DE202019104210U1

DE202019104210U1 - Biologische Verbindungen von natürlichen Huminsäuren / Fulvinsäuren mit Proteinen für den Einsatz als Futterzusatzmittel oder Nahrungsergänzungsmittel

Info

Publication number: DE202019104210U1
Application number: DE202019104210.9U
Authority: DE
Original assignee: Schomburg & Co KG GmbH
Current assignee: Schomburg & Co KG GmbH
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2029-08-01

Abstract

Biologische Verbindung insbesondere für den Einsatz als Futterzusatzmittel oder Nahrungsergänzungsmittel, umfassend
(a) wenigstens eine Huminsäure und/oder wenigstens eine Fulvinsäure;
(b) wenigstens ein Pflanzenprotein oder ein Tierprotein; und
(c) Wasser dadurch gekennzeichnet, dass die Huminsäure und/oder die Fulvinsäure einen Anteil von 30 bis 70% und dass wenigstens eine Pflanzenprotein oder eine Tierprotein einen Anteil von 30 bis 70 % jeweils in Bezug auf die Trockenmasse der biologischen Verbindung haben.

Description

Die Erfindung betrifft innovative biologische Verbindungen von natürlich vorkommenden Huminsäuren / Fulvinsäuren mit nativen Proteinen insbesondere für den Einsatz als Futterzusatzmittel oder Nahrungsergänzungsmittel sowie ein Verfahren zu deren Herstellung sowie die Verwendung der biologischen Verbindungen als Futterzusatzmittel für Tiere, insbesondere für Haustiere und Nutztiere, wie z.B. Schweine oder Geflügel oder als Nahrungsergänzungsmittel für den Menschen.
Im Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellungvon Pflanzenproteinen bekannt. Bspw. fallen bei der industriellen Produktion von Kartoffelstärke aus dem Rohstoff Kartoffelknolle über 75 % Kartoffel-Fruchtwasser (KFW) an, das ca. 2 bis 3 % Kartoffelprotein in Lösung zusammen mit Peptiden, Mineralstoffen, Lipiden, Enzymen und anderen Nährstoffen enthält. Aus dieser höchst instabilen KFW-Lösung wird (sofort) anschließend durch Verfahren basierend auf Wasserdampf-Injektion der hochwertige Anteil des Kartoffelproteins bei 110° C als Wasser-unlösliches Proteinkoagulat ausgefällt, daraufhin im Dekanter von dem KFW abgetrennt, dann bei Temperaturen von i.d.R. 110° C getrocknet und zu einem Pulver vermahlen. Die niedermolekularen Proteinreste, Peptide, Mineralstoffe u.a. bleiben im KFW in Lösung und werden zur Verwendung als Düngemittel durch Eindampfen konzentriert.
Problematisch ist jedoch, dass das nach dem beschriebenen Herstellungsverfahren erzeugte und im Handel erhältliche Kartoffelprotein aufgrund der hohen Produktions- und Trocknungstemperaturen sowie der hohen Scherkräfte bei der Feinvermahlung einen großen Teil des Gehalts seiner essentiellen Aminosäuren verloren hat. Dies zeigt sich an seiner schlechten Verdaulichkeit und einem verminderten Nährwert sowie einer entsprechend verminderten Verdaulichkeit, bzw. Bioverfügbarkeit des prozessierten Kartoffelproteins des Standes der Technik im Vergleich zur Situation in der nativen Kartoffelknolle.
Des Weiteren nachteilig wurden bei der Stärkeproduktion in früheren Jahren das verbleibende Kartoffelfruchtwasser insgesamt durch Zuleitung in den Flüssen entsorgt, wodurch die sogenannten Biologischen Sauerstoff-Bedarf-Werte (BSB) sehr stark anstiegen, so dass zunehmendes Fischsterben die Folge war. Der BSB-Wert gibt dabei die Menge an Sauerstoff an, die zum biotischen Abbau im Wasser vorhandener organischer Stoffe unter bestimmten Bedingungen und innerhalb einer bestimmten Zeit benötigt wird. Er dient u.a. als Parameter zur Beurteilung der Verschmutzung von Gewässern. Erst die EU-weite gesetzliche Verpflichtung (Abwasserabgabegesetze) zwang die Fabriken zur eigenständigen Aufarbeitung der Nebenprodukte, insbesondere KFW.
Die biologische Wertigkeit eines Proteins bzw. eines Proteinprodukts lässt sich aus dessen Aminosäure-Zusammensetzung ermessen, wobei die für die menschliche Ernährung unentbehrlichen, essentiellen Aminosäuren besonders wertvoll sind. Aufgrund seiner idealen Zusammensetzung an essentiellen Aminosäuren hat das Kartoffelprotein die höchste biologische Wertigkeit, angegeben mit 95, die man in Pflanzenproteinen kennt (Hühner-Vollei-Protein als referentielles Maximum ist mit 100 definiert). Dabei gilt: Je höher der Anteil an essentiellen Aminosäuren in der Nahrung ist, desto geringer ist deren benötigte Menge, um den täglichen Bedarf an Protein zu decken.
