DE2329091A1

DE2329091A1 - Verfahren zur herstellung fadenfoermiger proteinfasern

Info

Publication number: DE2329091A1
Application number: DE19732329091
Authority: DE
Inventors: Wilhelmus Heusdens
Original assignee: Ralston Purina Co
Current assignee: Nestle Purina PetCare Co
Priority date: 1973-05-18
Filing date: 1973-06-07
Publication date: 1974-12-19
Also published as: FR2233940B1; NL7307664A; GB1412801A; FR2233940A1; JPS5019957A; BE801808A; JPS5425098B2; DE2329091B2; DE2329091C3

Description

COIIAUSZ & F¹LORACK ₉o_9qnq1

PATENTANWALTSBÜRO /. O Δ Ό KJ Ό Ι

4 DÜSSELDORF SCHUM A N N STR. O7

PATENTANWÄLTE: Dipl.-lnfl. W. COHAUSZ · Dtpl.-lng. W. FtORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER Raleton rurlna Company 5. Juni vj' Checkerboard Square St. Louis, Mo. 6)188, USA Verfahren zur Herstellung fadenförmiger Frotelufasern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung fadenförmiger Proteinfaeern von verbesserter Zartheit aua Proteinmaterial.

In der NahrungsmitteItechnlk 1st man seit einiger Zelt an der Herstellung texturlerter faaerförralger Proteinprodukte irieressiert, die aus nichttexturiertem genießbaren Froteinmaterial hergestellt werden können. Dmr Mangel an Protein für die menschliche Ernährung ist das dringendste Nahrungsmittelproblem unserer Zelt. Eine groSe Schwierigkeit besteht darin, schmackhafte Proteinnahrungsmittel aus zur Verfugung stehenden Proteinmaterialien herzustellen. Viele Protelnmaterlalien, wie Konzentrate von tierischen Protein und Nebenprodukte tierischen Proteins, Getreideproteine, ulsaatenprotelne und mikro· biologische Proteine können für die nensohliohe Ernährung nicht voll genutzt werden, da sie nicht in einer Form vorkommen, die für den Menschen annehmbar ist. Der Mensch bevorzugt in Munde das Gefühl des Fleisches, das eine definierte Textur und faserige Beschaffenheit hat. Die meisten tierischen Proteinkonzentrate und Nebenprodukte, Oetreldeprotelne, Olaaat-Protelnkonsentrste und mikrobiologischen Proteinkonzentrate

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koamen in Pasten- oder amorpher Pulverform vor. Für die Nutzung von tierischem Protein, Olsnatenproteln und mikrobiologischem Protein ist es wünschenswert, sie so weiterzuverarbelten, daß sie eine texturierte und faserfönnlge BesohaffenheIt erhalten« die vom Mensehen als angenehm empfunden wird.

Es 1st daher eine Reihe von Verfahren ausgearbeitet worden, ■lt deaen strukturierte Proteine hergestellt werden können. Hines <*er gebräuchlichsten und erfolgreichsten Verfahren 1st das NaBsplnnen, wie es beispielsweise in der US-PS 2 730 W beschrieben wird. Bei diesem Verfahren werden durch Extrudieren zahlreicher feiner Strahlen einer waBrigen proteinlBsung In ein chemisches Koagulierungebad Fasern hergestellt. Das Protein koaguliert zu feinen Fasern» die gesammelt und zu eine« eßbaren texturierten Protein verarbeitet werden. Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines texturierten Proteins, Insbesondere eines zellhaltlgen, expandierten Produktes, besteht In der Extrusion des Proteins, wie in der US-PS 3 496 858 beschrieben.

In der U3-PS 3 047 395 wird ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Proteinnahrungsmittels beschrieben, das die streifenförmig· Textur von Flelsoh hat und das durch Koagulation von Protelnnaterlal durch Hitze hergestellt wird, wobei Rühren während des Erhltzens als notwendig für die Bildung der stretfenfönnigen Struktur angegeben wird. Dieses Verfahren ergibt ein zähes Produkt, das wegen seiner schlechten Kaueigenschaften nieht nur fUr die Verwendung in mam hen Nahrungsmitteln, z.B. als Streckmittel in Fleisohpasteten, ungeeignet 1st, sondern zur Herstellung wegen des Rühren» bei der Koagulation des Proteins den Einsatz einer SpeKialausrUstung erfordert, die während der Erhitzung und Durchführung

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des Frozeeses Γ'Λν ule RUhrbewegung aorgt.

