DE202014011179U1 - Ultrafiltrationspermeat mit einem hohen Gehalt an PA1b-Fraktion - Google Patents

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Abstract

Ultrafiltrationspermeat mit einem hohen Gehalt an PA1b-Fraktion, erhältlich nach einem Verfahren umfassend:
a) einen Schritt der Herstellung von löslichen Fraktionen, der umfasst:
(i) Bilden einer Stärkemilch, indem Erbsenmehl und Wasser in einem Kneter vermischt werden,
(ii) Bilden eines Produkts mit hohem Proteingehalt, indem aus der Stärkemilch aus Schritt (i) Stärke und Fasern entfernt werden,
(iii) Durchführen einer Flockung mittels thermischer Koagulation an dem Produkt mit hohem Proteingehalt aus Schritt (ii),
(iv) Dekantierzentrifugieren des Produkts aus Schritt (iii), das zu ausgeflockten Feststoffen und einem Überstand führt, der als lösliche Fraktionen bezeichnet wird,
b) einen Schritt der Mikrofiltration oder Zentrifugation von löslichen Erbsenfraktionen, der zu einem Mikrofiltrationspermeat oder einem Zentrifugationsüberstand führt,
c) gefolgt von einem Schritt der Ultrafiltration des Mikrofiltrationspermeats oder Zentrifugationsüberstands, der zu einem Ultrafiltrationspermeat mit einem hohen Gehalt an PA1b-Fraktion und einem Ultrafiltrationsretentat führt.

Description

  • Beschrieben wird ein innovatives Verfahren zum Fraktionieren von löslichen Erbsenfraktionen, das einen Mikrofiltrations- oder Zentrifugationsschritt und anschließend einen Ultrafiltrationsschritt und einen optionalen Umkehrosmoseschritt umfasst. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Übergang von Proteinen in die löslichen Fraktionen verringert und die Ausbeute des unitären Konzentrationsschrittes durch Verdampfen der löslichen Fraktionen verbessert wird, und die interessierenden Proteine können selektiv abgetrennt werden. Es handelt sich zudem um ein einfach auszuführendes Verfahren, wobei die in jedem einzelnen Schritt verwendeten Vorrichtungen herkömmlich und dem Fachmann wohlbekannt sind.
  • Seit den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts sind Erbsen die Hülsenfrüchte, die in Europa am häufigsten und hauptsächlich in Frankreich angebaut werden, insbesondere als Proteinquelle für Tierfutter, jedoch auch als Lebensmittel für den menschlichen Verzehr. Die Erbse enthält etwa 27 Gew .-% Eiweiße. Der Begriff «Erbse» ist hier in seinem weitesten Sinn zu verstehen und umfasst insbesondere alle Wildtyp-Sorten von «Palerbse» («Smooth Pea») und alle mutierten Arten von «Palerbse» und «Markerbse» («Wrinkled Pea»), unabhängig von den Verwendungszwecken, für die diese Sorten gewöhnlich vorgesehen sind (Lebensmittel für den menschlichen Verzehr, Tiernahrung und/oder andere Verwendungen).
  • Von den Erbsenbestandteilen werden derzeit Stärke, Fasern und Proteine am häufigsten genutzt, die auch als wertvolle Bestandteile bezeichnet werden. Das entsprechende Gewinnungsverfahren besteht darin, zunächst eine Stärkemilch herzustellen, indem Erbsenmehl und Wasser in einem Kneter vermischt werden. Nach der Gewinnung der Stärke und der Fasern aus der Milch erhält man ein Produkt mit hohem Proteingehalt. Anschießend wird an der Milch eine Flockung durchgeführt, insbesondere durch thermische Koagulation, deren Zweck darin besteht, das oder die interessierende(n) Protein(e) unlöslich zu machen. Es ist in dieser Stufe des Verfahrens erforderlich, eine Trennung durchzuführen, insbesondere durch Dekantierzentrifugation, um eine Zusammensetzung mit sehr hohem Proteingehalt, auch «Floc» genannt, zu isolieren. Bei dem Überstand handelt es sich um das, was der Fachmann üblicherweise als «lösliche Fraktionen» bezeichnet.
  • Zunächst ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei dem Begriff «lösliche Fraktionen» insofern um einen missverständlichen Sprachgebrauch handelt, als die Fraktion eine gewisse Anzahl an unlöslichen Partikeln enthält, wie verschiedene und unterschiedliche Kolloide, aber auch vor allem Proteine. Die löslichen Fraktionen müssen zunächst durch Verdampfen konzentriert werden, damit die darin enthaltenen unlöslichen Stoffe (und insbesondere die Proteine) gewonnen werden können. Die löslichen Fraktionen werden bisher kaum genutzt; sie werden fast ausschließlich als Stickstoffquelle bei der Fermentation und nach Anreicherung der Fraktionen mit Fasern als Futtermittel für Nutztiere verwendet.
  • Die Anmelderin hat kürzlich anhand der französischen Patentanmeldungen Nr. 09 51962 und 12 57680 ein Verfahren zum Extrahieren von β-Amylasen aus einer löslichen, aus einer stärkehaltigen Pflanze, Erbsen eingeschlossen, gewonnenen Fraktion geschützt, wobei das Verfahren einen Mikrofiltrationsklärungsschritt und einen Ultrafiltrationskonzentrations-/Reinigungsschritt umfasst.