Die beiden momentan größten deutschen Kartoffelstärkehersteller Emsland GmbH und Südstärke GmbH produzierten im Jahr 2017 über 23.000 Tonnen (t) Kartoffelprotein für Futtermittel. Das entspricht der Proteinmenge von 1915 Millionen Stück Hühnereiern im Stall mit dem Unterschied, dass Kartoffelprotein vegan ist, wobei eine vegane Lebensweise sich aus gesundheitlichen Aspekten zunehmender Beliebtheit erfreut!
Die Huminsäuren und Fulvinsäuren sind als zweite funktionelle Stoffgruppe neben den (nativen) Proteinen, z.B. dem Kartoffelprotein, wichtig für die vorliegende Erfindung.
Huminsäuren und Fulvinsäuren zählen zu den Huminstoffen oder auch Huminen, die in drei verschiedene Fraktionen unterteilt werden, nämlich in Humin, Fulvinsäuren und Huminsäuren. Humin ist der Anteil an Huminstoffen, die in wässrigen Medien und Säuren nicht löslich sind. Fulvinsäuren stellen den Anteil an Huminstoffen dar, die in allen pH-Bereichen löslich sind. Huminsäuren sind dagegen solche Teile von Huminstoffen, die nur in alkalischen Medien löslich sind und bei einer Absenkungdes pH-Werts unter 10 ausfallen.
In der Natur kommen Huminsäuren in den Leonarditschichten der Braunkohle, in Torf und in Humusböden vor als hochmolekulare Verbindungen mit für Huminsäuren typischen aromatischen Grundstrukturen umgeben von Hydroxyl-, Phenol-, Carboxyl-Gruppen, Saccharyl- und Chinon-Komponenten in großerVarianzbreite.
Daneben finden sich die Fulvinsäuren als ähnlich strukturierte Huminstoffe mit deutlich kleineren Molekularmassen, die besser wasserlöslich sind mit stärker saurem Charakter im Vergleich zu Huminsäuren. Beide Substanzgruppen zeigen interessante komplexierende Aktivitäten reversibel mit (Metall-)Kationen sowie auch basischen Stickstoffverbindungen, die für zahlreiche funktionelle Anwendungen von Bedeutung sind.
Huminsäuren und Fulvinsäuren spielen in der Landwirtschaft eine wesentliche Rolle. In vielen Erdböden sind diese Huminstoff-Komponenten vorteilhaft, da sie mit ihrem hohen Wasserbindungsvermögen die Pflanzen reversibel mit Wasser und zugleich mit Nährstoffen, und Spurenelementen versorgen.
Huminsäuren sind außerdem für den Stoffwechsel und die hochkomplexen Verdauungssysteme sowohl für Tiere als auch für Menschen vorteilhaft. Huminsäuren werden nicht metabolisiert, sondern verbleiben im Darmtrakt und schützen vor Infektionen und den Auswirkungen von Krankheitserregern.
Nach neueren Kenntnissen haben sich Huminsäuren als Futtermittelzusatzstoffe für Mastschweine und für die Aufzucht von Ferkeln als besonders wertvoll erwiesen. Wie neueste Fütterungsversuche an der Hochschule Osnabrück (Fachgebiet Tierernährung) gezeigt haben, führte der Einsatz an zugefütterten Huminsäuren zu einer signifikant verbesserten Futteraufnahme der Ferkel-Versuchsgruppe gegenüber der Kontrollgruppemit einer statistisch gesicherten höheren Gewichtszunahme, die vor allem auf den besseren Gesundheitsstatus und eine stabilisierte Darmfunktion bei den Tieren zurückzuführen ist.
Bei dem weltweit stark ansteigenden Bedarf an hochwertigen Proteinen werden in nächster Zeit neue Veredelungsmethoden für die bisher wenig genutzten Pflanzenproteine zunehmend an Bedeutung gewinnen.
Die meisten Pflanzenproteine werden im industriellen Maßstab bis heute vor allem in minderwertiger Futtermittelqualität hergestellt. Speziell das handelsübliche Kartoffelprotein hat aufgrund der hohen Produktionstemperaturen sowie der enormen Scherkräfte bei der Feinvermahlung einen großen Teil des Wertes seiner essentiellen Aminosäuren verloren, erkennbar an seiner eingeschränkten Verdaulichkeit und der entsprechend verminderten Bioverfügbarkeit.
Daher haben sich die Erfinder zur Aufgabe gesetzt, die Bioverfügbarkeit und Verdaulichkeit von Proteinen in den biologische Verbindungen, für den Einsatz als Futterzusatzmittel oder Nahrungsergänzungsmittel zu verbessern.
Die vorstehenden Aufgaben werden durch erfindungsgemäße biologische Verbindungen gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die biologischen Verbindungen, insbesondere für den Einsatz als Futterzusatzmittel oder Nahrungsergänzungsmittel, umfassen:

