DE2058372B2

DE2058372B2 - Verfahren zur herstellung eines pflanzenproteinproduktes

Info

Publication number: DE2058372B2
Application number: DE19702058372
Authority: DE
Inventors: Ralph Anthony Ballwin; Frederiksen Christopher Wilson St Louis; Hawley Robert LyIe Webster Groves; Mo. Hoer (V.StA.)
Original assignee: Ralston Purina Co
Current assignee: Nestle Purina PetCare Co
Priority date: 1970-01-30
Filing date: 1970-11-27
Publication date: 1977-11-17
Also published as: DK140002C; CA942992A; ZA708218B; JPS551028B1; NL151618B; SE363728B; DE2058372C3; IL35535A; CH535016A; US3694221A; IL35535A0; IT1053503B; BE760418A; NL7018239A; DE2058372A1; DK140002B; FR2074905A5; GB1303374A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Pflanzenproteinproduktes mit hoher Dispergierbarkeit in Wasser, verbesserter Textur und verbessertem Mundgefühl bei der Verwendung als Nahrungsmittel, bei dem eine wäßrige Aufschlämmung eines Pflanzenproteinmaterials mit einem Feststoffgehalt von etwa 3 bis 30 Gew.-% und einem pH-Wert von etwa 5,7 und 7,5 auf eine Temperatur zwischen etwa 104,5 und 204,5°C erhitzt, dabei unter Strömungsbedingungen dynamisch durchgearbeitet und dann verringertem Druck ausgesetzt wird.

Die Erfindung wird hauptsächlich im Zusammenhang mit Sojamaterial beschrieben und findet insbesondere bei diesem Anwendung, doch können die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen auch auf anderes Proteinmaterial angewendet werden, beispielsweise auf anderes ölsaatenmaterial, Fischproteinmaterial oder mikrobielles Proteinmaterial.

Zur Herstellung pflanzlicher Proteinprodukte sind zahlreiche Verfahren bekannt, darunter auch Verfahren zur Herstellung von Proteinprodukten aus Sojaprotein. Enzymatisches Verfahren zur Herstellung von Nahrungsmitteln aus pflanzlichem Proteinmaterial sind ebenfalls bekannt, unter anderem aus der US-PS 22 32 052. Der normale Prozeß bei enzymatischen Verfahren erfordert eine lange Reaktionszeit, normalerweise mehrere Stunden, und wird diskontinuierlich ausgeführt.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines enzymatischen Verfahrens zur Verarbeitung von pflanzlichem Protein, insbesondere von Sojabohnen-Proteinmaterial zwecks Herstellung eines gut eßbaren Proteinprodukts mit hoher Dispergierbarkeit, und glatter Textur, die zu einem ausgezeichneten Kauempfinden führt. Ein daraus hergestelltes Milchprodukt beispielsweise soll glatt, nicht pappig, klumpig oder körnig sein. Das Verfahren soll rasch verlaufen und im wesentlichen innerhalb weniger Minuten abgeschlossen sein. Das erhaltene Produkt soll direkt als Nahrungsmittel verwendet werden können, aber auch glatt mit Produkten mischbar sein, die andere Geschmacksstoffe

ίο enthalten, ohne daß die Eigenschaften der anderen Geschmacksstoffe geändert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das so behandelte Proteinmaterial mit einem proteolytische und amylolytische Aktivität aufweisenden Enzym oder mit einem Gemisch aus einem proteolytischen und einem amylolytischen Enzym zur Modifizierung des Proteinmaterials zur Reaktion gebracht, hierauf zur Inaktivierung des Enzyms erwärmt

und zu einem Pulver getrocknet wird.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren läßt sich leicht automatisiert und kontinuierlich durchführen; man braucht dazu wenig Bedienungspersonal, erhält aber eine hohe Produktionsleistung.

Das gemäß der Erfindung hergestellte Grundprodukt hat ausgezeichnete funktionell Eigenschaften. Es ist aus dem Trockenzustand heraus hochgradig dispergierbar und hat außergewöhnliche Einsink- und Einrühreigenschaften. Es wird mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt, bei dem mit Hitze und enzymatischer Hydrolyse gearbeitet wird und das innerhalb weniger .Minuten beendet ist. Das Produkt hat eine optimale Kombination von Eigenschaften, die bisher nicht erreicht ist: eine hohe Dispergierbarkeit und beispielsweise über etwa 80%, vorzugsweise über etwa 90% bei einem aus isoliertem Protein hergestellten Produkt, eine Einsinkzahl von mindestens etwa 2 und einen Einrührfaktor von über etwa 60%. Es läßt sich deshalb in den verschiedensten Formen als Nahrungsmittel verwenden und hat einen hohen Proteingehalt. Es kann wahlweise auch einer Vielzahl anderer Nahrungsmittel zugesetzt werden, um besondere Ergebnisse zu erzielen, beispielsweise als Proteinverstärkungsmittel, das vom Verbraucher wäßrigen Lösungen zugesetzt wird. Bei Zusetzen

*5 zu kalter Milch zeigt das erfindungsgemäß hergestellte Produkt ausgezeichnete Einsink- und Einrühreigenschaften bei außerordentlich hoher Gesamtdispergierbarkeit. Das Mundgefühl des Milchgemisches ist ausgezeichnet, und es kann mit ihm ein erfrischendes

so und nahrhaftes Getränk hergestellt werden, beispielsweise ein Expreß-Morgengetränk.

