DE2323298A1

DE2323298A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING AN OIL SEED PROTEIN WITH A DETERMINED SOLUBILITY DEGREE

Info

Publication number: DE2323298A1
Application number: DE19732323298
Authority: DE
Inventors: Christopher Wilson Frederiksen; Ralph Anthony Hoer; Jun Pete J Magnino
Original assignee: Ralston Purina Co
Current assignee: Nestle Purina PetCare Co
Priority date: 1972-08-24
Filing date: 1973-05-09
Publication date: 1974-03-21
Also published as: FR2196754B3; FR2196754A1; GB1407773A

Description

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

DipL-lng. WERNER COHAUSZ . Dipl.-Ing. WILHELM FLORACK. DipUng. RUDOLF KNAUF DipL-lng. WERNER COHAUSZ. Dipl.-Ing. WILHELM FLORACK. DipUng. RUDOLF KNAUF

Dr.-Ing. Arnold GerberDr.-Ing. Arnold Gerber

4 Düsseldorf, Schumannstraße 974 Düsseldorf, Schumannstrasse 97

Ralston Purina Company 7. Mai 1973Ralston Purina Company May 7th 1973

Checkerboard SquareCheckerboard Square

St. Louis, Missouri 63188, USASt. Louis, Missouri 63188, USA

Verfahren zur Herstellung eines ölsaatenproteins mit vorbestimmten Löslichkeitsgrad Process for the production of an oil seed protein with vorbe certain degree of solubility

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines ölsaatenproteins mit vorbestimmtem Löslichkeitsgrad aus isoliertem ölsaatenprotein in Käsebruchform, insbesondere aus Sojaprotein.The invention relates to a method for producing a oil seed protein with a predetermined degree of solubility from isolated Oil seed protein in cheese curd form, in particular from soy protein.

Es ist seit langem bekannt, daß ölsaaten eine Quelle von verhältnismäßig nahrhaftem und billigem Protein bilden. Es gibt eine Reihe von Verfahren, bei denen ölsaatenprotein, insbesondere solche aus Sojabohnen, zur Herstellung einer Anzahl von Nahrungsmitteln verwendet werden. Eine gebräuchliche Methode zur Herstellung von ölsaatenprotein für diese Zwecke ist das Isolatverfahren, bei dem entfettetes ölsaatenmehl mit einer stark alkalischen Lösung extrahiert, das Protein durch Senkung des pH auf einen Wert nahe dem isoelektrischen Punkt ausgefällt, von dem nicht ausgefällten Material auf mechanischem Wege abgetrennt und in Form eines käsebruchartigen Niederschlages gewonnen wird.It has long been known that oilseeds are a source of proportionate make nutritious and cheap protein. There are a number of procedures that use oilseed protein, in particular those made from soybeans, can be used in the manufacture of a number of foods. A common one The method for producing oil seed protein for these purposes is the isolate process, in which defatted oil seed meal is used In a strongly alkaline solution, the protein is extracted by lowering the pH to a value close to the isoelectric point precipitated, separated from the non-precipitated material by mechanical means and in the form of a cheese curd-like precipitate is won.

Ferner ist bekannt, daß die Löslichkeit von Protein durch vieleIt is also known that the solubility of protein by many

27 158 . _ ο _27 158. _ ο _

U/BeU / Be

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Faktoren beeinflußt wird. So ist beispielsweise bekannt, daß Sojaprotein - wie alle Eiweißstoffe - an seinem isoelektrischen Punkt am wenigsten löslich ist und daß daher eine Erhöhung oder Erniedrigung des pH-Wertes in bezug auf den isoelektrischen Punkt die Löslichkeit des Proteins erhöht. Auch begünstigt Wärmezufuhr die Denaturierung einiger Proteine und verringert dadurch deren Löslichkeit. Schließlich ist noch bekannt, daß die Gegenwart von Erdalkalimetallionen, wie Calcium, die Löslichkeit von Proteinen herabsetzt.Factors is influenced. It is known, for example, that soy protein - like all protein substances - at its isoelectric Point is least soluble and that therefore an increase or decrease in pH with respect to the isoelectric Point increases the solubility of the protein. The addition of heat also favors the denaturation of some proteins and thereby reduces them their solubility. Finally, it is known that the presence of alkaline earth metal ions, such as calcium, increases the solubility of proteins.