(a) wenigstens eine Huminsäure und/oder wenigstens eine Fulvinsäure;
(b) wenigstens ein Pflanzenprotein oder ein Tierprotein; und
(c) Wasser.

Die erfindungsgemäßen biologische Verbindungen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Huminsäuren und/oder die Fulvinsäuren einen Anteil von 30 bis 70% und dass wenigstens ein Pflanzenprotein oder ein Tierprotein einen Anteil von 30 bis 70 % jeweils in Bezug auf die Trockenmasse der biologischen Verbindungen haben.
Die erfindungsgemäßen biologischen Verbindungen gemäß der Ausführungsformen mit Pflanzenprotein sind vegan und eignen sich sowohl für eine vegane als auch vegetarische Nahrungsergänzung oder Zufütterung (Futterergänzung/Futterzusatz), wobei sich eine vegane als auch vegetarische Ernährung zunehmender Beliebtheit erfreuen aufgrund ethischer und/oder positiver gesundheitlicher Aspekte. Die erfindungsgemäße biologische Verbindung kann hier einen wertvollen Beitrag leisten, insbesondere im Hinblick auf eine Zufuhr an hochwertigem Protein.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen biologischen Verbindungen ist das Pflanzenprotein ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kartoffelprotein, Süßkartoffelprotein, Tapiokaprotein, Cassavaprotein (Maniokprotein) sowie Sojaprotein, Weizenprotein, Dinkelprotein, Amaranthprotein, Quinoaprotein, Buchweizenprotein, Hanfsamenprotein, Spirulinaprotein und/oder Mischungen aus den vorgenannten. Es ist insbesondere Kartoffelprotein oder Süßkartoffelprotein und/oder Mischungen aus den vorgenannten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen biologischen Verbindungen ist das Tierprotein ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hühner-Vollei, insbesondere Hühnereiklar, Milch und anderen Milcherzeugnissen, wie z.B. Joghurt, Molke sowie anderen Tierproteinen und/oder Mischungen aus den vorgenannten.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll unter „Milch“ Rohmilch und pasteurisierte Milch, wie z.B. Frischmilch oder ESL-Milch verstanden werden. ESL-Milch ist dabei pasteurisierte Milch, die durch verschiedene Erhitzungsverfahren länger haltbar gemacht wurde.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll unter „Milcherzeugnisse“ Joghurt, Molke (Süßmolke und Sauermolke), Buttermilch und dergleichen verstanden werden.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungen enthalten diese zusätzlich und auf Kosten des Proteinanteils wenigstens einen Hilfsstoff bis zu 5% in Bezug auf die Trockenmasse der Zusammensetzung. Dieser Hilfsstoff ist insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Löslichkeitsverbessern, Stabilisatoren, Farbstoffen, Vitaminen und Mineralstoffen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll unter „Löslichkeitsverbesser“ eine Substanz verstanden werden, die in der Lage ist, die Menge an Protein der erfindungsgemäßen Verbindungen zu erhöhen, die in einer wässrigen Lösung im suspendierten Zustand gehalten werden kann, einschließlich der Vermeidung von Kristallisation oder Ausflockung von Proteinen. Geeignete Löslichkeitsverbesserer umfassen solche, die auch für den Einsatz als Futterzusatzmittel oder Nahrungsergänzungsmittel anwendbar