All· vorstehend aufgeführten Verfahren zur Herstellung von texturierten; Protein haben Nachteile, UIe jedem Verfahren eigentümlich sind, aber Im allgemeinen let In jedem Faille noch eine Spezi»lauarüstung notwendig, die zur technischen VerwirkUehurig des Prozesses einen hohen Kapitalaufwand und die Durchführung zahlreicher Verfahrensechritte erfordert. Das Spinnverfahren gemäß der obengenannten US-PS ?. 7"5O 447

sich zwor erfolgreich euefUhren, benötigt aber eine verileratieig groSe Menge von Chemikalien Im Verhältnis zur hergestellten Tosermenge. Einem besonderen i robleiu stehen »ueh die derzeitigen Extrusionsverfihren zur Herstellung texturierter oder faserförmiger Proteinprodukte gegenüber. Obwohl sie sich ebenfalls erfolgreich *usfUhren lassen, besteht bei Ihnen die Schwierigkeit, ein wildes, von Nebenwirkungen freies Produkt herzustellen, besonders wenn als Ausgangsmaterisl ein ölsaatenprotein verwendet wird. 3lsaaten_r wie Sojabohnen, enthalten Verbindungen, die Blähungen hervorrufen und den daraus hergestellte ti Produkten einen unangenehmen oder "bonηigen" Geschmack erteilen. Um die Blähungen hervorrufenden Verbindungen oder die "bohnigen" Qesohroacksstoffe aus den extrudierten Froteinfneerri zu entfernen, 1st es beispielsweise notwendig, die Fasern zur Entfernung der unerwünschten Verbindungen einer weiteren Behandlung zu unterwerfen. Iniroh diese rusÄtzllohe Behandlung wird das Verfahren zur Herstellung fsserförmiger Proteine kompliziert und verteuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, wit dem eine sehr zarte, mild schmeckende, fadenförmige Faser hergestellt werden kann, die direkt in simuliert·· Fleisch oder ander« Produkte eingearbeitet erden kann und

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diesen ·1η«η «ng·nehm·η Q««ohaaok «owl· ·1η angenehmes O«fUhl Ik Mund· verleiht, to d«0 «in Nahrungsmittel erhalten wird, da· fUr den menschlichen Verbrauoh annehabar ist. Dieses Verfahren «oll «loh In einer elnfaohen, leicht erhältliehen Ausrüstung ausführen lassen und keine größeren Mengen an Chemikalien benötigen. Es soll dabei billig und einfach eeln.

ErfindungsgemäÖ wird diese Aufgabe daduroh gelöst, daQ au· kohlenhydratha.ltigest Material und einem Protelnkonzentrat eine wäSrlge Aufschlämmung hergestellt, diese durch kontinuierliches Hlndurohlelten duroh eine Heletone unter Druck erhitzt und duroh eine Düse ausgepreSt oder unter Druck durch eine Düse »uagepreSt und dabei duroh Einleiten von Daapf erhitzt und ansohlleSend zur Bildung fadenförmiger Proteinfasern abgekühlt wird. Die Aufschlämmung soll einen Peetat off gehalt von mindestens etwa 20 0ew.-# haben; die obere Orenee der Pea βloffkonzentration ist duroh das Leistungsvermögen der Pumpe bestimmt, die zur Förderung der Aufschlämmung verwendet wird. Als Helssone dient ein Wärmeaustauscher, an den sich ein 3%mraelberelch ansohlieSt, aus den die fadenförmigen proteinfasern als sehr zarte Fäden von texturierten Protein gewonnen werden.

Zur Herstellung der fadenförmigen Fasern naoh dem Verfahre.< gents der Erfindung können sahireiche ProteInnateriallen In der Aufschlämmung verwendet werden: Pflanzenproteine, wie SoJa- oder andere Olacatprotelne und Proteinkonzentrate, z.B. hOQhrelne Sojaprotelnlsolate, Sojamehle oder Sojaflocken, Tierprotelnkonzentrete, wie Albumin und Casein, sowie mlkroblologische Proteine aus Bierhefe, Toulahefe oder Petroprotein. Das Proteinmaterial braucht nloht von besonderer Reinheit zu sein, sollte aber zweokmlBlgerweise einen Proteingehalt von über 30 0mm.-1>, bezogen auf die Trockensubstanz, haben. Das

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Proteinroaterial wird zusammen nit einem kohlenhydrathaltlgen Material verwendet und J· nach seiner Reinheit in einer Menge zugesetzt, da« In der Aufschlämmung eine Proteinkonzentration von »ehr als etwa 60 Gew.-#, bezogen auf die Trockensubstanz, erhalten wird.