  • Allerdings ist zu beachten, dass die Gesamtausbeute des Verfahrens, das ausgehend von der Erbse zu der proteinreichen Zusammensetzung (dem Floc) führt, bei weitem nicht 100% erreicht. Es wird angenommen, dass die löslichen Fraktionen im industriellen Maßstab zwischen 5 und 25 % und allgemeiner etwa 20 Gew.-% der ursprünglich in den anfänglich eingesetzten Erbsen enthaltenen Proteine aufweisen. Dieser massive Verlust an Proteinen über die löslichen Fraktionen ist nicht ohne eine Reihe von Nachteilen.
  • Der erste Nachteil ist ein Verlust von interessierenden Proteinen, die derzeit nur über den Protein-Floc aus dem Dekantierschritt gewonnen werden. Wenn der Proteinanteil, der in den löslichen Fraktionen enthalten ist, insgesamt isoliert werden könnte, könnte er vorteilhaft in den Protein-Floc eingebracht oder überführt werden, um diesen anzureichern.
  • Das zweite Problem, das das Verfahren in seiner jetzigen Form aufwirft, ist eine sehr mäßige Ausbeute in dem unitären Schritt der Konzentration durch Verdampfen der löslichen Fraktionen: Der Proteinanteil ist so groß, dass das Phänomen des Verschmutzens des Verdampfers signifikant ist und häufige Unterbrechungen für die Reinigung erfordert. Proteine koagulieren nämlich aufgrund ihrer Wärmeempfindlichkeit und neigen dazu, die Verdampfungsanlagen zuzusetzen.
  • Es haben schließlich und gemäß einem dritten Aspekt neuere Arbeiten gezeigt, dass ein Teil der Proteine aus der löslichen Fraktion (die PA1b-Fraktion genannten Fraktion) vorteilhaft bei der Herstellung eines Insektizids eingesetzt werden kann: Dies ergibt sich aus der Lehre des Dokuments FR 2 778 407 A1 . Es besteht daher auch ein technisches Interesse, eine oder mehrere Proteinfraktionen aus den löslichen Fraktionen selbst selektiv zu isolieren.
  • Nach Kenntnis der Anmelderin wurde diese Problemstellung nie als Ganzes angegangen, d.h. mit dem Ziel, Lösungen zur Lösung des oben genannten dreifachen technischen Problems zu finden. Das Dokument «Pilot scale recovery of proteins from a pea whey discharge by ultrafiltration » (Lei (Leigh) Gao, Khai D. Nguyen und Alphonsus C. Utioh, Lebensm.-Wiss. u.-Technol., Band 34, Seiten 149-158, 2001) betrifft die Gewinnung von Erbsenproteinen durch Zentrifugation und anschließende Ultrafiltration. Die Patentanmeldung WO2006/052003 bezieht sich ihrerseits auf ein Verfahren zur Herstellung von löslichen Polypeptiden, die aus einem flüssigen Abstrom der Erbsenumwandlung stammen, durch Membranfiltration und anschließender Trocknung.
  • Auf der Suche nach einer globalen Lösung zur Optimierung der Ausbeute der Proteinextraktion aus Erbsen ist es der Anmelderin gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem das dreifache technische Problem gelöst werden konnte:
    • - Vermindern des Übergangs von Proteinen in die löslichen Fraktionen,
    • - Verbessern der Ausbeute des unitären Konzentrationsschrittes durch Verdampfen von löslichen Fraktionen,
    • - selektives Isolieren der interessierenden Proteine in löslichen Fraktionen.
  • Dieses Verfahren beruht auf der Abfolge verschiedener Schritte der Trennung der löslichen Fraktionen a) durch Zentrifugation oder Mikrofiltration, b) dann Ultrafiltration und c) schließlich gegebenenfalls Umkehrosmose.
  • Auf sehr vorteilhafte Weise ermöglicht die sequentielle Durchführung dieser Schritte, dass an jeder Filtrationseinheit eine interessierende Proteinfraktion isoliert werden kann. Typischerweise werden Globuline und Phytinsäure in dem Mikrofiltrationsretentat oder Zentrifugationspellet (oder Sediment) gewonnen. Das Mikrofiltrationspermeat oder der Zentrifugationsüberstand durchläuft dann einen Ultrafiltrationsschritt: Albumine bilden dabei den Großteil der Trockensubstanz des Ultrafiltrationsretentats, wobei das Permeat einem optionalen Umkehrosmoseschritt unterzogen werden sollte. Letztere ermöglicht einerseits die Isolierung einer Fraktion mit einem hohen Anteil an Kohlenhydraten vom α-Galactosid-Typ im Retentat und andererseits von Aminosäuren, Kohlenhydraten und anderen Salzen, die im Permeat enthalten sind. Es wird auf die schematische Darstellung von 1 dieser Anmeldung verwiesen.
  • Die weiteren 2 bis 5 veranschaulichen die Ergebnisse und ein elektrophoretisches Profil, die in den in dieser Anmeldung beispielhaft aufgezeigten Tests erhalten wurden.