Bei dem Verfahren der Erfindung wird ein Sojamaterial in Form einer wäßrigen Aufschlämmung einer schnellen, dynamischen Erwärmung bei gleichzeitiger mechanischer Durcharbeitung unter dynamischen Bedingungen unter kontrolliertem Überdruck unterworfen, um die Proteinmoleküle freizulegen und zu ändern bzw. modifizieren. Die in dieser Weise behandelte Aufschlämmung wird kurzzeitig auf erhöhter Temperatür und unter Überdruck gehalten. Dann werden die unerwünschten Stoffe durch anschließende plötzliche Druckminderung entfernt, da diese eine Verdampfung eines Teils der Feuchtigkeit bewirkt und der Dampf die unerwünschten Stoffe mitnimmt. Nach Abtrennung der verdampften Stoffe von der Aufschlämmung wird diese dann einer kurzen enzymatischen Hydrolyse unterzogen, um das Proteinmaterial zu hydrolysieren und zu modifizieren. Die enzymatische Behandlung dauert

■ Sekunden bis einige Minuten; dann wird die Aufschlämmung erwärmt, um das Enzym zu inaktivie_u'nd die Reaktion zu beenden. Danach wird die Aufschlämmung getrocknet, wobei ein leicht gefärbtes dispergierbares Pulver entsteht. Einzelheiten des Verfahrens und des damit hergestellten Produ! „erden nachstehend beschriebe^

Bekanntlich sind die Wechselbeziehungen zwischen J_6n chemischen und physikalischen Eigenschaften atürlicher Nahrungsmittel so kompliziert, daß man tatsächlich nur sehr wenig über sie weiß. Untersuchun_en über das Verhalten und die Natur dieser Eigenschaften und über die bei ihnen unter verschiede_en Bedingungen und Behandlungen eintretenden Änderungen beruhen fast völlig auf empirischen Methoden. Erkenntnisse über Annahme solcher Stoffe durch Mensch und Tier und deren Nutzung durch den menschlichen oder tierischen Organismus beruhen ebenfalls überwiegend auf Versuchsergebnissen. Das gilt vor allem für pflanzliche Proteinmateriaüen, wie Sojabohnen, Erdnüsse, Safran, Baumwollsamen, Sesamsamen und Sonnenblumenkerne als die wichtigsten. Umfangreiche Untersuchungen sind in dem Bestreben durchgeführt worden, daraus nutzbare Nahrungsmittel zu entwickeln. Als Ergebnis davon werden zur Zeit einige dieser Stoffe in verhältnismäßig beschränkten Mengen zu Nahrungsmitteln verarbeitet, die allgemein als eßbare Pflanzenproteine bezeichnet werden.

Ein Verfahren zur Umwandlung von pflanzlichem Pioteinmaterial in ein Produkt, das zur Herstellung von Nahrungsmitteln eine viel größere Anwendungsmöglichkeit bietet als bekannte Verfahren, ist schon vorgeschlagen worden. Es wurde nun gefunden, daß durch Abwandlung des bereits vorgeschlagenen Verfahrens ein Produkt hergestellt werden kann, das für die Herstellung von Nahrungsmitteln sogar noch ausgedehntere Anwendung finden kann. Insbesondere zeigt das nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Produkt eine außergewöhnlich hohe Dispergierbarkeit in wäßriger Lösung und eine ungewöhnliche Benetzbarkeit Die verbesserten Eigenschaften des Produktes zeigen sich in den Einsink- und Einrühreigenschaften des Produktes. Ferner hat das Produkt eine ungewöhnlich feine und glatte Textur und ein angenehmes Mundempfinden bei der Verwendung in Nahrungsmit-

Das Verfahren der Erfindung geht von einem pflanzlichen Proteinmaterial, am besten einem Sojaprotein-Isolat aus, beispielsweise dem Material, das mit Hilfe eines bereits vorgeschlagenen Verfahrens gewonnen wird. Zunächst wird der pH-Wert der Aufschlämmung eingestellt. Das ist wichtig, damit das aufgeschlämmte Protein besser auf die Wärme- und Schwerwirkung der nachfolgenden Behandlung reagiert. Der pH-Wert wird auf einen Bereich von etwa 5,7 bis 7,5 eingestellt, am bester, auf etwa 6,5 bis 7,1. Der pH-Wert läßt sich in einfacher Weise dadurch einstellen, daß man ein alkalisches Reagens in Nahrungsmittelqualität zusetzt, beispielsweise Natriumbicarbonat.

Die zu verarbeitende Aufschlämmung hat einen kontrollierten Feststoffgehalt von etwa 3% bis Gew.%, am besten etwa 5 bis 20 Gew.-%. Wenn er unter etwa 3% absinkt, sind die nachfolgenden Behandlungsschritte bei kontinuierlichem Verfahrensablauf nicht wirtschaftlich. Die Trocknung ist dann besonders kostspielig. Bei mehr als 20% Feststoffanteil eignet sich das hergestellte Produkt nicht für die anschließend bevorzugte Verdampfungstrocknung, beispielsweise fur eine Zerstäubungstrocknung unter Verwendung einer Düse oder eines rotierenden Zerstäubers, so daß man mit anderen Trocknungsverfahren arbeiten muß, die aber zu einem Produkt führen, das in seinen funktioneilen Eigenschaften nicht so günstig ist. Bei einem Feststoffgehalt von über etwa 30% besteht die Gefahr einer bräunlichen Verfärbung des Produktes während der Verarbeitung.

