der um 25 % höher ist als derjenige eines durch eine einfache Trocknung erhaltenen Hefepulvers.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung nichthydroskopischer Eiweißabbauprodukte durch Teilhydrolyse denaturierter Eiweißstoffe im wäßrigen Medium mittels durch Reduktionsmittel wie Schwefelwasserstoff aktivierter proteolytischer Enzyme bei Temperaturen von mindestens 50° C und einem pH von mindetsens 5 zu wasserlöslichen Polypeptiden, dadurch gekennzeichnet, daß man

(A) die Eiweißstoffe vor der Enzymbehandlung durch ein etwa 5 bis 60 Minuten langes Erhitzen im wäßrigen Medium bei 60 bis 90° C, vorzugsweise 65 bis 85° C, denaturiert.

(C) die Hydrolyse bei Temperaturen zwischen 60 und 90⁰C, vorzugsweise 65 bis 85⁰C, und einem pH von 6,5 bis 7,8, vorzugsweise 6,8 bis 7,0, in etwa 5 bis 60 Minuten durchführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man während der Stufe (A) die flüssigen Fettstoffe und nach Beendigung der Stufe (C) die unerwünschten unlöslichen Stoffe entfernt.