  • Hierdurch wird eine sehr präzise Trennung von verschiedenen Klassen von interessierenden Proteinen erzielt, die anschließend in einer bestimmten Anwendung verwertet werden können. Besonders vorteilhaft ist, dass das Mikrofiltrationsretentat und das bei der Zentrifugation entstehende Sediment reich an Phytinsäure sind. Diese Säure hemmt die Absorption verschiedener Kationen (Zn, Cu, Co, Mn, Ca, Fe) durch Bildung unlöslicher Salze (Phytate). Diese Eigenschaft wird in der Önologie genutzt: Die Behandlung mit Calciumphytat ist die einzige Behandlung, die (in Frankreich) zum Entfernen von Eisen aus Rotweinen zugelassen ist.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist das Retentat aus dem Umkehrosmoseschritt besonders reich an α-Galactosid, aber auch an der sogenannten PA1b-Fraktion, die direkt bei der Herstellung von Insektiziden vollständig biologischer Herkunft (wie in der oben genannten Druckschrift FR 2 778 407 offenbart) eingesetzt wird. Darüber hinaus können alle oder ein Teil der Fraktionen, die reich an den verschiedenen interessierenden Proteinen sind und in jedem einzelnen Filtrationsschritt erhalten werden, nach dem Dekantierzentrifugationsschritt zum Floc geleitet werden. Hierdurch wird der Proteingehalt des Floc erhöht.
  • Schließlich kann das aus der Umkehrosmose resultierende Endpermeat, das vorteilhaft Aminosäuren, Kohlenhydrate und andere Salze, Partikel von sehr geringer Größe, enthält, leicht mit Hilfe eines Verdampfers konzentriert werden, ohne dass in Bezug auf Verstopfung Probleme auftreten, die häufige Produktionsstillstände für Reinigungseingriffe oder gar Gerätewechsel erfordern.
  • Ein erster Aspekt besteht daher aus einem Verfahren zur Behandlung von löslichen Erbsenfraktionen, das umfasst:
    1. a) einen Schritt der Mikrofiltration oder Zentrifugation der löslichen Fraktionen, der zu einem Mikrofiltrationspermeat oder einem Zentrifugationsüberstand führt,
    2. b) gefolgt von einem Schritt der Ultrafiltration des Mikrofiltrationspermeats oder Zentrifugationsüberstands, der zu einem Ultrafiltrationspermeat und einem Ultrafiltrationsretentat führt,
    3. c) gefolgt von einem optionalen Schritt der Umkehrosmose des Ultrafiltrationspermeats, der zu einem Permeat und einem Retentat aus der Umkehrosmose führt.
  • Eines der neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung besteht darin, lösliche Erbsenfraktionen, die a priori keine wertvollen Zusammensetzungen sind, einer bestimmten Anzahl von Verarbeitungsschritten zu unterziehen, um ihren Inhalt aufzuwerten. Diese Art von Verfahren, bei der einzelne Behandlungsschritte direkt auf lösliche Fraktionen angewendet werden, sind klar von Verfahren nach dem Stand der Technik zu unterscheiden, die auf dieselben Einzelschritte zurückgreifen können, jedoch um:
    • - entweder Erbsenproteine ohne lösliche Fraktionen zu behandeln, um die Erbsenproteine zu reinigen,
    • - oder die Erbenproteine, die noch lösliche Fraktionen enthalten, zu behandeln, um gerade eine Trennung zwischen Proteinen und löslichen Fraktionen zu erzielen.
  • Der erste Schritt des beschriebenen Verfahrens ist demnach ein Schritt a) der Mikrofiltration oder Zentrifugation, der direkt an den löslichen Erbsenfraktionen, wie sie aus dem Dekantierzentrifugationsschritt erhalten wurden, erfolgt. In diesem Schritt soll insbesondere eine Proteinfraktion mit einem hohen Gehalt an Globulinen isoliert werden.
  • Die Mikrofiltration der löslichen Erbsenfraktionen führt zu einem Permeat und einem Retentat der Mikrofiltration. Es ist das Permeat, das dann in dem nachfolgenden Schritt b) der Ultrafiltration behandelt wird. Die Zentrifugation der löslichen Erbsenbestandteile führt hingegen zu einem Überstand und einem Sediment der Zentrifugation. Es ist der Überstand, der dann in dem nachfolgenden Schritt b) der Ultrafiltration behandelt wird.
  • Wenn der erste Schritt eine Mikrofiltration ist, handelt es sich bei diesem vorzugsweise um eine Tangentialflussmembranmikrofiltration. Insbesondere wird die Tangentialflussmembranmikrofiltration vorzugsweise mit Keramikmembranen realisiert, die eine Porosität von 0,01 bis 1 µm und vorzugsweise von 0,05 bis 0,5 µm aufweisen.
  • Optional kann vor dem ersten Schritt der Mikrofiltration oder Zentrifugation ein Schritt der Flockung von unlöslichen Partikeln, die in der löslichen Fraktion von Stärkepflanzen enthalten sind, mit Hilfe von beliebigen, dem Fachmann bekannten Verfahren ausgeführt werden.
  • Der zweite Schritt des beschriebenen Verfahrens besteht aus einem Schritt b) der Ultrafiltration, der an dem Mikrofiltrationspermeat oder Zentrifugationsüberstand durchgeführt wird. Hierdurch kann einerseits ein Ultrafiltrationsretentat, das reich an Albuminen ist, und andererseits ein Permeat erhalten werden, das reich an der so genannten PA1b-Fraktion ist, die wie oben bereits erwähnt bei der Herstellung von Insektiziden verwendet werden kann. Daher kann das gesamte Permeat für diese Insektizidanwendung eingesetzt werden; es ist nicht erforderlich, dieses übermäßig zu behandeln/trennen.