Die einzelnen Teilchen dieser Aufschlämmung werden dann einer Erhitzung unterworfen, wobei auch eine dynamische mechanische Durcharbeitung erfolgt. Zur Zeit besteht die beste Art und Weise, das zu erreichen, darin, die Aufschlämmung durch eine Vorrichtung zu leiten, die als Düsenkocher bekannt ist. Er enthält nebeneinanderliegende Düsenöffnungen, die normalerweise konzentrisch angeordnet sind und aus denen die Aufschlämmung sowie unter Druck stehender Dampf als Heizmedium mit hoher Geschwindigkeit als sich schneidende Strahlen ausgepreßt werden, so daß jedes Teilchen der Aufschlämmung durch den Dampf augenblicklich dynamisch erhitzt wird, während praktisch gleichzeitig große mechanische Kräfte an der Düse auf die Teilchen einwirken. Bei dieser mechanischen Durcharbeitung handelt es sich größtenteils um eine Scherwirkung. Die mechanische Durcharbeitung und die Erwärmung bereiten das Material für die sich anschließenden Verfahrensschritte vor, da hierbei das Proteinmolekül aufgebrochen wird und die reaktionsfähigen Stellen am Proteinmolekül geöffnet oder freigelegt werden, wodurch die anschließende enzymatische Reaktion erleichtert wird. Durch die Freilegung der reaktionsfähigen Stellen an den Proteinmolekülen für die Einwirkung der Enzyme läuft die enzymatische Reaktion außerordentlich schnell ab und erzeugt in sehr kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb von etwa 15 Sekunden bis '/2 Stunde, ein hochgradig dispergierbares Produkt. Eine Zeit zwischen etwa 5 und 15 Minuten ist vorzuziehen.

Der Temperaturbereich, auf den die Aufschlämmung zum Erreichen der erwünschten Ergebnisse erhitzt wird, liegt zwischen etwa 104,5 und 204,5°C. Zur Erzielung bester Ergebnisse soll die Temperatur normalerweise von 140 bis 160°C betragen. Wenn man mit höheren Temperaturen als etwa 16O⁰C arbeitet, besteht beim Endprodukt die Gefahr einer Gelierurg. Temperaturen von über etwa 204,5°C sind wegen dabei auftretenden Verfahrensschwierigkeiten und wegen einer geringeren Qualität des hergestellten Produktes normalerweise nicht ratsam.

Das Produkt wird der Düse des Strahlungskochappa-

50 DilbriuUUMvviiuuv.1 ^uo~ „— ^

rates unter Überdruck zugeführt. Dieser Druck soll nahezu ebenso hoch wie der Druck sein, mit dem der Dampf in die Aufschlämmung eingespritzt wird, und ausreichen, um einen Austritt der Aufschlämmung durch 55 die Düsenöffnung mit hoher Geschwindigkeit zu bewirken. Er muß höher sein als der Druck in der besonderen Haltekammer unmittelbar hinter der Düse. Normalerweise beträgt der Dampfdruck etwa 5,6 bis 6,0 bar, der etwas über dem Dampfdruck liegende 60 Zuführungsdruck der Aufschlämmung etwa 6 bis 7 bar, der Austrittsdruck in die Kammer hinter der Düse etwa 5,3 bis 5,6 bar. Das Druckgefälle der Aufschlämmung in der Düse beträgt je nach den genannten anderen Drücken etwa 0,35 bis 1,05 bar, wobei 0,42 bis 0,7 bar die 65 Regel sind.

Die Aufenlhaitszeit der Aufschlämmung in der Düse wird auf weniger als eine Sekunde geschätzt. Die Düsenöffnung für die Aufschlämmung ist klein, sie

beträgt beispielsweise nur etwa 3,2 mm 0, so daß die Feststoffe der Aufschlämmung während des Durchgangs einer intensiven dynamischen mechanischen Durcharbeitung unterliegen. Der Dampf vermischt sich dabei innig mit den Feststoffe.-, in der ausgespritzten Aufschlämmung. Die erforderliche Dampfmenge ist nicht groß; normalerweise wird durch sie der Feststoffgehalt der Aufschlämmung nur um etwa 1 bis 2 Gew.-% gesenkt

Am günstigsten sind die Düsenöffnungen konzentrisch angeordnet, wobei die Aufschlämmung beispielsweise durch die mittlere öffnung ausgespritzt wird, während der Dampf aus einer umgebenden Ringöffnung austritt, die so orientiert ist, daß der austretende Strahl den aus der mittleren öffnung austretenden Strahl schneidet. Aufschlämmung und Dampf können jedoch auch umgekehrt austreten. Ferner brauchen die nebeneinanderliegenden öffnungen Licht notwendigerweise konzentrisch angeordnet sein, um diese gegenseitige Einwirkung zu erreichen.

Wenn die Aufschlämmung in eine geeignete, unter geringerem Druck stehende Auffangvorrichtung eingeleitet wird, tritt eine plötzliche Druckentspannung ein. Das führt zu einer Sofortverdampfung eines Teils der Feuchtigkeit unter Bildung von Wasserdampf, der mit unerwünschten chemischen Bestandteilen oder Stoffen unbekannter Zusammensetzung aus dem Sojaprodukt beladen ist. Die Verdampfung bewirkt eine erhebliche Abkühlung der zurückbleibenden Aufschlämmung durch Entzug von Verdampfungswärme, so daß die Gesamtzeit, während der das Produkt erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist, sehr kurz ist. Die Entfernung der Dämpfe führt zu einer Abtrennung der unerwünschten Bestandteile des Sojamaterials.

Ferner wird durch diese Behandlung das Produkt in der Regel vollständig sterilisiert. Bei bekannten Verfahren treten bei erhöhten Temperaturen erhebliche Schwierigkeiten auf, so daß die Sterilisierung nie vollständig oder zufriedenstellend ist. Infolge der erheblich erhöhten Temperaturen und der gründlichen Durchmischung der Aufschlämmung mit dem heißen Dampf bei dem hier beschriebenen Verfahren ist jedoch die Sterilisierung im wesentlichen vollständig.

Die Zone geringeren Druckes, in die die Aufschlämmung geleitet wird, steht normalerweise unter atmosphärischem Druck, kann aber auch unter Unterdruck, d. h. unter Teilvakuum stehen. In dem einen wie in dem anderen Fall müssen die Dämpfe sofort von der Abschlämmung entfernt werden, am besten durch Blasen eines Luftstroms über die Aufschlämmung oder durch ständiges Absaugen der Dämpfe. Die Dämpfe können getrennt kondensiert werden, und zwar so, daß eine einwandfreie Entfernung des Kondensats aus dem Bereich der gesammelten Aufschlämmung gewährleistet ist. In der Praxis kann die Aufschlämmung vom den Gegendruck regelnden Austrittsventil direkt in einen zur Atmosphäre hin offenen Behälter gegeben werden, aus dem man die Dämpfe entweder freiwillig oder zwangsweise direkt aus der Aufschlämmung aufsteigen läßt und sie an einer Kondensation hindert, so daß kein Kondensat in das Produkt zurückfließen kann.