Obwohl diese Paktoren seit langem bekannt und im wesentlichen völlig unlösliche sowie im wesentlichen völlig lösliche Proteine aus isoliertem Sojaprotein hergestellt worden sind, hat man bisher nicht erkannt, daß durch geeignete Manipulation dieser Faktoren innerhalb weiter Bereiche Proteine mit teilweiser Löslichkeit und wertvollen Textureigenschaften hergestellt werden können.Although these factors have long been known and essential completely insoluble as well as essentially completely soluble proteins have been produced from isolated soy protein it has not yet been recognized that by suitable manipulation of these factors within wide ranges proteins with partial Solubility and valuable textural properties can be produced.

Es ist eine bekannte Tatsache in der Nahrungsmitteltechnik, daß eine der Hauptschwierigkeiten bei der Herstellung eines simulierten Nahrungsmittels die Erzeugung des dem Nahrungsmittel eigenen charakteristischen Mundgefühls ist. Das gleiche Problem ergibt sich, wenn ein Nahrungsmittel, z.B. ein Tortengebäck, verstärkt werden soll. Zwar steht Protein entweder in im wesentlichen völlig löslicher oder in im wesentlichen völlig unlöslicher Form zur Verfügung, doch hat das erstere den Nachteil, daß es einen weniger lockeren, klebrigen Teig ergibt, während letzteres dem Tortengebäck einen sandigen oder körnigen Geschmack verleiht, der sieh bei dem unverstärkten Produkt nicht findet.It is a well known fact in the food industry that one of the major difficulties in making a simulated food is the creation of the characteristic mouthfeel inherent in the food. The same The problem arises when a food, e.g. a cake, is to be fortified. Protein is either in essentially completely soluble or in essentially completely insoluble form, but the former has the disadvantage that it gives a less fluffy, sticky dough, while the latter makes the cake a sandy or grainy one Gives a taste that is not found in the unreinforced product.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das erstmals die Herstellung von Protein mit vorbestimmtem Löslich-The object of the invention is to provide a method which for the first time enables the production of protein with a predetermined solubility

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keitsgrad aus isoliertem ölsaatenprotein ermöglicht und dadurch ein Proteinmaterial mit vorbestimmter Textur liefert.degree of fitness from isolated oilseed protein made possible and thereby provides a protein material of predetermined texture.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der pH-Wert des isolierten Proteins in Käsebruohform durch Behandlung mit einer Base auf einen Wert zwischen etwa 5,5 und etwa 8,0 erhöht, das Produkt in Form einer Schlämme mit 20$ Feststoffen innerhalb von 2 bis JO Sekunden auf eine Temperatur im Bereich von etwa 65 ⁰C bis Siedetemperatur erhitzt und dann einer Zerstäubungstrocknung unterworfen wird. Die Zerstäubungstrocknung wird zweckmäßigerweise bei Temperaturen zwischen etwa 65 und 107 ⁰C ausgeführt.According to the invention, this object is achieved in a method of the type mentioned in that the pH of the isolated protein in the form of cheese is increased by treatment with a base to a value between about 5.5 and about 8.0, the product in the form of a slurry is heated with 20 $ solids within 2 to JO seconds to a temperature in the range from about 65 ⁰ C to the boiling point and then subjected to spray drying. The spray drying is expediently carried out at temperatures between about 65 and 107 ⁰ C.

Zum Zwecke der Beurteilung der vorliegenden Erfindung wird die Löslichkeit des Proteins durch den Proteindispergierbarkeitsindex (PDl) ausgedrückt. Dieser in Form einer Prozentzahl angegebene Wert kann nach der Methode ρ 10-65(überarbeitete Fassung von 1969), einem Standard-Prüfverfahren der American Oil Chemist Society (AOCS), bestimmt werden. Im Prinzip wird bei diesem Verfahren eine wäßrige Proteindispersion von bekannter Proteinkonzentration zentrifugiert. Nach dem Zentrifugieren wird die Flüssigkeit abdekantiert und das in der Flüssigkeit noch enthaltene Protein nach der Kjeldahl-Methode bestimmt. Durch Division der noch in der zentrifugierten Flüssigkeit enthaltenen Proteinmenge durch die ursprünglich in der Flüssigkeit dispergierten Proteinmenge und Multiplikation mit 100 wird der PDI berechnet.For the purpose of evaluating the present invention, the solubility of the protein is determined by the protein dispersibility index (PDl). This value, given in the form of a percentage, can be calculated using the method ρ 10-65 (revised 1969 version), a standard test method of the American Oil Chemist Society (AOCS). In principle, will In this process an aqueous protein dispersion of known protein concentration is centrifuged. After centrifugation the liquid is decanted off and the protein still contained in the liquid by the Kjeldahl method certainly. By dividing the amount of protein still in the centrifuged liquid by the amount originally The amount of protein dispersed in the liquid and multiplied by 100 is used to calculate the PDI.