Fasern von erheblloh verbesserter Zartheit werden erhalten, wenn das Protelnmaterlal aus eines) Oenlsoh von Protelnkcnzentrat und kohlenhydrathaltlgem Material besteht. Das kohlenhydrathaltlge Material« das der AufsohlMmnung zugesetzt wird, kann aus einer großen Anzahl von Stoffen ausgewählt werden und auch aus Oeeisohen verschiedener Komponenten bestehen, die Jede für sieh geeignet sind. Zu den als geeignet angesehenen Stoffen gehören Cellulose und andere Kohlenhydratpro* dukte, die bei der Verarbeitung prote Inhalt Ige r Pflanzemaaterialien oder Getreide erhalten werden. Beispielsweise können getrocknete Maiskolben, die beim Ausdreschen der Maiekörner anfallen, in gemahlener Form bei dem vorliegenden Verfahren verwendet werden. Ebenso können verschiedene Celluloeestoffe, wie sie bei der Holzverarbeitung und Papierherstellung anfallen, z.B. getrooknete und gecnhlene Holzspäne oder getrockneter und gemahlener Holzschliff, verwendet werden. Zu den bei den Verfahren geoäS der Erfindung verwendbaren kohlenhydrathaltlgen Stoffe gehören auch Produkte, die bei der Gewinnung von Pflanzenprotelnen aus ölsaaten anfallen, beispielsweise die ausgelaugten oder extrahierten Flooken von Sojabohnen, die nach der Abtrennung des grööten Teils des Proteins bei der Herstellung von Proteiniaolat als Rückstand verbleiben. Desgleichen können verschiedene kohlenhydrate!tIge Produkte verwendet werden, die bei der Gewinnung des Proteine aus pDtelnhaltigea Pflanzenmaterial, wie Olsaaten, anfallen, naohdes diese weiterverarbeitet worden sind, un ihnen spezielle funktioneile Eigenschaften zu erteilen, die aber in enger

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Beziehung su den extrahierten oder ausgelaugten Ölsaatenflooken stehen. Ein derartige« Produkt wird beispielweise bei einem neuen, zum Patent angemeldeten Verfahren erhalten und besteht ganz allgemein aus den kohlenhydrateItigen Material von Ölsaaten, wie Sojabohnen» das naoh der Lösungsmittelextraktion praktisch des gesamten Öle unddtr wäßrigen Extraktion alt Alkall zur Entfernung des Hauptteils alkallltJslicher Substanzen zurückbleibt. Dabei verbleibt eine gewisse Menge Restprotein In dem kohlenhydrathaitigen Rückstand, und wenn das Material sorgfältig getrocknet wird, wird ein kohlenhydra thai t ige β Produkt erhalten, das gute Absorptionseigenschaften und eine gute Emulgierwirkung hat.

Pasern von fadenförmig texturierten Protein verbesserter Zartheit werden hergestellt, indem aus dem Proteinmaterial und dem kohlenhydrathaltigen Material eine Aufschlämmung bereitet und diese unter Druok durch einen Wärmeaustauscher geleitet wird. Das erhaltene fadenfUrnig texturlerte Proteinmaterial kann zur Herstellung verschiedener simulierter Fleischprodukte verwendet werden, eignet sich aber wegen seiner Zartheit besonders zur Verwendung als FIelachstreokaltte1 in Pleisohprodukten, wie falscher Hase, Hamburger od. dgl.