  • Es ist insbesondere empfehlenswert, die Ultrafiltration mit Hilfe von Membranen zu realisieren, die eine Ausschlussgrenze (Cut-Off) zwischen 0,1 und 0,5 µm aufweisen, wobei der Transmembrandruck unter 4 bar gehalten wird.
  • Schließlich umfasst das Verfahren einen dritten Schritt c) der optional ist, jedoch vorzugsweise ausgeführt wird: Es handelt sich um einen Umkehrosmoseschritt, der an dem Ultrafiltrationspermeat durchgeführt wird.
  • Die Anmelderin empfiehlt, die Umkehrosmose mit Hilfe von Membranen auszuführen, die eine Ausschlussgrenze zwischen 100 und 500 Da aufweisen.
  • Durch die folgenden Beispiele kann die Anmeldung besser veranschaulicht werden, ohne dass jedoch ihr Umfang eingeschränkt wird.
  • BEISPIELE
  • Beispiel 1
  • Dieses Beispiel veranschaulicht die Effektivität einer Kombination aus Mikrofiltration und Ultrafiltration, um in einem ersten Schritt ein Mikrofiltrationsretentat mit einem hohen Anteil an Globulinen und in einem zweiten Schritt ein Ultrafiltrationspermeat mit einem hohen Anteil an Kohlenhydraten zu erhalten.
  • Zunächst wird die lösliche Erbsenfraktion hergestellt.
  • Zuerst werden geschälte Futtererbsen in einer Hammermühle vom Typ ALPINE zu Erbenmehl zerkleinert, die mit einem 100 pm-Gitter ausgestattet ist. 300 kg Mehl mit 87 % Trokkensubstanz werden dann in einer auf das Trockengewicht bezogenen Endkonzentration von 25 % in Wasser bei einem pH-Wert von 6,5 eingeweicht. 1044 kg Mehlsuspension mit 25 % Trockensubstanz (d.h. 261 kg Trockenmehl) werden dann mit 500 kg Wasser in eine aus 14 Stufen bestehende Reihe von Hydrozyklonen eingebracht. Es wird mit der Mehlsuspension in Stufe Nr. 5 zugeführt. Diese Trennung führt zur Bildung einer leichten Phase, die dem Auslass der Stufe Nr. 1 entspricht. Sie besteht aus einem Gemisch von Proteinen, inneren Fasern und löslichen Stoffen.
  • Die leichte Phase am Auslass der Hydrozyklone umfasst ein Gemisch (insgesamt 142 kg Trockensubstanz): Fasern (ca. 14,8 Gew.-%, d.h. 21 kg Trockensubstanz), Proteine (ca. 42,8 Gew.-%, d.h. 60,8 kg Trockensubstanz) und lösliche Stoffe (ca. 42,4 Gew.-%, d.h. 60,2 kg Trockensubstanz). Diese Fraktion weist einen Trockensubstanzgehalt von 11,4 % auf. Die Fasertrennung erfolgt auf WESTFALIA-Dekantierzentrifugen, die in einer industriellen Stärkeverarbeitungsanlage zur Verarbeitung von Kartoffeln eingesetzt werden. Die leichte Phase am Auslass der Dekantierzentrifuge enthält ein Gemisch aus Proteinen und löslichen Substanzen, wohingegen die schwere Phase die Erbsenfasern enthält. Die schwere Phase enthält 105 kg Fasern mit 20 % Trockensubstanz. Es ist ersichtlich, dass sich fast alle Fasern in dieser Fraktion befinden.
  • Was die Fraktion aus Proteinen und löslichen Stoffen anbelangt, enthält diese 1142 kg eines Lösungsgemisches aus löslichen Stoffen und Proteinen (Fraktion mit 6 % Trockensubstanz). Die Flockung der Proteine erfolgt an ihrem isoelektrischen Punkt, indem die leichte Phase am Auslass der Dekantierzentrifuge auf einen pH-Wert von 4,5 eingestellt und auf 50°C erwärmt wird.
  • Die auf diese Weise ausgeflockten Proteine werden für 10 Minuten in einem Reifungsbehälter belassen. Nach der Ausfällung der Proteine erfolgt eine Dekantierzentrifugation, durch die nach dem Trocknen ein Sediment erhalten werden kann, das 56 kg Proteine (86% von Nx6,25 im trockenen Zustand) mit 93% Trockensubstanz enthält.
  • Man verfährt auf diese Weise bis man 2500 Liter lösliche Erbsenbestandteile erhalten hat, wobei der pH-Wert durch Zugabe von Natriumhydroxid (50 %) auf 7,0 eingestellt wird. Die Temperatur der auf diese Weise erhaltenen Suspension wird auf 70°C eingestellt. Die Zusammensetzung der auf diese Weise erhaltenen Suspension (SOLF_1) ist in der Tabelle 1.1 angegeben. Tabelle 1.1
    SOLF_1
    Trockensubstanzgehalt 2,5 g auf 100 g
    Proteingehalt (N×6,25) 27 g auf 100 g Trockensubstanz
    Aschegehalt 16 g auf 100 g Trockensubstanz
    Gehalt an Kohlenhydraten insgesamt 47 g auf 100 g Trockensubstanz
    davon:
    Raffinose 4,0 g auf 100 g Trockensubstanz
    Stachyose 13,4 g auf 100 g Trockensubstanz
    Verbacose 15,1 g auf 100 g Trockensubstanz
    Andere 10 g auf 100 g Trockensubstanz
  • Die Lösung wird durch eine Mikrofiltrationseinheit gepumpt, die mit Keramikmembranen vom Typ Inside Ceram® mit einer Ausschlussgrenze von 0,14 µm (19 Kanäle von 4,5 mm) ausgestattet ist. Während der gesamten Filtration wird die Temperatur auf 60°C geregelt und der Transmembrandruck auf einem Wert zwischen 0,4 und 0,6 bar gehalten.