Es ist wichtig, die oben beschriebene spezielle Reihenfolge der Verfahrensmaßnahmen einzuhalten, um beispielsweise ein Sojaprotein mit einem vorbestimmten PDI-Wert zu erhalten. Insbesondere wurde gefunden, daß das Erwärmen erst nach demIt is important to follow the special order of procedural actions described above, for example to obtain a Get soy protein with a predetermined PDI value. In particular it was found that heating only occurs after

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Erhöhen des pH-Wertes ausgeführt werden darf. Falls die 'Verfahrensmaßnahmen in anderer Reihenfolge ausgeführt werden, ist es außerordentlich schwierig, ein Produkt mit mittlerem PDI-Wert zu erhalten. Wie oben ausgeführt, lehrt die Erfindung nicht zum ersten Mal nicht die Herstellung eines völlig löslichen oder völlig unlöslichen Sojaproteins, sondern er- ■ möglicht eine genaue Lenkung der Löslichkeit. Noch wichtiger ist, daß zum ersten Mal die Herstellung eines teilweise löslichen Proteins mit PDI-Werten im Bereich von etwa 25 bis 75, insbesondere zwischen 50 und 65, nach dem Verfahren der Erfindung leicht und reproduzierbar möglieh ist. Bei Ausarbeitung der Erfindung wurde gefunden, daß die zur Erhöhung des pH-Wertes verwendete Base den PDI beeinflußt. Wenn unter sonst gleichen Bedingungen ein Erdalkalihydroxid verwendet wird, ist der PDI-Wert niedriger als bei Verwendung eines Alkalihydroxids. Gegenwärtig wird bevorzugt, eine Erniedrigung der ?DI-Werte durch Verwendung einer Mindestmenge von Erdalkalimetallhydroxiden zu erzielen. Höhere Temperaturen erniedrigen ebenfalls wie niedrige pH-Werte in dem vorstehend angegebenen Bereich unabhängig davon und allein den PDI. Nach dem gegenwärtigen Stand der Erkenntnis müssen jedoch, wenn PDI-Werte von wesentlich unter 50 erhalten werden sollen, mindestens 20$ der verwendeten Basen Calcium- oder andere Erdalkalimetallhydroxide sein.Increasing the pH may be carried out. If the 'procedural measures in a different order, it is extremely difficult to find a product with medium PDI value. As stated above, it is not for the first time that the invention does not teach the making of one entirely soluble or completely insoluble soy protein, but enables precise control of the solubility. More importantly is that for the first time the production of a partially soluble protein with PDI values in the range of about 25 to 75, in particular between 50 and 65, according to the method of the invention easily and reproducibly is possible. In working out the invention, it was found that to increase the pH base used affects the PDI. If, all other things being equal, an alkaline earth hydroxide is used, the PDI value is lower than when using an alkali hydroxide. It is currently preferred to lower the? DI values Use a minimum amount of alkaline earth metal hydroxides to achieve. Higher temperatures also lower like low pH values in the range given above independently of it and only the PDI. However, according to the current state of knowledge, if PDI values are significant Under 50 should get at least $ 20 of the used Bases calcium or other alkaline earth metal hydroxides.

Die Erwärmungsbehandlung vor der Zerstäubungstrocknung wird zweckmäßigerweise in einem Hochdruckwärmeaustauscher ausgeführt. Dieses Gerät besteht im wesentlichen aus einer mit einem Dampfmantel umgebenen Rohrschlange, die mit einer Hochdruckpumpe verbunden ist, die die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit durch die Rohrschlange fördert. Einrichtungen dieser Art sind besonders zweckmäßig, da das Austrittsende der Rohrschlange direkt mit der Düse des Zerstäubungstrockners verbunden und die Zerstäubungstrocknung unmittelbar nach derThe heating treatment before the spray drying is carried out expediently carried out in a high pressure heat exchanger. This device essentially consists of one with one Steam jacketed coiled pipe that is connected to a high pressure pump that transports the liquid at high speed promotes through the pipe coil. Facilities of this type are particularly useful because the exit end of the coil connected directly to the nozzle of the spray dryer and spray drying immediately after