sind. Solche Löslichkeitsverbesserer sind dem Fachmann bekannt und hierbei vollumfänglich miterfasst. Diese umfassen Cosolventien, wie z.B. Ethanol oder Propylenglycol, Tenside und polymere Substanzen wie Polysorbate, Polyalkylenglycole (z. B. Polyethylenglycol), Poloxamere oder Polyvinylpyrrolidon, und Ölfettsäuren und ihre Mono- oder Diglycerylester, wie Linolsäure oder Glycerylmonolaurat, soweit diese auch für den Einsatz als Futterzusatzmittel oder Nahrungsergänzungsmittel anwendbar sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen biologischen Verbindung weist diese eine verbesserte Verdaulichkeit und/oder Bioverfügbarkeit der enthaltenden Proteinbestandteile auf.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung soll unter „Verdaulichkeit“ die Aufschließbarkeit von Nahrungsmitteln, insbesondere vorliegend von Proteinen verstanden werden. Sie wird nach der Verweildauer im Magen, dem Grad der Aufschließung bei der Verdauung und dem Ausbleiben von Beschwerden beurteilt.
Unter „Bioverfügbarkeit“ im Sinne der Erfindung wird der Anteil einer Substanz verstanden, die unverändert im systemischen Blutkreislauf von Mensch und/oderTierzur Verfügung steht. Sie gibt an, wie schnell und in welchem Umfang diese Substanz resorbiert wird und am Wirkort zur Verfügung steht. Bei Wirkstoffen, die intravenös verabreicht werden, ist die Bioverfügbarkeit definitionsgemäss 100%. Die relative Bioverfügbarkeit gibt die Bioverfügbarkeit einer auf beliebige Weise applizierten (z.B. peroral) Substanz im Vergleich zur intravenösen Gabe an. Insbesondere die Verbesserung der oralen Bioverfügbarkeit ist vorliegend von Bedeutung, da die orale Verabreichung von Substanzen anderen Darreichungsformen vorzuziehen ist.
Es hat sich in überraschender- und vorteilhafterweise gezeigt, dass der Einsatz derartig modifizierter erfindungsgemäßer biologischer Verbindungen beim Einsatz als Futterzusatzmittel oder Nahrungsergänzungsmittel eine solche verbesserte Verdaulichkeit und/oder eine verbesserte Bioverfügbarkeit und Nährwertsteigerung der Proteinbestandteile in vitro bedingt (vgl. Experiment 5). Der in vitro Verdau-Versuch (vgl. Experiment 5) spiegelt den natürlichen Proteinaufschluss der erfindungsgemäßen biologischen Verbindungen im Zuge der tierischen und menschlichen Verdauung im Magen-Darm-Trakt wider. Insbesondere die erhöhte Bioverfügbarkeit von im Protein vorhandenen essentiellen Aminosäuren ist dabei vorteilhaft. Auf eine entsprechende verbesserte Verdaulichkeit und/oder Bioverfügbarkeit auch in vivo, also in lebenden tierischen oder menschlichen Organismen, kann demnach geschlossen werden.
Ohne an die Hypothese gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Huminsäuren / Fulvinsäuren bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen biologische Verbindungen bei der Koagulation des (nativen) Proteins, in einer bislang unbekannten Art und Weise hilft, die Raumstruktur des (nativen) Proteins zu stabilisieren.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von biologischen Verbindungen aus wenigstens einer Huminsäure und/oder einer Fulvinsäure und wenigstens einem Pflanzenprotein oder Tierprotein aufweisend die folgenden Schritte:

(a) Herstellen einer Suspension durch Mischen eines wenigstens ein Pflanzenprotein oder Tierprotein enthaltenden wässrigen Substrats mit einem wenigstens eine Huminsäure und/oder wenigstens eine Fulvinsäure enthaltenden Substrats und optional Wasser;
(b) Thermisches Behandeln bei einer Temperatur von 15 °C bis 35 °C, unter Suspendieren des die Huminsäure und/oder die Fulvinsäure enthaltenden Substrats und danach Fortsetzen der thermischen Behandlung durch Erwärmen auf eine Temperatur von 75 °C bis 85 °C.
(c) Trennen der biologischen Verbindung von der restlichen Lösung; und
(d) Optional Trocknen der biologischen Verbindung insbesondere mittels Sprühtrocknung; und/oder
(e) Optional Aufreinigen der biologischen Verbindung, insbesondere durch Extraktion von Lipiden.

Die Trocknung der biologischen Verbindungen mittels Sprühtrocknung ist bevorzugt. Sie führte experimentell bei Versuchen der Erfinder (nicht gezeigt) zu den besten sensorischen Ergebnissen bei gleichmäßig sehr kleiner Partikelgröße. Außerdem bedingt diese Trocknungsart in vorteilhafter Weise zugleich die geringste thermische Belastung, verglichen mit den bislang verwendeten industriellen Trocknungsverfahren des Standes der Technik und hilft daher die räumliche Struktur des Ausgangsproteins zu erhalten.
Das Aufreinigen der biologische Verbindung kann in einem oder mehreren Aufreinigungsschritten zweckmäßig durch die Extraktion der Lipide bspw. unter Einsatz eines lebensmitteltechnisch unbedenklichen Alkohols, wie Ethanol, erfolgen. Auch eine Aufreinigung der Proteinbestandteilen von anderen „nicht-Proteinbestandteilen“ neben den Lipiden ist denkbar und mag im Einzelfall angebracht sein. Das Aufreinigen kann vor dem Trocknen und/oder effektiv auch nach einem (optionalen) Trocknungsschritt erfolgen. Der Grund für ein Aufreinigen ist, das verbleibende Lipide sensorische Probleme mit ranzigem Geruch und Geschmack nach einer ersten kurzen Lagerzeit verursachen können. Ein Aufreinigen der erfindungsgemäßen biologischen Verbindungen ist insbesondere für deren Einsatz als Nahrungsergänzungsmittel für den Menschen sinnvoll bei dem solche sensorische Probleme eine gewichtigere Rolle einnehmen als bei erfindungsgemäßen biologischen Verbindungen für den Einsatz als Futterzusatzmittel bei Tieren.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das wenigstens ein Pflanzenprotein enthaltende Substrat ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pflanzendirektsaft, Pflanzensaftkonzentrat. Des Weiteren ist das darin enthaltende Pflanzenprotein insbesondere nativ.
„Nativ“ bedeutet in diesem Zusammenhang im Sinne der Erfindung, dass die räumliche Struktur der Proteine im Wesentlichen identisch oder nahezu identisch ist mit der Struktur des entsprechenden, natürlicherweise in der genutzten Ausgangs-Proteinquelle vorkommenden Proteins. Dies schließt gegebenenfalls das Vorhandensein von Oligomerie und/oder Glykosylierung von Proteindomänen von Proteinen mit ein.
Des Weiteren wurde in visuellen Vorversuchen mittels mikroskopischer Analyse vorteilhaft gefunden (nicht gezeigt), dass die erfindungsgemäßen biologischen Verbindungen anscheinend „bioaktiv“ sind, da sie im feuchten Zustand über die Zeit länger gegenüber mikrobiellen Verderb haltbar sind im Vergleich zu einem entsprechenden Ansatz mit feuchtem handelsüblichen Protein.
Der Begriff „bioaktiv“ bezeichnet im Sinne dieser Erfindung die antimikrobielle Wirksamkeit gegenüber mikrobiellen Verderb. Ohne an die Hypothese gebunden zu sein, sind die Erfinder der vorliegenden Erfindung der Auffassung, dass dies auf der bakteriostatischen und/oder bakterioziden Wirkung der mit dem Protein in Verbindung befindlichen Huminsäure / Fulvinsäure beruht. Huminsäuren und Fulvinsäuren haben nachweislich auch bereits unter natürlichen Bedingungen bspw. in Humus-reichen Erden in der Natur eine antimikrobielle Wirksamkeit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Pflanzenprotein ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kartoffelprotein, Süßkartoffelprotein, Tapiokaprotein, Cassavaprotein (Maniokprotein), sowie Sojaprotein, Weizenprotein, Dinkelprotein, Amaranthprotein, Quinoaprotein, Buchweizenprotein, Hanfsamenprotein, Spirulinaprotein und/oder Mischungen aus den vorgenannten und insbesondere Kartoffelprotein oder Süßkartoffelprotein und/oder Mischungen aus den vorgenannten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Tierprotein ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hühnervollei, insbesondere Hühnereiklar, Milch und Milcherzeugnissen, wie z.B. Joghurt, Molke sowie anderen Tierproteinen und/oder Mischungen aus den vorgenannten.