  • Auf diese Weise werden 707 Liter Mikrofiltrationspermeat (P014_1) und 1768 Liter Mikrofiltrationsretentat (R014_1) gewonnen. Die Zusammensetzungen dieser Fraktionen sind jeweils in Tabelle 1.2 angegeben. Tabelle 1.2
    P014_1 R014_1
    Trockensubstanzgehalt 2,5 2,5 %
    Proteingehalt (N×6,25) 26,5 27,2 g / 100 g Trockensubstanz
    Aschegehalt 21,0 14,0 g / 100 g Trockensubstanz
    Gehalt an Kohlenhydraten insgesamt 45,0 47,0 g / 100 g Trockensubstanz
    Andere 7,5 11,8 g / 100 g Trockensubstanz
  • 550 Liter Permeat (P014_1) werden durch eine Ultrafiltrationseinheit gepumpt. Die Ultrafiltrationseinheit ist mit Keramikmembranen vom Typ KERASEP® BX ausgestattet, die von der Firma NOVASEP vertrieben werden und eine Ausschlussgrenze von 15kDa (7 Kanäle von 6 mm) aufweisen. Während der gesamten Filtration wird die Temperatur auf 60°C geregelt und der Transmembrandruck auf einem Wert zwischen 1 und 3 bar gehalten.
  • Auf diese Weise erhält man 467 Liter Ultrafiltrationspermeat (P15_1) und 33 Liter Retentat (R15_1). Die Zusammensetzungen dieser Fraktionen sind in der Tabelle 1.3 angegeben. Tabelle 1.3
    15_1 R15_1
    Trockensubstanzgehalt 2,2 7,2 %
    Proteingehalt (N×6,25) 5,0 75,1 g / 100 g Trockensubstanz
    Aschegehalt 3,6 10,3 g / 100 g Trockensubstanz
    Gehalt an Kohlenhydraten insgesamt 2,6 12,5 g / 100 g Trockensubstanz
    Andere 8,8 2,1 g / 100 g Trockensubstanz
  • Beispiel 2
  • Im Vergleich zum vorherigen Beispiel zeigt dieses Beispiel den Vorteil der Diafiltration zur Optimierung der Anreicherung des Retentats.
  • 600 Liter lösliche Erbsensubstanzen, die aus dem Verfahren der isoelektrischen Koagulation stammen, werden durch Zugabe von 50 %igem Natriumhydroxid auf einen pH von 7,0 eingestellt. Die Temperatur der auf diese Weise erhaltenen Suspension wurde auf 60°C gebracht. Die Zusammensetzung der Suspension entspricht der oben in Tabelle 1.1 angegebenen Zusammensetzung.
  • Die Lösung wird durch eine Mikrofiltrationseinheit gepumpt, die mit Keramikmembranen vom Typ Inside Ceram® mit einer Ausschlussgrenze von 0,14 µm (19 Kanäle von 4,5 mm) ausgestattet ist. Während der gesamten Filtration wird die Temperatur auf 60°C geregelt und der Transmembrandruck auf einem Wert zwischen 0,4 und 0,6 bar gehalten.
  • Hierdurch werden 160 Liter Mikrofiltrationspermeat (P014_2) und 400 Liter Mikrofiltrationsretentat (R0142) gewonnen.
  • 110 Liter Permeat (P014_2) werden durch eine Ultrafiltrationseinheit gepumpt. Die Ultrafiltrationseinheit ist mit Keramikmembranen vom Typ KERASEP® BX ausgestattet, die von der Firma NOVASEP vertrieben werden und eine Ausschlussgrenze von 15 kDa (7 Kanäle von 6 mm) aufweisen. Die gesamte Retentatfraktion wird kontinuierlich durch den Zulauf rückgeführt und das Permeat abgeführt. Der Zulauf wird mit einem permanenten Wasserstrom in einer Menge von 1 Volumen Wasser auf 7 Volumina des abgeführten Permeats ergänzt. Während der gesamten Filtration wird die Temperatur auf 60°C geregelt und der Transmembrandruck wird auf einem Wert zwischen 2 und 3 bar gehalten.
  • Auf diese Weise werden 107 Liter Ultrafiltrationspermeat (P15_2) und 7 Liter Retentat (R15_2) gewonnen. Das Retentat (R15_2) wird sprühgetrocknet. Die Zusammensetzung der analysierten Fraktionen ist in Tabelle 2.1 angegeben. Tabelle 2.1
    P15_2 R15_2
    Trockensubstanzgehalt 3,3 11,0 %
    Proteingehalt (N×6,25) 15,8 81,7 g / 100 g Trockensubstanz
    Aschegehalt 20,4 10,3 g / 100 g Trockensubstanz
    Gehalt an Kohlenhydraten insgesamt 51,0 6,8 g / 100 g Trockensubstanz
    Andere 12,8 1,2 g / 100 g Trockensubstanz
  • Beispiel 3
  • Dieses Beispiel veranschaulicht die vorteilhafte Wirkung der Umkehrosmose zur Entmineralisierung und zur Erhöhung der Gesamtkonzentration an interessierenden Kohlenhydraten des Ultrafiltrationspermeats.