Dl· Aufschlämmung des protein- und kohlenhydrathaltigen Mate* rials wird duroh Mischen des Proteinmaterials und des kohlenhydrathaltigen Materials in einem wäirlgen Medium hergestellt. Je naoh der Reinheit des Proteinmateriala kann das kohlenhydrathaitige Material in einem Mengenverhältnis vom etwa 0,5- bis l,5faohen des Protelnmaterlal-Oewlohtes, bezogen auf die Trockensubstanz, zugemlsoht werden. Dieser Zusatzberelch gilt« sofern das Proteinmaterial mindestens 90 bis 100£ Protein^, bezogen auf die Trockensubstanz, enthält. Daa endgültige Mischungsverhältnis hängt natürlloh von dem Proteingehalt des

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Proteinmaterlale ab, da da· primäre ziel darin besteht, in der Aufschlämmung einen Proteingehalt von mehr eic etwa 40 Gew.-^, bezogen auf die Trockensubstanz, zu erreichen. Der tatsächliche Proteingehalt des Proteinkonzentrates 1st daher aei der Ausführung der vorliegenden Erfindung nioht kritieoh, obwohl, wie vorstehend erwähnt, es in den meisten Fällen vorzuziehen 1st, ein Material mit einer Proteinkonzentration von mehr ale etwa 50 Gew.-$, bezogen auf die Trockensubstanz, zu verwenden. Die obere Orenze der Proteinkonzentration in der Aufschlämmung hängt natürlich von der gewünschten Zartheit der Fasern ab, üa beispieleweise bein Weglassen eines Zusatzes von kohlen* hydrathaltlge» Material eine Faser erhalten wird, die für die Verwendung in manchen Nahrungsmitteln als zu zäh angesehen wird.

Obgleich das kohlenhydrathaltige Material einen sehr niedrigen Proteingehalt haben kann, falls ein kohlenhydrateItlgee Material verwendet wird, das aus verarbeiteten öleaatenfctammt, hat es im allgemeinen einen Restprotelngehalt, der bis zu 30 Gew.-£, bezogen auf die Trockensubstanz, betragen kann. Dieses Restprotern, das In dem Jeweiligen Material vorhanden ist, spielt bei der Bildung der Proteinfaser keine funktioneHe Rolle und bleibt bei der Berechnung der Jeweiligen Mengen von Protein und kohlenhydrathaltlgeis Material für die Herstellung der Mischung oder Aufschlämmung mit einem Proteingehalt von mindestens 40 0ew.-£ auter Ansatz.

Das der Aufschlämmung von Proteinmaterlal zuzusetzende kohlenhydrathaltige Material kann, wie erwähnt, aus einer Vielzahl von Stoffen elnschlleaiich verschiedener Cellulose« oder anderer kohlenhydrathalt'ger Produkte ausgewählt werden, die bei der Verarbeitung von Getreide oder verschiedenen proteinhaltigen Pflanzenstoffen anfallen. Vorzugsweise soll das der Auf-

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sohlänoung dee Proteinmaterials zuzusetzende kohlenhydrathaltige Material In Fora getrockneter Te Hohen vorliegen,obwohl auch cellulosehaltlges Material In feuchtem Zustand odar In dar For» verwandet werden kann. In der ea normalerweise als Nebenprodukt bei der Verarbeitung verschiedener hoch proteinhaltiger Pflanzenstoffe oder bei der Herstellung von Produkten auc proteinfreien oder proteinarmen Pflanzenstoffen, wie Oe. trelde, anfällt. In einem kontinuierlichen Verfahren läßt sich kohlenhydrathaltlges Material In trockener Tellohenform leichter handhaben und fördern und leichter In einer Aufschlämmung aus Proteine·terlal einmischen.

Der Trocknungsgrad des kohlenhydrateItigen Materials 1st fUr die Ausführung der Erfindung nicht kritisch« und wenn bei der Trocknung der Feuchtigkeitsgehalt auf etwa "6 bis 10 Oew.-< gesenkt wird, ohne dag das kohlenhydrathaltlge Material In anderer Welse verändert wird, ist dies völlig ausreichend.

Vorzugsweise wird das kohlenhydrathaltige Material vor dee Mischen alt der wäsrlgen Aufschlämmung des Protelnkonzentrata auch gemahlen. Der Vermahlungsgrad ist für die Ausführung der Erfindung ebenfalls nicht kritisch, da das Mahlen hauptsächlich dazu dient, "lelchmäelgkelt der fadenförmigen Faser zu gewährleisten und die Bildung einer körnigen Textur durch die Qegenwart groter Teilchen des kohlenhydrathaltlgen Raterials tu verhindern. Vorzugsweise soll das kohlenhydrathaltlge Material Jedoch zu einer solchen TeilohengruBe vermählen werden, daS 100 Oe**.-* des Produktes durch ein Sieb Bit 60 Standard· ■aseh/n hindurchgehen.