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner auch die Verwendung der biologischen Verbindungen als Futterzusatzmittel für Tiere, insbesondere für Haustiere und Nutztiere, wie z.B. Schweine oder Geflügel oder als Nahrungsergänzungsmittel für den Menschen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung schließt diese auch eine Anwendung zur Stoffwechselstabilisierung und zur Verbesserung der Darmgesundheit mit ein, insbesondere aufgrund der bewirkten Pflege des gesunden Mikrobioms und dem Binden von Schwermetallen.
Beispiele:
Die im Folgenden beschriebenen innovativen Umsetzungen sind im Laboratorium in kleinem Maßstab mit entsprechend exakter Analytik und Messtechnik durchgeführt worden. Dabei war es immer ein wichtiges Ziel, eine nachfolgende Herstellung dieser innovativen Produkte im industriellen Maßstab mit modifizierten technologischen Verfahrensschritten zu realisieren.
Beschreibung der Experimente
Experiment 1: Herstellung von Kartoffelfruchtwasser (KFW) als Lösung mit nativem Protein
970 g Kartoffeln wurden ungeschält mit einem handelsüblichen Entsafter (Bosch VITA JUICE) mit integrierter Reibe zunächst in feine Fasern zerrieben und mittels der integrierten Zentrifuge danach auch zentrifugal das Roh-KFW abgetrennt. Hierbei wurde Natriumhydrogensulfit als Enzyminhibitor gegen Schwarzverfärbung des KFWs durch in den Kartoffeln intrinsisch vorhandene Phenoloxidasen eingesetzt. Die weitere Nachreinigung des KFWs von Stärke- und Faser-Resten erfolgte über mehrere entsprechend feine Siebe und Abtrennung mittels einer Laborzentrifuge.
Ergebnis: 450 g KFW wurde erhalten als augenscheinliche gelbliche, native Proteinlösung.
Experiment 2: Umsetzung von nativer Kartoffelproteinlösung mit wässrigen Huminsäuresuspension und Bildung von Huminsäure-Kartoffelprotein-Verbindungen
300 g KFW aufweisend natives Kartoffelprotein, was 3 gfällbarem Protein (in Lösung) entspricht, wurden mit 4,5 g Huminsäure, entsprechend 3 gTS, (feinpulverisiert: 0,1 mm Siebdurchgang) in 10g Wasser bei 20°C suspendiert. Auf dem Magnetrührer mit Heizplatte wurden diese in 10 Minuten auf 80 °C erwärmt. Dabei ging die feinpulverisierte Huminsäure unter Braunfärbung bereits bei 20-30°C in Lösung. Ab einer Temperatur von 65 bis 80°C entstand ein hellbraune flockige Verbindung, die sich nach Beenden des Rührens als homogenes, hellbraunes Sediment absetzte. Nach abschließender Zentrifugation und Trocknung wurde die Bildung einer biologischen Verbindung bestätigt durch Mikroskop-Fotos: 3 Proben aus unterschiedlichen Schichthöhen zeigten eine homogene hellbraune Verbindung ohne die dunkelbraunen Partikel der Huminsäure.
Ergebnis: Unter den gewählten Reaktionsbedingungen hat sich eine homogene Huminsäure-Protein-Verbindung gebildet.
Experiment 3: Kontroll-Reaktion - Erfolgt eine Umsetzung zu Huminsäure-Protein-Verbindung auch beim Einsatz von handesüblichem Kartoffelproteinpulver mit Huminsäurepulver in wässriger Suspension?
4 g Kartoffelproteinpulver („Kartoffeleiweiß“ von SÜDSTÄRKE GmbH, Wassergehalt 10% als Feinpulver: 0,1 mm Siebdurchgang) und 4 g Huminsäurepulver (feinpulvrig wie bei Experiment 2) wurden jeweils in 20 g Wasser bei 20°C suspendiert. Daraufhin wurde die Suspensionen zusammengegeben und unter kontinuierlichem Rühren auf 35°C erwärmt. Danach erfolgte das weitere Erwärmen unter kontinuierlichem Rühren im Wasserbad innerhalb von 15 Minuten auf 80°C. Nach Beenden des Rührens setzte sich das Gemisch der Ausgangsstoffe als heterogenes Sediment rasch ab, wie die Kontrolle durch die Mikroskopie bestätigte.
Ergebnis:

Ohne an die Hypothese gebunden zu sein, waren - mikroskopisch kontrolliert - die Ausgangsstoffe keine chemische Verbindung miteinander eingegangen. Zumindest zeigte sich kein visuell einheitlich erscheinendes (homogenes) hellbraungefärbtes Präzipitat, wie im erfindungsgemäßen Ansatz (vgl. Experiment 2). Rekapitulierend scheinen hier keine Huminsäure-Protein-Verbindungen gebildet worden zu sein.

Experiment 4: Umsetzung von Huminsäure mit nativem Hühnereiweißprotein (Hühnereiklar)
6 g Huminsäure (entsprechend 4 g TS) wurden in 16 g Wasser suspendiert (pH 5,6) und 35 g natives Eiklar wurden zusammen in 160g Wasser (mit einem pH 9,3) bei 22°C zusammengerührt und unter kontinuierlichem Rühren auf 80°C erwärmt. Dabei löste sich bereits bei 22 - 30°C die Huminsäure unter Braunfärbung. Danach erfolgte das weitere Erwärmen innerhalb von 15 Minuten auf 80°C im Wasserbad. Nach Beenden des Rührens setzte sich ein hellbraunes Sediment ab, was nach der abschließenden Zentrifugation und Trocknung bestätigt wurde durch Mikroskop-Fotos: 3 Proben aus unterschiedlichen Schichthöhen zeigten eine homogene hellbraune Verbindung ohne die dunkelbraunen Huminsäurepartikel. Nach Abkühlen auf 22°C lag der End-pH der Flüssigphase bei 8,4.
Ergebnis:

Ohne an die Hypothese gebunden zu sein, war - mikroskopisch kontrolliert - die Reaktion von nativem Hühnereiweißprotein mit Huminsäure zu einer Huminsäure-Protein-Verbindung vergleichbar abgelaufen wie der entsprechende Ansatz von nativem Kartoffelprotein mit Huminsäure (vgl. Experiment 2).