  • 150 Liter lösliche Erbsensubstanzen werden nach der in Beispiel 2 beschriebenen Vorgehensweise behandelt. Man erhält dadurch 60 Liter Ultrafiltrationspermeat (P15_3), die dann durch eine Umkehrosmoseeinheit gepumpt werden, die mit organischen Spiralmembranen vom Typ OSMONICS DESAL® ausgestattet ist, die von General Electric Company vertrieben werden und eine Ausschlussgrenze von 350 Da aufweisen. Die gesamte Retentatfraktion wird kontinuierlich durch den Zulauf rückgeführt und das Permeat abgeführt. Während der gesamten Filtration wird die Temperatur auf 50°C geregelt und der Druck auf einem Wert von etwa 20 bar gehalten. Dabei werden 5 Liter Retentat (R350_3) gewonnen. Die Zusammensetzung der verschiedenen Fraktionen ist in Tabelle 3.1 angegeben. Tabelle 3.1
    P15_3 R350_3
    Trockensubstanzgehalt 2,2 14 g / 100 g
    Proteingehalt (N×6,25) 14,5 9 g / 100 g Trockensubstanz
    Aschegehalt 20 6 g / 100 g Trockensubstanz
    Gehalt an Kohlenhydraten insgesamt 56 65 g / 100 g Trockensubstanz
    Raffinose 4,5 6,0 g / 100 g Trockensubstanz
    Stachyose 18,0 19,1 g / 100 g Trockensubstanz
    Verbacose 16,9 21,0 g / 100 g Trockensubstanz
    Andere 16,5 12,0 g / 100 g Trockensubstanz
  • Beispiel 4
  • Es wird die pH-abhängige Löslichkeit der in Beispiel 2 erhaltenen sprühgetrockneten Fraktion R15 2 gemessen. Sie wird mit der eines Erbsenproteinisolats vom Typ Nutralys® F85M verglichen, das von der Anmelderin vertrieben wird.
  • Die Löslichkeit wird als gleich der Trockensubstanz eines Zentrifugationsüberstandes (15 min bei 3000 g) einer Suspension mit einem gegebenen pH-Wert angesehen, die durch Homogenisierung von 5 g Produkt in 100 g Wasser hergestellt wurde. 2 zeigt die Löslichkeit der beiden Produkte in Abhängigkeit vom pH-Wert. Die R15_2-Fraktion weist eine bessere Löslichkeit auf als Nutralys® F85M. Die bessere Löslichkeit ist für Energieformulierungen im Sportbereich von Vorteil.
  • Beispiel 5
  • Das Emulgiervermögen der in Beispiel 2 erhaltenen sprühgetrockneten Fraktion R15_2 wird in Abhängigkeit vom pH-Wert gemessen. Es wurde mit dem eines Erbsenproteinisolats vom Typ Nutralys® F85M verglichen.
  • Die emulgierende Wirkung des Produktes wird aus dem verbleibenden Emulsionsvolumen (in %) nach Dispergierung in einem Wasser-Öl-Gemisch bei einem gegebenen pH-Wert und anschließender Zentrifugation bestimmt. Die emulgierende Wirkung des Produktes wird aus dem verbleibenden Emulsionsvolumen (in %) nach Dispergierung in einem Wasser-Öl-Gemisch bei einem gegebenen pH-Wert und anschließender Zentrifugation nach der Methode von YASUMATSU et al. (1972) bestimmt, die von NACZK M., RUBIN L.J., SHAHIDIF., Functional properties and phytate content of pea protein preparations, Journal of Food Science, Band 51 Nr. 5, 1986, S. 1245-1247 beschrieben wurde.
  • Aus 3 ist ersichtlich, dass die Fraktion R15_2 bei pH 4,5 und 5,5 das beste Emulgiervermögen aufweist, wobei Nutralys® F85M bei diesem pH-Wert kein Emulgiervermögen hat. Die emulgierenden Eigenschaften können unter anderem auf dem Gebiet der Wurstwaren eingesetzt werden.
  • Beispiel 6
  • Das Schaumvermögen und die Schaumstabilität der in Beispiel 2 erhaltenen sprühgetrockneten Fraktion R15_2 werden bei verschiedenen pH-Werten gemessen. Sie werden mit denen eines Erbsenproteinisolats vom Typ Nutralys® F85M verglichen (siehe 4).
  • Das Schaumvermögen einer Proteinprobe wird nach SUMNER A.K., NIELSEN M.A., YOUNGS C.G., Production and evaluation of pea protein isolate, Journal of Food Science, Band 46, 1981, S. 364-372 ermittelt. Die Abnahme des erhaltenen Schaums errechnet sich aus der prozentualen Abnahme des Schaumvolumens nach 30 Minuten Ruhezeit.
  • Die Schaumbeständigkeit der Fraktion R15_2 ist wesentlich besser als die von Nutralys® F85M. In Eiscreme, Baiser, Kuchen, Brot oder Riegeln mit hohem Proteingehalt wird eine bessere Schaumbeständigkeit in der Tat angestrebt.
  • Beispiel 7
  • Die organoleptischen Eigenschaften der im Beispiel 2 erhaltenen sprühgetrockneten Fraktion R15_2 werden von einer Gruppe von 20 Versuchspersonen bewertet. Sie werden mit einem Erbsenproteinisolat vom Typ Nutralys® F85M verglichen.