Ua das Protein geaäf dea Verfahren der Erfindung In lange Fäden umzuwandeln, aut das Protein-Auagangsaaterlal sich In ausreichend reaktionsfähiger Fora befinden. Dies kann durch

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Hydratisierung geschehen, falls das Proteinmaterial getrocknet und nicht sohon hydratlslert 1st. Duroh Herstellung der wäßrigen Aufsohläwaung des >rotein- und kohlenhydrathaltlgen Materials wird dies also erreicht. Die Aufschlämmung des kohlenhydrathaitigen und des ProteineaterlaIs kann, falls notwendig, auoh auf einen anderen pH-Wert eingestellt werden. Eine solche pH-Wert-Änderung und ihr« Wirkung hängt zu» grofien Teil Jedoch von «ier Art des Proteinmaterials ab, das als Auegangsmaterial verwendet wird. Ia allgemeinen soll der pH-Wert der Aufsohläanung oberhalb etwa 4,5 gehalten werden, wobei der genaue pH-Wert natürlich von de« verwendeten Proteinmaterial abhängt. Die AufsohllüBsning kann auch auf einen pH-Wert weit oberhalb des isoelektrisohen Punktes des Proteins eingestellt werden, beispielsweise zwischen 8 und 12, obwohl bei der Anwendung so hoher pH-Werte Vorsieht geboten 1st, da das Protein nioht so weit hydrolysiert werden darf, da8 es bei der Weiterverarbeitung gemäS de« Verfahren der Erfindung nloht »ehr reagiert. Der Vorteil eines hohen oder anderweitig eingestellten pH-Wertes besteht darin, dal das Protein löslicher wird, wobei das Ausaat wiederum von der Art des Proteins und seiner Vorbehandlung abhängt, und dat es daduroh bei der Bildung der Pllanentfasern reaktionsfähiger wird. Nach der Erhöhung des pH-Wertes auf einen Wert in der Nähe des Isoelektrisohen Punktes des Proteins, aber in aller Regel oberhalb 4,5, eingestellt. Wenn beispielsweise 8ojsproteln als Proteinmaterial verwendet wird, wird der pH naeh der Erhöhung auf einen Wert zwlsohen etwa 4 und 6 eingestellt.

Wenn die richtigen Reagensien verwendet werden, kennen den fadenförmigen Proteinfasern zusätzliche wünschenswerte Slgensohaften erteilt werden. Beispielsweise können verschiedene Salze und Hydroxide bestimmter nährwertiger Metalle als Vernetzungsmittel wirken und die Reaktion bei der Bildung der Proteinfäden fOrdern. Auferde· emOglloht die Verwendung eines

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Vernetzungsmittel* J· nach de* Protein die Ausführung der Faaerbildung in einem betrttohtlloh weiteren pH-Bereich. Wenn beispielsweise bei 3ojaproteln ein Vernetzungsmittel, wie Calciumhydroxid, Calciumchlorid, Aluminiumsulfat oder andere Salze und Hydroxide zwei- u..a dreiwertiger Metalle, wie Magnesium und Kupfer verwendet werden, kann die Reaktion in eines pH-Bereioh von 4 bis U ausgeführt werden. Bs wird angenommen, da0 die Ionen Mehrwertiger Metalle die zur Bildung der Proteinstruktur führende Reaktion begünstigen oder an Ihr teilnehmen.

Palis den PlIi«entfaserη eine zusätzliche Zartheit erteilt werden soll, die über die ohne Reagenzien zu erreichende hinaus· geht* kennen der Aufschlämmung des protein- und kohlenhydrathaltigen Materials verschiedene andere Chemikalien zugesetzt werden. Zu diesen als wirksam befundenen Stoffen gehören die Salze der Phosphor- und Citronensäure, darunter vor allem die Natriumsalze, die eine gute Wasserlöslichkeit zeigen. Diese Stoff· und die auvor erwähnten Vernetzungsmittel können In •liier Meng« iwisohen 0,1 und 5,O 0ew.-$, bezogen auf die Trockensubstanz der Peststoffe in der Aufschlämmung, zugesetzt werden. Die genaue Menge hängt von dem Qrad der gswünsahten Zartheit und demnach von den speziellen Verwendungszweck der fadenförmigen Proteinfasern nb.