Um eine vollständige Abtrennung der Dämpfe von der gereinigten Aufschlämmung zu gewährleisten und einen Rückfluß von Kondensat zu verhindern, müssen Aufschlämmung und Dampf unmittelbar nach dem Austritt, d. h. sofort nach der Druckminderung, getrennt werden. Deshalb ist es unzweckmäßig, beide Medien hinter dem Austrittsventil durch die gemeinsame Leitung fließen zu lassen; wenn das trotzdem geschieht, sollte sie möglichst kurz sein.

Wie dargelegt, besteht eine Ausführungsform des Verfahrens in der mechanischen Freisetzung und thermisch-mechanischen Ablösung der unerwünschten Stoffe aus den Proteinmolekülbündeln zwecks anschließender Abtrennung sowie in dem Freilegen von Stellen am Proteinmolekül durch Verwendung eines Düsenkochers. Es ist jedoch auch denkbar, daß sich die intensive und heftige mechanische Behandlung zum Aufbrechen der Proteinbündel und Freilegen dieser Stoffe auch mit Hilfe anderer Vorrichtungen ausführen läßt, beispielsweise mit Hilfe der Scherwirkung von Hochdruckpumpen oder mit Hilfe einer Kolloidmühle, durch momentanes Erhitzen unter erhöhtem Druck vor der Druckminderung und Verdampfung oder durch die Kombination einer Scher- und Wärmebehandlung in anderen Vorrichtungen. Die Erwärmung in Verbindung mit der mechanischen Durcharbeitung kann auch mit Hilfe anderer Einrichtungen erfolgen, beispielsweise mit Hilfe eines Durchflußrohres oder einer Schlange mit Heizzonen. Bei einer solchen Einrichtung strömt die Aufschlämmung mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit durch ein verengtes Rohr, von dem eine Zone einer Wärmequelle ausgesetzt ist, beispielsweise einer Gasflamme. Zu anderen geeigneten Apparaten gehören solche, die nach dem Prinzip der Magnetostriktion, mit Hochfrequenz-Erwärmung und Umwälzung sowie mit elektrostatischer Erwärmung arbeiten und solche, die auf dem Prinzip der Überschallbehandlung beruhen, ferner Membranvibratoren und sogenannte Resojet-Resonanzflammapparate. Man könnte auch eine oder mehrere dieser Einrichtungen mit dem Strahlkochapparat kombinieren, um die mechanische Durcharbeitung zu erhöhen.

Nachdem das Proteinmaterial für die enzymatische Reaktion vorbereitet worden ist, wird es auf eine Temperatur abgekühlt, die die Reaktion des Enzyms mit dem Protein begünstigt. Die genauen Temperaturbedingungen des Materials hängen von dem jeweiligen Enzym ab, mit dem gearbeitet wird. Im allgemeinen ist eine Temperatur im Bereich von 21 bis 66,5° C zufriedenstellend. Die Kühlung kann durch Verdampfung und Expansion von Dämpfen und Gasen bei einer Unterdruckbehandlung, durch Weiten der Aufschlämmung durch einen normalen Wärmeaustauscher oder in sonstiger Weise erfolgen. Falls notwendig, wird in dieser Verfahrensstufe der pH-Wert der Aufschlämmung eingestellt. Im allgemeinen reicht die pH-Wert-Einstellung vor der Behandlung durch Wärme und Scherkräfte aus; wenn jedoch das jeweilige Enzym, mit dem gearbeitet wird, für eine einwandfreie Wirkung einen anderen pH-Wert erfordert, wird der pH-Wert vor dem Zusatz des Enzyms eingestellt Die für dieses Verfahren geeigneten Enzyme können ihre Wirkung über einen breiten pH-Bereich ausüben; je nach dem verwendeten Enzym kann in einem Bereich von etwa pH 6 bis 10 gearbeitet werden. Am besten liegt der pH-Wert zwischen etwa 6 und 7,5; bei einem pH-Wert von über etwa 7,5 kann das Protein einen seifigen Geschmack entwickeln. Wenn die Proteinaufschlämmung den gewünschten Temperatur- und pH-Zustand hat, wird das Enzym zudosiert, und die Reaktion beginnt. Zahlreiche Pflanzen-, Bakterien- und Pilzenzyme haben sich für das Verfahren geeignet erwiesen. Ein Produkt aus Bacillus subtilis, das sowohl Protease- als auch Amylaseenzyme enthält, hat sich als zufriedenstellend erwiesen; ebenso Papain, Bromelin, Ficin und Pilzpro-

tease. Das Enzym kann in einer bevorzugten Menge von 0,05 bis 1,0 Gew.-% des Proteinmaterials (Trockenbasis) zugesetzt werden, je nach den angewendeten Temperaturen und Reaktionszeiten, der Aktivität der Enzyme und dem gewünschten Hydrolysegrad. (Die Enzymaktivität kann als die Menge Enzym definiert werden, die erforderlich ist, um eine Standardmenge Tyrosin aus Casein und Maltose aus Stärke unter Standardbedingungen zu erzeugen.) Man kann auch mit Enzymmengen von mehr als 1,0% arbeiten, bei einigen Enzymen werden dann aber die Kosten zu hoch. Bei Werten unter 0,05% kann bei einigen Enzymsystemen die enzymatische Reaktion zu langsam verlaufen.