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Wärmebehandlung unter Ausnutzung der dem Produkt in dem Wärmeaustauscher zugeführten Wärme zum Trocknen ausgeführt werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung einer Hochdruckpumpe eine Dosierung der Flüssigkeit sowie eine genaue Regulierung der Verweilzeit und der Temperatur. Man kann aber auch das Produkt auf andere Weise, z.B. durch Einleiten von Dampf, Erhitzen und trotzdem den PDI in gleicher Weise beeinflussen. Die Betriebsbedingungen für Apparate wie Plattenerhitzer, die ebenfalls für die Erwärmung verwendet werden können, sind etwas verschieden, da bei der Berechnung die Zeit in Betracht gezogen werden muß, die notwendig ist, um die mit Alkali behandelte Lösung auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Bei Verwendung dieser Apparate weicht die Behandlungszeit zwar etwas von den angegebenen Werten ab, doch können die Apparate unter dem oben stehenden Vorbehalt für die Ausführung der Erfindung verwendet werden, wenngleich sie derzeit nicht bevorzugt werden.Heat treatment taking advantage of the product in the heat exchanger supplied heat can be carried out for drying. It also allows the use of a high pressure pump a dosage of the liquid as well as a precise regulation of the residence time and the temperature. But you can too the product in another way, e.g. by introducing steam, heating and still affecting the PDI in the same way. The operating conditions for apparatus such as plate heaters, which can also be used for heating, are somewhat different, since the calculation must take into account the time necessary to complete the alkali-treated Bring the solution to the desired temperature. When using this apparatus, the treatment time is indeed different slightly from the values given, but the apparatus can, with the above reservation for the execution of the Invention, although not currently preferred.

Wenn ein Wärmeaustauscher oder eine andere Einrichtung, die eine sofortige Erwärmung bewirkt, verwendet wird, wird das Produkt 2 bis 30 Sekunden auf eine Temperatur im Bereich von etwa 65 ⁰C bis Siedetemperatur gehalten. Wenn die Feststoffkonzentration etwa 20$ beträgt, genügt eine Wärmebehandlung von etwa 20 Sekunden bei Temperaturen von etwa 70 bis 80 ⁰C, um eine ausreichende Wärmebehandlung zu erzielen.If a heat exchanger or other device which provides immediate heating is used, the product is held at a temperature in the range from about 65 ^° C. to boiling temperature for 2 to 30 seconds. If the solids concentration is about $ 20, a heat treatment of about 20 seconds at temperatures of about 70 to 80 ^° C. is sufficient in order to achieve a sufficient heat treatment.

Anhand des folgenden Beispiels wird das Verfahren der Erfindung veranschaulicht. Das Beispiel zeigt, wie die Löslichkeit, ausgedrückt durch den PDI, durch Veränderung der oben erörterten Faktoren beeinflußt werden kann. Ausgangsmaterial für dieses Beispiel war ein isoliertes Sojaprotein in Käsebruehform mit einem pH-Wert von 4,6. Das kä^sebruchartige Protein war hergestellt worden, indem SoJaflocken zweimal mit wäßrigen AlkaliThe following example illustrates the method of the invention. The example shows how the solubility is expressed through the PDI, can be influenced by changing the factors discussed above. Starting material for this An example was an isolated soy protein in cheese broth form with a pH of 4.6. The curd-like protein was made been made by adding soy flakes twice with aqueous alkali

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■extrahiert worden waren und das Protein aus dem Extrakt ausgefällt, gewaschen und durch Zentrifugieren auf einen Peststoffgehalt von etwa 20 Gew.-% konzentriert werden war. Das in vorstehend beschriebener Weise erhaltene käsebruchartige Protein, wurde dann einer weiteren Behandlung unter den in der nachstehenden Tabelle angegebenen Bedingungen unterworfen. Die Spalte mit der Überschrift % Calciumhydroxid gibt den Anteil des Calciumhydroxids in Gew.-% an der zur Erhöhung des pH auf den in der Tabelle angegebenen Wert verwendeten Gesamtmenge Alkali an (Die andere bei den Proben benutzte Base war Natriumhydroxid.). Nach 20 Sekunden Erwärmen in dem Wärmeaustauscher auf die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Temperatur wurde das Produkt sofort durch Zerstäubungstrocknung auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 5$ bei einer Temperatur von 82 ⁰C am Ausgang des Zerstäubungstrockners getrocknet. Dann wurden die PDI dieser Proben bestimmt.■ were extracted and the protein from the extract precipitated, washed by centrifugation and a Peststoffgehalt of about 20 wt - was concentrated.%. The curd-like protein obtained as described above was then subjected to a further treatment under the conditions shown in the table below. The column labeled% calcium hydroxide indicates the proportion of the calcium hydroxide in wt -.% Of the used to raise the pH to the specified value in the table the total amount of alkali in (the other samples used in the base was sodium hydroxide.). After 20 seconds of heating in the heat exchanger to the temperature given in the table below, the product was immediately ^{dried by spray drying to a moisture content of 5 $ at a temperature of 82 °} C. at the exit of the spray dryer. The PDIs of these samples were then determined.