Die genaue Reaktion, bei der die fadenförmigen Proteinstrukturen entstehen, ist nloht bekannt. Hypothetisoh wird angenoeaen, daf das Protein unter den Temperatur- und Druokbedingungen des Verfahrens unter Olldung langer, fadenförmiger ■ultlMolekularer Preteinpolreere reagiert. Ferner wird angenosjsen, 4a· das In die Aufschlämmung, aus der das fadenrOrmlge Materiel hergestellt wird, eingearbeitete kohlenhydrathaltlge Material die Sohttttdlohte der Proteinfäden er-

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höht und «in« fadenförmige Proteinstruktur von hoher Zartheit ergibt.

In gnnr a11g·»·in·η Tiegriffen ausgedrückt, wird da« Verfahren KUr Herateilung der fadenförmigen Proteinfaaern In der Welse ausgeführt, d*e die Aufschlämmung des »rotein- und kohlenhydrathaItigen Materials unter räumlicher Einschließung duroh eine Heizzone, die unter Druok und auf erhöhte Tempern tür gehalten wird, und aus der Hei ζzone zu einer RUhlzone geleitet, die zugIeloh auch die Samnelzone fUr die gebildeten fadenförmigen Proteinfasern sein kann. Die Fäden werden daher naoh de« Austritt entweder aus der Kühlzone oder direkt aus der Helzr.one selbst gesammelt und bestehen aus langen, fadenförmigen proteinstrukturen.

Ein wiohtlges Merkmal des Verfahrens, durch das es sieh gegenüber den eingangs erwähnten bekannten Verfahren auszeichnet, besteht darin, daß für die Faserherstellung keine Spezlalausrtlstung benötigt wird. De duroh werden neben der Erzielung einer «lld schmeckenden und zarten Protelnstruktur dl· Herstellungskosten auf ein Minimum gesenkt. Beispielhaft für dieses Merkmal 1st die Tatseohe, daß dna Verfahreu in einer Ausrüstung ausgeführt werden kann, die zur Standardausrüstung von Nahrungsmittel- oder Molkereibetrieben gehurt. Sc wird 7..3. das Verfahren zweoknKeigerwelse in einen wärmeaustauscher ausgeführt, wie er in NahrungSBlttel- und Molkereibetrleben weit verbreitet 1st. Die Vorrichtung besteht in einfachster Form aus einen durchgehenden Rohr, vorzugsweise aus rostbe-•tttndlgea Stahl, das für Heiz- oder Kühlzweoke mit einem geeigneten Mantel umgeben 1st, und kann daher als Wärmeaustauscher dienen, gleich weIeheβ Material durch das Rohr geleitet wird. Des Rohr kenn entweder durchgehend in seiner ganzen Länge oder in mehreren Absohnltten uncAntelt sein, so dal in

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letzten Pall· nloht zusammenhängende Wärmeaustauschzonen gebildet werden, die. fall· gewünscht, alle auf verschiedenen Temperaturen gehalten «erden können. Ein typischer Wärme»ustauscher besteht daher in der Regel aus drei Wärmeaustausohzonen, die auf den rostbeständigen Stahlrohr hintereinander angeordnet sind. Um daher die Bedingungen hinsiehtHöh der erhöhten Temperatur und des honen Druokes, dl· bei der Herstellung der fadenförmigen Proteinstrukturen gemäS der vorliegenden Erfindung eingehalten «erden müssen, zu erfüllen, werden die Zonen normalerweise auf einer erhöhten Temperatur gehalten. Man kann entweder alle drei Zonen auf dieser erhöhten Temperatur halten oder die letzte Wärmeaustausohzone in der Nähe des Rohrendes als Kühlzone zur Abkühlung der Aufschlämmung vor dem Austritt aus dem Wärmeaustauscher benutzen. PUr Zweeke der vorliegenden Beschreibung des Verfahrens wird der sieh unmittelbar an die letzte Wärmeaustauschzon· anschließende und suf den Auegang des Wärmeaustauschers folgende Bereich als Sammelxone bezeichnet, in dieser Zone, in die die Aufschlämmung aus dem Wärmeaustauscher auströmt und in der die fadenförmigen Proteinstrukturen gebildet werden, herrschen natürlich hlnslohtllch Druck und Temperatur Umgebungsbedingungen.