Experiment 5: Enzym-Kinetik von Struktur-Abbau-Reaktionen (vereinfachte Nachbildung der physiologischen Verdauungsumgebung)
Vergleich einer enzymatischen Abbau-Reaktion mit Pepsin „in vitro“ von der Kartoffelprotein-Huminsäure- Verbindung mit der gleichen Reaktion zum Abbau von Kartoffelprotein der Firma SÜDSTÄRKE.
Eine Suspension enthaltend Kartoffelprotein-Huminsäure-Verbindung (6 g trockenes Produkt entsprechend von Experiment 2) - eingestellt mit 48g Puffer (Salzsäure/ Bikarbonat) auf pH 2,0 - wurden enzymatisch hydrolysiert mit 0,05 g Pepsin unter ständigem Rühren im Wasserbad bei 37°C. Daneben wurden 6 g trockenes Kartoffenproteinpulver (von SÜDSTÄRKE Pulver wie beschrieben) unter den gleichen Bedingungen ebenso mit derselben Menge Pepsin hydrolysiert.
Ergebnis: Die strukturellen Unterschiede in beiden Testansätzen wurden nach 90 Minuten Reaktionszeit bereits deutlich. Die Huminsäure-Protein-Verbindung nach Experiment 2 wurde unter den beschriebenen Versuchsbedingungen zu einem etwas trüben, leicht viskosen Substrat von gelblich-brauner Farbe abgebaut, während das konventionell erhältliche Kartoffelprotein verändert als etwas gequollenes Sediment vorlag, darüber erkennbar war eine kaum gefärbte Reaktionslösung. Nach der Zentrifugation wurden jeweils von dem Zentrifugen-Überstand der Trockensubstanzgehalt bestimmt für das Muster SÜDSTÄRKE zu 1,1%TS gegenüber 7,2%TS bei der Huminsäure-Protein-Verbindung, deren Huminsäure-Anteil von Pepsin nicht hydrolysiert wird.
Es werden die erfindungsgemäßen Kartoffelprotein-Huminsäure-Verbindungen entsprechend der biologischen Verbindung aus Experiment 2 durch Pepsin in 1,5 Stunden enzymatisch mehr abgebaut. Im Gegensatz hierzu erfolgte wenig Pepsin-Hydrolyse des Kartoffelproteins im Versuchsansatz mit dem konventionell erhältlichen SÜDSTÄRKE-Kartoffelprotein.
Zusammenfassend spricht dies für eine verbesserte Verdaulichkeit des nativen Proteins in der erfindungsgemäßen biologischen Verbindung im Vergleich bei einer Verwendung des handelsüblichen Proteins. Eine entsprechend höhere Bioverfügbarkeit der Aminosäuren aus der erfindungsgemäßen biologischen Verbindung ist hierbei anzunehmen.
Ohne an die Hypothese gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Huminsäure / Fulvinsäure) bei der Präzipitation des nativen Proteins, in einer bislang unbekannten Art und Weise die Raumstruktur des nativen Proteins stabilisiert, selbst bei einer anschließenden Erwärmung auf 80°C und Trocknung, die bei der konventionellen Proteinherstellung des Standes der Technik offensichtlich zu einer für die Verdaulichkeit und Bioverfügbarkeit abträglichen Raumstruktur des ursprünglich eingesetzten nativen Proteins führt.

Claims

Biologische Verbindung insbesondere für den Einsatz als Futterzusatzmittel oder Nahrungsergänzungsmittel, umfassend (a) wenigstens eine Huminsäure und/oder wenigstens eine Fulvinsäure; (b) wenigstens ein Pflanzenprotein oder ein Tierprotein; und (c) Wasser dadurch gekennzeichnet, dass die Huminsäure und/oder die Fulvinsäure einen Anteil von 30 bis 70% und dass wenigstens eine Pflanzenprotein oder eine Tierprotein einen Anteil von 30 bis 70 % jeweils in Bezug auf die Trockenmasse der biologischen Verbindung haben.
Biologische Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pflanzenprotein ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kartoffelprotein, Süßkartoffelprotein, Tapiokaprotein, Cassavaprotein (Maniokprotein) sowie Sojaprotein, Weizenprotein, Dinkelprotein, Amaranthprotein, Quinoaprotein, Buchweizenprotein, Hanfsamenprotein, Spirulinaprotein und/oder Mischungen aus den vorgenannten und insbesondere Kartoffelprotein oder Süßkartoffelprotein ist und/oder Mischungen aus den vorgenannten.
Biologische Verbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tierprotein ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hühnervollei, insbesondere Hühnereiklar, Milch und Milcherzeugnissen, wie z.B. Molke, Joghurt sowie anderen Tierproteinen und/oder Mischungen aus den vorgenannten.
Biologische Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung zusätzlich und auf Kosten des Proteinanteils enthält: wenigstens einen Hilfsstoff bis zu 5% in Bezug auf die Trockenmasse der Zusammensetzung, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Löslichkeitsverbessern, Stabilisatoren, Farbstoffen, Vitaminen und Mineralstoffen.
Biologische Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die biologische Verbindung eine verbesserte Verdaulichkeit und/oder Bioverfügbarkeit der enthaltenden Proteinbestandteile aufweist.
Verwendung der biologische Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 als Futterzusatzmittel für Tiere, insbesondere für Haustiere und Nutztiere, wie z.B. Schweine oder Geflügel oder als Nahrungsergänzungsmittel für den Menschen.