Die Reaktion der Enzyme mit dem Proteinmaterial beginnt unmittelbar mit dem Zusetzen des Enzyms und kann innerhalb von etwa 15 Sekunden bis zu ^xli Stunden abgeschlossen werden. Eine Zeit zwischen etwa 5 und 15 Minuten wird bevorzugt. Die Proteinaufschlämmung und das Enzymreagens werden normalerweise durch ein Haltesystem geleitet, beispielsweise einen Haltetank oder ein Halterohr, um den erforderlichen Zeitverzug für den vollständigen Ablauf der Reaktion zu gewinnen. Nach ausreichender Dauer der enzymatischen Reaktion wird sie beendet, indem die Aufschlämmung auf eine Temperatur erhitzt wird, die ausreicht, um die Enzyme zu inaktivieren. Temperaturen von über etwa 83° C genügen, um die Enzyme zu inaktivieren. Das Erhitzen kann durch Leiten des zur Reaktion gebrachten Materials durch einen Wärmeaustauscher, durch Wiederholung der Behandlung in dem Düsenkocher oder mit Hilfe der meisten bekannten Erwärmungsverfahren erfolgen.

Ein weiterer ungewöhnlicher und überraschender Vorteil des Enzymzusatzes zu der Proteinaufschlämmung besteht in einer erheblichen Verringerung der Viskosität der Aufschlämmung. Unmittelbar nach dem Enzymzusatz zu der Proteinaufschlämmung fällt die Viskosität scharf ab. Der plötzliche Viskosäiätsabfall zeigt an, daß die gewünschte enzymatische Reaktion eintritt. Darüber hinaus ist die geringere Viskosität des entstehenden Produktes ein Zeichen dafür, daß die Hydrolyse bzw. Proteinmodifikation in dem gewünschten Ausmaß eingetreten ist. Die verringerte Viskosität der enzymbehandelten Schlämme erleichtert die weitere Verarbeitung der Aufschlämmung. Die behandelte Aufschlämmung läßt sich leichter pumpen und verarbeiten, und die weitere Behandlung wird kostengünstiger, da die Pumpkosten gesenkt werden und das Arbeiten mit einem höheren Feststoffgehalt erleichtert wird.

Das erhaltene aufgeschlämmte Produkt kann dann direkt für Nahrungsmittel verwendet werden. Es ist ein ansprechendes Erzeugnis von heller Farbe. Wenn der pH-Wert vor der Behandlung innerhalb des angegebenen Bereiches lag, enthält die Aufschlämmung den größten Teil des Materials in teils gelöstem teils dispergiertem kolloidalem Zustand, wobei keine Tendenz zum Absetzen besteht. Das Produkt kann aber auch getrocknet werden. Das Trockenprodukt ist ausgezeichnet redispergierbar und hat überlegene Einsink- und Einrühreigenschaften.

Wenn die Aufschlämmung getrocknet wird, so geschieht das wegen des dabei entstehenden gleichmäßigen, feinen pulverförmigen Produktes am besten durch Schnellverdampfungstrocknung, die außerdem den Vorteil der wirtschaftlichen kontinuierlichen Arbeitsweise hat und zu ausgezeichneten Redispergierungseigenschaften des Pulvers führt. Von den Schnellverdampfungstrocknungsverfahren wird normalerweise die Zerstäubungstrocknung angewendet. Das Produkt kann auch gefriergetrocknet werden, doch ist dies kostspielig. Wenn jedoch der Feststoffgehalt der Aufschlämmung über etwa 20% liegt, wird die Zerstäubungstrocknung schwierig oder überhaupt unmöglich. Dann muß man mit anderen Trocknungsverfahren arbeiten, beispielsweise Trommeltrocknung, Plattentrocknung oder dergleichen. Das derart getrocknete Produkt neigt jedoch dazu, etwas klumpig zu sein.

ίο Das getrocknete Pulver läßt sich dank seiner hohen Redispergierbarkeit schnell und einfach zu einer Suspension rehydratisieren, indem lediglich Wasser zugesetzt und umgerührt wird. Das Produkt kann in vielen Fällen als Ersatz für Molkereiprodukte, sogar für

is Trockenmagermilch, verwendet werden. Das Produkt hat normalerweise eine Einsinkzsihl von mindestens 2 und einen Einrührfaktor von mindestens 60%. Die Gesamtdispergierbarkeit des Produktes ist wegen der erhöhten Benetzbarkeit recht hoch, gewöhnlich über etwa 90% bei einem aus isoliertem Protein hergestellten Produkt. Ein DPI (DPI = Dispergierbarkeitsindex) von etwa 92,5 bis 97,5% ist typisch für ein isoliertes Protein, das erfindungsgemäß hergestellt worden ist. Diese Dispergierbarkeit von Proteinmaterialien, die nicht in reiner Form isoliert worden sind, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls erheblich verbessert, jedoch kann die Gesamiidispergierbarkeit der behandelten unreinen Proteinmaterialien unter Umständen nicht so hoch sein wie die der isoliierten Proteinmaterialien, die dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen worden sind. Das Produkt hat eine ausgezeichnete glatte Textur und ergibt ein ausgezeichnetes Mundgefühl; es ist nicht körnig und schleimig. Das Produkt bleibt gut suspendiert und neigt in wäßriger Suspension nicht dazu, sich am Boden des Gefäßes abzusetzen.
Folgende Beispiele veranschaulichen die Erfindung.