Der bei dem Verfahren zur Herstellung zarter fadenförmiger Proteinstrukturen erforderliche Druck wird durch Anordnung einer engen Dttee am Ausgang des Wärmeaustausehers erzeugt. Duron die Verwendung einer engen Düse in Verbindung mit dem Pumpen oder Leiten der Aufschlämmung unter räumllohem Einschliefen In dem Rohr erzeugt einen Gegendruck, der nicht nur für die Pneerblldung In der Düse notwendig 1st, sondern auch dazu beiträgt· die Perm des Produktes zu gewährleisten. Im allgemeinen haben sieh runde Düsen mit einem Durchmesser zwischen etwa 0,38 und 7,5 mm In einem Rohr von 9,5 mm Aufen-

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durchmesser für die meisten Zwecke als zu"riedenstellend erwiesen. Bs kann Jedoch auch eine Düse mit reahteoklgem Quersohnltt der Abmessungen 9,3 mm χ 1,6 mm in einem Rohr von 9.5 m Aulendurchmesser verwendet werden, um die fadenförmigen Proteinstrukturen herzustellen, doch sind die mit dieser rechteckigen Düse erhaltenen Fäden etwas abgeplattet.

Eine andere Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur Herstellung der fadenförmigen Proteinfasern, die ebenfalls einen gut bekannten Ausrüstungsgegenstand darstellt, 1st der Düsen- oder Strahlkoeher. In Ihm wird die Aufschlämmung ebenfalls In einer Zone unter Druck und räumlicher Elnsohlleftung erhitzt und dann durch eine Düse in eine Sammel- oder KUhI-zone zur Bildung der fadenförmigen Proteinfasern ausatromen gelassen. Bei dem Düsen- oder Strahlkoeher besteht jedoch die Besonderheit, daβ die Aufschlämmung des protein- und kohlenhydrathaltlgen Materials durch konzentrisch nahe beieinander angeordnete Strahldüsen austritt. Die Strahldüsen des Kochers umfassen eine Einspritzzone, in der die Mischung durch Dampf erhitzt und unter Druck gesetzt wird, der zusammen mit der Aufschllmmung in sieh schneidenden Strahlen in eine Kühl- oder Sammelzone ausgeblasen wird. Die Kühl- oder Snrnmelzone 1st normalerweise die Umgebung mit atmosphärische« Druck und Umgebungstemperatur.

Die Verwellzelt der Aufschlämmung in der Strahldüse wird auf etwa 1 Sekunde oder weniger geschätzt. Die Strahldüse, durch die die Aufschlämmung aumgepreft wird, 1st normalerweise klein und hat einen Durchmesser von etwa 3 mm. Die in die Aufschllmmung zum Erhitzen und Unterdrueksetsen elnsjeblasene Dampfmenge ist nicht groij sie senkt den Fca te to ff gehalt der Suspension um nicht ashr sie 1 bis 3 Oew.-jf» Durch das Einblasen ven Dampf sum Erhitzen der Aufschlämmung in Verbindung

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«It einer räumlichen Elnsohllc0ung der Aufschlämmung und d«r Anwendung γοη Strahldüsen wird bei den Düsen, oder Strahlko«h«r der tür Bildung der fadenförmigen Proteinfaeern erforderliehe Druok erzeugt.

Die fadenförmige« Protein bildende Reaktion 1st» wie erwähnt, eine Punktion der Temperatur und des Druckes. Im allgemeinen kenn sehon - Je neon des verwendeten Protein - eine Materialtemperatur von nur 75 ⁰C ausreichend sein. Temperaturen zwischen Il6 und 157 °C werden bevorzugt, besonders bei Sojaprotein und Elalbumin. Naohdem das Protelnraaterlal In der Helzxone erhitzt worden 1st, kann es vor dem Einpressen in eine Semmelzone abgekühlt werden. Die Temperatur In der KUhI-zone beträgt typisoherwelse 71 bis 99 °C.