TabelleTabel 4098?274098? 27 i 1 i 1 pH nachpH after PDIPDI Probe Nr.Sample no. Wärmeaustauscher-Heat exchanger % Calcium % Calcium Neut.Neut. Temperaturtemperature hydroxidhydroxide 6.86.8 84,684.6 11 82 ⁰C82 ⁰ C OO ftft 81,081.0 22 ηη 1010 IiIi 79,579.5 55 ItIt 1515th I?I? 76,476.4 44th ttdd 4040 ItIt 71,571.5 55 ItIt 5050 1!1! 62,862.8 66th ItIt 6060 ηη 57, C57, c ιι ttdd 7070 ItIt 59,359.3 99 ηη 7575 ItIt 5,05.0 1010 ttdd 100100 6,86.8 89,289.2 1111 71 ⁰C71 ⁰ C OO ItIt 88,588.5 1212th ttdd 1010 KK 74,474.4 IlIl ttdd 4040 IfIf 42,642.6 1515th ttdd 7575 ttdd 5,55.5 1616 IfIf 100100 ⁵f,⁵ ⁵ f, ⁵ 55,155.1 1717th 82 ⁰C82 ⁰ C OO ItIt 56,756.7 1818th ηη 1010 1111 47,747.7 1919th ηη 2020th «« 1,91.9 2020th ttdd 4040 titi 1,61.6 2121 ItIt 6060 IfIf 1,51.5 ItIt 75 ·75 · 5,55.5 itit 100100 03510351

Wie die Daten der Tabelle zeigen, 1st es möglich, durch Einstellung des pH-Wertes sowie durch Wahl der Calciummenge bei der Neutralisation und der Erwärmungsbedingungen unter Einhaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Reihenfolge der Verfahrensschritte ein Protein mit praktisch jedem gewünschten PDI zu erhalten und daher mindestens theoretiseh auf die Textur von Zusatzstoffen auf Proteinbasis und von Nahrungsmitteln, die diese Zusatzstoffe enthalten, nach Belieben Einfluß zu nehmen.As the data in the table show, it is possible by setting the pH value as well as by choosing the amount of calcium for the neutralization and the heating conditions in compliance the sequence of process steps proposed according to the invention to obtain a protein with practically any desired PDI and therefore at least theoretically on the texture of protein-based additives and of foods containing these additives at will.

Die Temperatur der Zerstäubungstrocknung hat einigen Einfluß auf den PDI; Temperaturen, die wesentlich höher als 95 ⁰C sind, setzen den PDI-Wert in einem gewissen Ausmaß herab.The spray drying temperature has some impact on the PDI; Temperatures which are significantly higher than 95 ^° C. reduce the PDI value to a certain extent.

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Claims

7.5.1975

Expectations

Process for the production of an oil seed protein with a predetermined degree of solubility from isolated oil seed protein in cheese curd form, characterized in that the pH of the isolated protein in cheese curd form is increased to a value between about 5.5 and about 8.0 by treatment with a base, the product in the form of a slurry is heated and with about 20% within 2 to Peststoffen J50 seconds to a temperature in the range of about 65 ⁰ C to the boiling point then subjected to spray drying.

2. The method according to claim 1, characterized in that to increase the pH of the cheese curd protein Base is used, which consists at least in part of an alkaline earth metal hydroxide.

Process according to one of Claims 1 or 2, characterized in that a base is used to increase the pH of the protein in the form of cheese curds to about 5.5 to produce a protein whose PDI after spray drying does not exceed 50, which contains at least 20% alkaline earth metal hydroxide.

4. The method according to any one of claims 1 to j5, characterized in that the Proteinschlämme is heated to a temperature between about 70 and 80 ⁰ C.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that spray drying is carried out immediately following the heating.

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U / Be * "

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6. The method according to any one of claims 1, 2, 4 or 5, characterized in that the pH is adjusted to about 5.5 to 6.8 will.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the heating is carried out under conditions
which corresponds to a heating of 20 seconds to a temperature between 70 and 80 ^{0 C.}

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