Beispiel 1

to A. Sojabohnen werden geschroten und in Flockenform gebracht. Aus den Flocken wurde das öl mit Hexan extrahiert, so daß Flocken erhalten wurden, die als Sojabohnenmehl bezeichnet werden. Die Flocken wurden in ein Wasserbad gegeben und mit einem alkalischen Reagens in Lebensrnittelqualität, beispielsweise Natriumhydroxid, versetzt, bis ein pH-Wcsrt von 10 erreicht war. Das Material wurde 30 Minuten extrahiert und dann abgeschleudert. Das Sojaproteinmaterial wurde durch Zusatz von Salzsäure bis zum

so Erreichen des isoelektrischen Punktes des Proteins bei etwa pH 4,7 ausgefällt, der Niederschlag mit Wasser gewaschen und dann in Wasiser zu einer wäßrigen Aufschlämmung mit 15 Gew.-% Feststoffen suspendiert.

B. Der pH-Wert der Aufschlämmung wurde durch Zusatz von Natriumbicarbonat auf G,8 eingestellt,

C. Die Aufschlämmung wurde aus einem Düsenkocher unter einem Druck von 6 bar bei gleichzeitiger Einspritzung von Dampf mit einem Druck von 6,7 bar in eine Druckhaltekammer eingespritzt, die unter einem Druck von 5,3 bar stand. Durch den Dampf wurde die Aufschlämmung in dem Düsenkocher auf eine Temperatur von 144⁰C erhitzt. Nach 7 Sekunden wurden aufeinanderfolgende Teile der erhitzten Aufschlämmung plötzlich in einen Aufnahmebehälter abgegeben, der unter atmosphärischem oder subatmosphärischem Druck stand, was zur Bildung von Entspannungsdampf führte, der mit unerwünschten Stoffen beladen war.

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Durch die Verdampfung trat eine Abkühlung der Aufschlämmung ein. Die beladenen Dämpfe wurden von der gereinigten Aufschlämmung abgetrennt.

D. Als die Temperatur der Aufschlämmung 52⁰C erreichte (der pH-Wert des Materials lag bei 6,5) wurde der Aufschlämmung eine wäßrige Lösung des Enzyms aus Bacillus subtilis zugesetzt, die einen Feststoffgehalt von 20 Gew.-% und eine Caseinaktivität von 2,07 hatte. Das Enzym wurde in einer Menge von 0,15 Gew.-% des Proteins (Trockenbasis) zugesetzt Die mit Enzym versetzte Aufschlämmung wurde 2 Minuten reagieren gelassen. Die Viskosität der Aufschlämmung nahm sofort nach dem Zusatz der Enzymlösung ab.

E. Die Reaktion der Enzyme wurde durch Wiederholung des Schrittes C, wobei das Enzym durch die Wärme inaktiviert wurde, beendet.

F. Die Aufschlämmung wurde in einem Zerstäubungstrockner auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 3 Gew.-% getrocknet Die Dispergierbarkeit des erhaltenen Produktes betrug 97,5% DPI. Das Produkt hatte eine Einsinkzahl von 3,0 und einen Einrührfaktor von 70 Gew.-°/o.

Beispiel 2

Die Schritte A und B des Beispiels 1 wurden wiederholt, wobei jedoch beim Schritt C die Aufschlämmung ajf 127°C erhitzt, in der Haltekammer 15 Sekunden gehalten und unter einem Druck von etwa 0,35 bar in eine Vakuumkammer übergeführt wurde. Die Aufschlämmung wurde auf 55° C abgekühlt (der pH-Wert des Materials lag bei 6,5), und das Protein wurde mit Papain in einer Menge von 0,75 Gew.-% des Proteins 7 Minuten zur Reaktion gebracht. Die Schritte E und F aus Beispiel 1 wurden dann wiederholt. Die Dispergierbarkeit des erhaltenen Produktes betrug 79,0% DPI. Das Produkt hatte eine Einsinkzahl von 1,5 und einen Einrührfaktor von 50 Gew.-%.

Beispiel 3

Der Schritt A des Beispiels 1 wurde wiederholt; beim Schritt B jedoch wurde der pH-Wert auf 6,9 eingestellt. Beim Schritt C wurde die Aufschlämmung beim Durchgang durch den Düsenkocher auf eine Temperatur von 171°C erhitzt und 30 Sekunden unter Druck gehalten, ehe sie entleert wurde. Die Aufschlämmung wurde auf 52°C abgekühlt und auf einen pH-Wert von 6,5 eingestellt.

Das Protein wurde 60 Sekunden lang mit einem Enzym aus Bacillus subtilis mit einer Aktivität von 1,0 bei einer Feststoffkonzentration von 0,43% zur Reaktion gebracht. Die Schritte E und F des Beispiels 1 wurden wiederholt, wobei mit einer Temperatur von 82,5°C gearbeitet wurde, um das Enzym zu inaktivieren. Die Dispergierbarkeit des erhaltenen Produktes betrug 87,9% DPI. Das Produkt hatte eine Einsinkzahl von 2,0 und einen Einrührfaktor von 70Gew.-%.

Beispiel 4

Die Schritte A und B des Beispiels 1 wurden wiederholt, wobei jedoch der pH-Wert beim Schritt B 7,1 betrug. Danach wurde die Aufschlämmung durch eine Hochdruckpumpe geleitet und einem Druck von einigen zehn bar ausgesetzt. Anschließend wurde sie durch einen indirekten Vierschlangen-Wärmeaustauscher geleitet, schnell auf eine Temperatur von 153°C erwärmt und 30 Sekunden lang unter Druck gehalten. Sodann wurde die Aufschlämmung auf 55° C abgekühlt (der pH-Wert des Materials betrug 6,9), und das Protein wurde zwei Minuten mit dem Enzym aus Bacillus subtilis mit einer Aktivität von 1,0 bei einer Proteinfeststoff-Konzentration von 0,3% zur Reaktion gebracht Das Enzym wurde durch Erwärmen der Aufschlämmung auf 83⁰C gemäß Schritt C des Beispiels 1 inaktiviert. Das Produkt wurde dann gefriergetrocknet. Die Dispergierbarkeit des erhaltenen Produktes betrug 90% DPI. Das

ίο Produkt hatte eine Einsinkzahl von 2,0 und einen Einrührfaktor von 60 Gew.-%.