  • Für jeden Versuch werden 5 g Produkt in 150 ml Wasser verdünnt und in einem Wasserbad bei 50°C gehalten.
  • Die Fraktion R15_2 ist im Vergleich zu Nutralys® F85M geruchsneutraler und geschmacksneutraler.
  • Tabelle 7.1 listet die Deskriptoren auf, die von den Versuchspersonen während der Analyse vorgeschlagen wurden. Tabelle 7.1
    R15_2 Nutralys® F85M
    Geruch neutral, nahezu neutral pflanzlich, fermentiert
    Geschmack neutral bis fast neutral bitter
  • Beispiel 8
  • Der großtechnische Strom eines Teils der vorkonzentrierten Erbsenlöslichen mit 10 % Trokkensubstanz (SOPPr) wird aus den Endkonzentrationsschritten abgeleitet, die ihn auf 28% Trockensubstanz bringen sollen, um einen Pilotkreislauf zu speisen, bestehend aus:
    • • einer Dekantierzentrifugationseinheit vom Typ Westfalia® CA-505, die auf eine Beschleunigung von 3600 g eingestellt ist und mit etwa 12 m3/h gespeist wird. Hierdurch werden kontinuierlich 11 m3/h einer Overflow-Fraktion (OVF), die wieder in den Kreislauf der Konzentration der löslichen Substanzen stromabwärts der Entnahmestelle der SOPPr-Fraktion zurückgeführt wird, und 600 kg/h Sediment (SED), das vor dem Trocknen mit dem Proteinisolat vermischt wird, gebildet;
    • • einer Ultrafiltrationseinheit mit Keramikmembranen vom Typ KERASEP® BW, die von der Firma NOVASEP im Handel sind und eine Ausschlussgrenze von 5 kDa (19 Kanäle von 3,5 mm) aufweisen. Diese wird diskontinuierlich von einem Teil des im vorherigen Schritt erzeugten Overflow-Volumens (OVF) gespeist.
  • Die gesamte Retentatfraktion wird kontinuierlich durch den Zulauf rückgeführt und das Permeat wird abgeführt. Der Zulauf wird mit einem permanenten Wasserstrom in einer Menge von 1 Volumen Wasser auf 5 Volumina des abgeführten Permeats ergänzt. Während der gesamten Filtration wird die Temperatur auf 60°C geregelt und der Transmembrandruck wird auf einem Wert zwischen 2 und 3 bar gehalten. Es entstehen 2 Fraktionen: Retentat (RET) und Permeat (PERM).
  • Die Zusammensetzung der verschiedenen Fraktionen ist in den Tabellen 8.1 und 8.2 angegeben. Tabelle 8.1
    SOPPr OVF SED
    Trockensubstanzgehalt 10 8 25 g/100g
    Proteingehalt (N×6,25) 30 29 72 g / 100 g Trockensubstanz
    Aschegehalt 13 14 4 g / 100 g Trockensubstanz
    Gehalt an Kohlenhydraten insgesamt 44 45 12 g / 100 g Trockensubstanz
    Raffinose 5 4 - g / 100 g Trockensubstanz
    Stachyose 14 13 - g / 100 g Trockensubstanz
    Verbacose 13 15 - g / 100 g Trockensubstanz
    Andere 13 12 12 g / 100 g Trockensubstanz
    Tabelle 8.2
    RET PERM
    Trockensubstanzgehalt 14 5 g / 100 g
    Proteingehalt (N×6,25) 84 3 g / 100 g Trockensubstanz
    Aschegehalt 5 19 g / 100 g Trockensubstanz
    Gehalt an Kohlenhydraten insgesamt Raffinose 3 61 g / 100 g Trockensubstanz
    - 5 g / 100 g Trockensubstanz
    Stachyose - 18 g / 100 g Trockensubstanz
    Verbacose - 20 g / 100 g Trockensubstanz
    Andere 8 17 g / 100 g Trockensubstanz
  • Beispiel 9
  • Ein elektrophoretisches Profil, das in 5 dargestellt ist, wurde an der in Beispiel 2 erhaltenen sprühgetrockneten Fraktion R15_2, der in Beispiel 1 erhaltenen Fraktion R014_1 und den in Beispiel 8 erhaltenen Fraktionen SED und RET bestimmt. Das Profil wird erzeugt, indem die Probe unter denaturierenden und reduzierenden Bedingungen durch ein Polyacrylamidgel von 20 % laufen gelassen und anschließend mit Coomassie-Blau gefärbt wird. Die entsprechenden Profile sind in 5 dargestellt.
  • Für die Fraktionen R15 2 und RET ist eine deutliche Präsenz von Banden um 14 kDa festzustellen, die den Albuminen PA1 entsprechen, wobei die 30 kDa-Bande Albumindimeren PA2 entspricht. Diese Fraktion ist für eine Nutzung gemäß den Angaben der Druckschrift FR 2 778 407 A1 besonders interessant.
  • Bei den Fraktionen R014_1 und RET überwiegen die Banden um 50 kDa und darüber hinaus, was eine signifikante Präsenz von Globulinen widerspiegelt, die eine Verwertung unter anderem auf dem Gebiet der Tierernährung ermöglicht.
  • Beispiel 10
  • Dieses Beispiel veranschaulicht den positiven Einfluss der Vorbehandlung der löslichen Substanzen auf die Zyklusdauer und somit auf die Nutzbarkeit des Konzentrationsschrittes.