Beispiel 5

50%iges lösungsmittelextrahiertes Sojabohnenmehl wurde mit Wasser zu einer wäßrigen Suspension aufgeschlämmt, die 15 Gew.-% Feststoffe enthielt. Das Sojabohnenmehl hatte eine Dispergierbarkeit von 31,8% DPI und einen pH-Wert von 6,9. Die Aufschlämmung wurde behandelt, wie unter Schritt C im Beispiel 1 beschrieben, wobei jedoch das Material auf 155°C erhitzt und bis zur Druckentspannung 30 Sekunden unter Druck gehalten wurde. Die Aufschlämmung wurde auf 55⁰C abgekühlt; der pH-Wert der abgekühl-

ten Aufschlämmung betrug 6,7. Die abgekühlte Aufschlämmung wurde 7'/2 Minuten mit dem Enzym aus Bazillus subtilis mit einer Aktivität von 1,0 bei einer Feststoffkonzentration von 0,36% zur Reaktion gebracht. Die Schritte E und F des Beispiels 1 wurden

wiederholt, um das Enzym zu inaktivieren, wobei in dem Düsenkocher eine Temperatur von 155° C angewendet wurde. Die Dispergierbarkeit des Endprodukts betrug 83,5% DPI.

Beispiel 6

5O°/oiges Fleisch- und Knochenmehl mit einem Proteingehalt von etwa 50 Gew.-% wurde mit Wasser zu einer wäßrigen Suspension aufgeschlämmt, die 15

Gew.-% Feststoffe enthielt. Das Fleisch- und Knochenmehl hatte eine Dispergierbarkeit von 8,3 DPI und einer pH-Wert von 6,9. Die Aufschlämmung wurde behandelt wie unter Schritt C des Beispiels 1 beschrieben, wobei jedoch das Material auf 155°C erwärmt und bis zur Druckentspannung 30 Sekunden unter Druck gehalter wurde. Die Aufschlämmung wurde auf 155°C abgekühlt der pH-Wert der abgekühlten Aufschlämmung betrug 6,7. Die abgekühlte Aufschlämmung wurde 7>/2 Minuter lang mit dem Enzym aus Bacillus subtilis mit einer

Aktivität von 1,0 bei einer Feststoffkonzentration vor 0,7% zur Reaktion gebracht. Die Schritte E und F des Beispiels 1 wurden wiederholt, um das Enzym bei einci Temperatur von 155°C im Düsenkocher zu inaktivieren Die Dispergierbarkeit des Endprodukts betrug 8O,7°/e

« DPI.

Beispiel 7

50%iges lösungsmittelextrahiertes Erdnußmehl wurde mit Wasser zu einer wäßrigen Suspension aufgeschlämmt, die 15 Gew.-% Feststoffe enthielt. Das Erdnußmehl hatte eine Dispergierbarkeit von 47,5 DPI und einen pH-Wert von 6,9. Die Aufschlämmung wurde behandelt wie unter Schritt C des Beispiels 1 beschrieben, wobei jedoch das Material auf 155"C erwärmt und bis zur Druckentspannung 30 Sekunden unter Druck gehalten wurde. Die Aufschlämmung wurde auf 55⁰C abgekühlt, und der pH-Wert der

abgekühlten Aufschlämmung betrug 6,7. Die abgekühlte Aufschlämmung wurde 7'/2 Minuten lang mit dem aus Bacillus subtilis mit einer Aktivität von 1,0 bei einer Feststoffkonzentration von 0,3% zur Reaktion gebracht. Die Schritte E und F des Beispiels 1 wurden wiederholt, um das Enzym bei einer Temperatur von 155° C im Düsenkocher zu inaktivieren. Die Dispergierbarkeit des Endprodukts betrug 89,7% DPI.

Die funktioneilen Eigenschaften des nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Produktes umfassen die Fähigkeit, als Wasser- und Fettbindemittel in einer Suspension zu deren homogener Dispersion statt zur Trennung beizutragen. Das erleichtert seine Verwendung in vielen Produkten als direkter Ersatz für Molkereiprodukte. Es kann ferner als Nahrungsmittel '5 von geringer Kalorienzahl bei hohem Proteingehalt dienen. Der Proteingehalt kann, je nachdem, ob andere Bestandteile wie Zucker, Fasern usw. zunächst abgetrennt wurden, in weiten Grenzen dadurch variiert werden, daß der Aufschlämmung abgemessene Mengen isoliertes Sojaprotein (etwa 90% oder mehr Protein) oder dergleichen zugesetzt werden, bevor die mechanische und thermische Behandlung ausgeführt wird.

Da das Produkt in Form einer flüssigen Suspension mit einer eßbaren Trägerflüssigkeit, beispielsweise Wasser, verwendet werden kann, das einen Teil des Proteins auflöst und den Rest in einer feinverteilten Suspension hält, eignet es sich zur Herstellung proteinreicher Getränke verschiedenster Art, als flüssiger Proteinzusatz für Nahrungsmittel oder als Eindickungsmittel. Das Produkt kann auch in Pulveroder Flockenform als Mehl, als Zusatz zur Erhöhung des Proteingehalts von Nahrungsmitteln wie Spaghetti oder Makkaroni, als ein Eindickungsmittel für Nahrungsmittel und als Proteinzusatz für Fleisch oder künstliches » Fleisch verwendet werden. Es könnte auch als Grundbestandteil von Puddings, als Zusatz für Backwaren, wie Kuchen, Plätzchen und Brot, eingesetzt werden. Das neue, in Pulverform vorliegende Produkt kann in eine Paste umgewandelt werden, die einen proteinreichen Nahrungsmittelaufstrich ausgewählter Geschmacksrichtungen bildet.