  • Die in Beispiel 8 beschriebene Dekantierzentrifugationseinheit wird konstant betrieben, um den Einfluss auf die Betriebszykluszeit des Schrittes der Konzentration der löslichen Substanzen zu untersuchen. Die Daten werden somit mit denen des Konzentrationsschrittes ohne Vorbehandlung der löslichen Substanzen durch die Dekantiereinheit verglichen. In beiden Fällen werden die Betriebsparameter des Konzentrationssystems (Dampfdurchsatz, Vakuum, erzeugte Temperatur, Trockensubstanz der löslichen Stoffe am Einlass und Auslass) konstant gehalten. Die Zykluszeit ist durch das Zeitintervall zwischen 2 Stopps des Verdampfungssystems zum Waschen gegeben. Der Waschvorgang wurde gestartet, sobald der Durchsatz des Verdampfungskondensats um mehr als 15% gegenüber dem nach vollständiger Reinigung ermittelten Nominalwert (>40 m3/h bei einer Zufuhrrate der löslichen Substanzen von 55 m3/h) gesunken ist. Tabelle 10.1
    Zykluszeit (h)
    Ohne Vorbehandlung der konzentrierten löslichen Stoffe Zyklus 1 72
    Zyklus 2 65
    Zyklus 3 68
    Mit Vorbehandlung der konzentrierten löslichen Stoffe Zyklus 1 86
    Zyklus 2 90
    Zyklus 3 89
  • Die Erfindung betrifft insbesondere die folgenden Punkte:
    • 1- Verfahren zur Behandlung von löslichen Erbsenfraktionen, das umfasst:
      1. a) einen Schritt der Mikrofiltration oder Zentrifugation der löslichen Fraktionen, der zu einem Mikrofiltrationspermeat oder einem Zentrifugationsüberstand führt,
      2. b) gefolgt von einem Schritt der Ultrafiltration des Mikrofiltrationspermeats oder Zentrifugationsüberstands, der zu einem Ultrafiltrationspermeat und einem Ultrafiltrationsretentat führt,
      3. c) gefolgt von einem optionalen Schritt der Umkehrosmose des Ultrafiltrationspermeats, der zu einem Permeat und einem Retentat aus der Umkehrosmose führt.
    • 2- Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Mikrofiltrationsschritt a) um eine Tangentialflussmembranmikrofiltration handelt.
    • 3- Verfahren nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tangentialflussmembranmikrofiltration mit Keramikmembranen realisiert wird, die eine Porosität von 0,01 bis 1 µm und vorzugsweise von 0,05 bis 0,5 µm aufweisen.
    • 4 - Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt a) ein Schritt der Flockung von in der löslichen Erbsenfraktion enthaltenen unlöslichen Partikeln ausgeführt wird.
    • 5 - Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultrafiltrationsschritt b) mit Hilfe von Membranen realisiert wird, die eine Ausschlussgrenze zwischen 0,1 und 0,5 µm aufweisen, wobei der Transmembrandruck unter 4 bar gehalten wird.
    • 6 - Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c) der Umkehrosmose durchgeführt wird.
    • 7 - Verfahren nach Punkt 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehrosmose mit Hilfe von Membranen realisiert wird, die eine Ausschlussgrenze zwischen 100 und 500 Da aufweisen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (5)

  1. Ultrafiltrationspermeat mit einem hohen Gehalt an PA1b-Fraktion, erhältlich nach einem Verfahren umfassend: a) einen Schritt der Herstellung von löslichen Fraktionen, der umfasst: (i) Bilden einer Stärkemilch, indem Erbsenmehl und Wasser in einem Kneter vermischt werden, (ii) Bilden eines Produkts mit hohem Proteingehalt, indem aus der Stärkemilch aus Schritt (i) Stärke und Fasern entfernt werden, (iii) Durchführen einer Flockung mittels thermischer Koagulation an dem Produkt mit hohem Proteingehalt aus Schritt (ii), (iv) Dekantierzentrifugieren des Produkts aus Schritt (iii), das zu ausgeflockten Feststoffen und einem Überstand führt, der als lösliche Fraktionen bezeichnet wird, b) einen Schritt der Mikrofiltration oder Zentrifugation von löslichen Erbsenfraktionen, der zu einem Mikrofiltrationspermeat oder einem Zentrifugationsüberstand führt, c) gefolgt von einem Schritt der Ultrafiltration des Mikrofiltrationspermeats oder Zentrifugationsüberstands, der zu einem Ultrafiltrationspermeat mit einem hohen Gehalt an PA1b-Fraktion und einem Ultrafiltrationsretentat führt.
  2. Ultrafiltrationspermeat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Mikrofiltrationsschritt a) um eine Tangentialflussmembranmikrofiltration handelt.
  3. Ultrafiltrationspermeat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tangentialflussmembranmikrofiltration mit Keramikmembranen realisiert wird, die eine Porosität von 0,01 bis 1 µm und vorzugsweise von 0,05 bis 0,5 µm aufweisen.
  4. Ultrafiltrationspermeat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt a) ein Schritt der Flockung von in der löslichen Erbsenfraktion enthaltenen unlöslichen Partikeln ausgeführt wird.
  5. Ultrafiltrationspermeat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultrafiltrationsschritt b) mit Hilfe von Membranen realisiert wird, die eine Ausschlussgrenze zwischen 0,1 und 0,5 µm aufweisen, wobei der Transmembrandruck unter 4 bar gehalten wird.
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