Eine besonders wertvolle Eigenschaft des nach dem Verfahren der Erfindung erhaltenen Produkts ist seine hohe Benetzbarkeit und sein vorteilhaftes Einsink- und Einrührverhalten. Das Produkt wird an Hand einer Skala beurteilt, bei der

0 — kein Ein-oder Untersinken,

1 — geringes Einsinken (leicht trüb),

2 — mäßiges Einsinken,

3 — gutes Einsinken (trübe Lösung),

4 — überlegenes Einsinken (sehr trübe Lösung),

5 — ausgezeichnetes Einsinken (mindestens 50% des

Produktes sind untergesunken)

bedeuten. Bei der Prüfung werden 5 g des Produkts auf die Oberfläche von 200 ml Wasser von 30° C, das sich in einem 400-ml-Becherglas befindet, verteilt, und es wird die Menge Protein bestimmt, die nach einer Minute untergesunken ist. Nach dem Verfahren der Erfindung wird ein Produkt erhalten, das eine Einsinkzahl von mindestens etwa 2 und vorzugsweise mindestens etwa 3 hat. Nachdem die Lösung eine Minute gestanden hat, wird sie mit einem Löffel 30 Sekunden umgerührt, und danach wird der prozentuale Anteil des Produktes

50

55 bestimmt, der in die Lösung eingerührt worden ist. Das erfindungsgemäß hergestellte Produkt hat einen Einrührfaktor von mindestens etwa 60%, vorzugsweise mindestens etwa 70%. Infolge der hohen Dispergierbarkeit und Benetzbarkeit des Produktes bleibt es in einer kalten, wäßrigen Flüssigkeit suspendiert und setzt sich nicht nennenswert ab. Dank dieser Eigenschaften — hohe Einsinkzahl, hoher Einrührfaktor, hohe Dispergierbarkeit — eignet sich das Produkt hervorragend für die Herstellung zahlreicher Proteinprodukte, beispielsweise für proteinverstärkte Getränke, bei denen das Protein vom Verbraucher mit einer kalten wäßrigen Grundflüssigkeit gemischt wird. Als Beispiel für ein solches Produkt sei ein Frühstücksgetränk angeführt, bei dem der Verbraucher den Proteinverstärker kalter Milch zusetzt und beide Materialien durch Umrühren miteinander vermischt. Bei diesen Produkten stellt das erfindungsgemäß hergestellte Zusatzprodukt dank seiner ausgezeichneten funktionellen Eigenschaften, seiner überlegenen glatten Textur und seines guten Mundempfindens in der bereiteten Lösung einen überlegenen Proteinzusatz dar.

Beispie! 8

Ein Frühstücksgetränk kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß man

22,44 Teile Saccharose

15,89 Teile Dextrose

15,39 Teile des nach Beispiel 1

hergestellten Materials 0,34 Teile Vanillearoma
0,20 Teile Salz
0,05 Teile Vanillin
0,05 Teile Maltol

in ein Gefäß gibt, zwei Minuten umrührt, während 1 Teil Propylenglykol in den Mixer gesprüht wird. Das Material wird weitere 15 Minuten gerührt, dann werden dem Mixer 44,64 Teile entfetteter Instant-Trockenmilch zugesetzt, und das Ganze wird drei Minuten gemischt Man erhält ein ausgezeichnetes lnstantan-Frühstücksgetränk. Wenn die vereinigten Komponenten mit 227 Gramm kalter Milch gemischt und umgerührt werden werden die Feststoff-Bestandteile innerhalb von etwa 5 bis 10 Sekunden in der wäßrigen Phase dispergiert, und man erhält ein erfrischendes, nahrhaftes Getränk. Das dispergierte Material bleibt in der wäßrigen Phase schwimmt nicht auf und setzt sich auch nicht aus dei Dispersion ab.

Das Produkt der Erfindung kann auch in halb odei ganz gelierter Form vorliegen, die man für Desserte Eindickungsmittel, Bonbons oder Kunstfrüchte dei verschiedensten Art mit hohem Proteingehalt unc geringer Kalorienzahl gut verwenden kann.

Zu weiteren Nahrungsmitteln, die aus dem Produk selbst oder mit ihm als Zusatz hergestellt werdei können, gehören Milchersatz zum Weißen von Kaffee gesponnene Proteinfasern, Speiseeis oder Kunstspeisc eis, Bonbons, Tortenböden, Cracker, Schokolade, Butte und ölmargarine, Appetithappen, Appetitchips, Soßer z. B. weiße Soßen, Käsesoßen und Hollandaise, Fleisch streckmittel, beispielsweise für Würste, Tortenfüllungcr gefrorene Desserts, Sahneverzierungen und Marshmal lows.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Pflanzenproteinproduktes mit hoher Dispergierbarkeit in Wasser, verbesserter Textur und verbessertem Mundgefühl bei der Verwendung als Nahrungsmittel, bei dem eine wäßrige Aufschlämmung eines Pflanzenproteinmaterials mit einem Feststoffgehalt von etwa 3 bis 30 Gew.-% und einem pH-Wert zwischen etwa 5,7 und 7,5 auf eine Temperatur zwischen etwa 104 und 205° C erhitzt, dabei unter Strömungsbedingungen dynamisch durchgearbeitet und dann verringertem Druck ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das so behandelte Proteinmaterial mit einem proteolytische und amylolytische Aktivität aufweisenden Enzym oder mit einem Gemisch aus einem proteolytischen und einem amylolytischen Enzym zur Modifizierung des Proteinmaterials zur Reaktion gebracht, hierauf zur Inaktivierung des Enzyms erwärmt und zu einem Pulver getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Enzym oder Enzymgemisch in einer Menge zwischen etwa 0,05 und 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Protein als Trockensubstanz, eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Proteinmaterial während einer Zeitspanne von etwa 15 Sekunden bis etwa 30 Minuten mit dem Enzym oder Enzymgemisch zur Reaktion gebracht wird.