Das Verfahren kann in einem weiten Druokbereioh ausgeführt werden, wobei der Druck hauptsächlich duroh die Verwendung einer engen Düse in Verbindung mit dem Erhitzen und räumlichen Einschliefen der Aufschlämmung erzeugt wird. Der erreichte Druck hingt daher zum groSen Teil von der Art der benutzten Ausrüstung ab. Beispielweise können bei einem wärmeaustauscher Drück« zwischen etwa 3.5 und 350 kp/om verwendet werden. Bei einem Düsen- oder Strahlkocher oder einer Ihnliehen Einrichtung, die mit dem Einblasen eines Dampfstrahls arbeitet« beträgt der Dampfdruck In der Regel etwa 5*5 bis 6,0 kp/om , und der in einer solchen Einrichtung auf die Aufschlämmung ausgeübte Druok liegt etwas über dem Dampfdruck bei etwa 6,0 bis 7*0 kp/om².

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.

Beispiel 1
Saubere, geschälte Sojabohnen wurden gemahlen und durch Sxtr«·

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nieren mit Hexan entölt, wobei Flocken erhalten wurden» die gemeinhin al« entfettete· Sojamehl bezeichnet werden. Die Flocken wurden in ein Wasserbad gegeben, dem ein alkalische· Reagenz - Calciumhydroxid - in Wahrungen; it te lqua Ii tat zugesetzt wurde, bis ein pH-Wert von 10 erreicht war. Des Material wurde 20 Minuten extrahiert und dann tür Klärung des Extraktes zentrifugiert. Aus der geklärten Flüssigkeit wurde das Protelnmaterlal durch Zusatz von Phosphorsäure bis zum Erreiohen des isoelektrischen Punktes bei etwa pH 4,7 ausgefällt. Der Niederschlag wurde gewaschen und zur Konzentrierung des Proteinisolate zentrifugiert. Das Isolat hatte einen Peststoffgehalt von 26 Jew.-* und eine Proteinreinheit von 96,9 Gew.-%, bezogen auf die Trockensubstanz. Der pH-Wert des Protelnlsolats betrug etwa 4,7 bis 5,0.

Kohlenhydrathaltiges Material wurde aus zuvor entöltem und zur Gewinnung des oben beschriebenen Proteinex ,raktee mit wäßrigem Alkall ausgezogenem Sojamehl erhalten. Es wurde nach der Extraktion mit wäßrigem Alkali von der ExtraktIonslösung durch mechanisches NaBeleben abgetrennt. Das Produkt wurde etwa 10 Minuten mit Wasser von 27 ⁰C aufgesohlämmt und in einer Mechanischen Entwässerungseinrichtung zu einer halbtrockenen Pulpe gepreflt. Die halbtrockene Pulpe, die etwe 1/5 der UrsprungHohen Flooken, bezogen auf das "Oewleht der Trockensubstanz", darstellte, wurde tu Granulat geformt und in einem herktJmmllohen Tunneltrockner 90 Minuten bei 82 °C getrocknet. Die Analyse des getrockneten Granulats ergab einen Proteingehalt von 33 Gew.-% und einen Feuchtigkeitsgehalt, von 7,0 0ew.-£. Des getrocknete kohlenhvdrathaltige Granulat wurde dann auf eine solche Teilchengröße vermählen, das 100 0ew.-% des Produktes durch ein 60-Maschen-Sieb hindurchging.

Das hydratisierte Proteinkonzentrat mit einem Proteingehalt

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von S>6»9 Oew.-£, bezogen auf die Trockensubstanz, und einem Feststoffgehalt von 26 Oew.-£ wurde mit 30 Gew.-£ des getrook« neten und gemahlenen kohlenhydrathaltlgen Granulat· zu einer Suspension mit einer Proteinkonzentration von 67,8 Gew.-Ii Feststoffe, bezogen auf die Trockensubstanz, aufge.;ehlämmt, und der Feststoffgehalt wurde durch Zusatz von Wasser auf etwa 20% gesenkt. Öle Aufschlämmung wurde alt einem Druck von 25 bis 3? kp/cB durch einen Wärmeaustauscher mit 3 Sohlangen gepumpt, die aus etwa 15 β nahtlosem rostbeständigem Stahlrohr von 9,5 tu» Aueendurehmesser in einem 150-mm-Rohr gefertigt waren. Die Temperatur der ersten Heizzone des Wärmeaustauschers wurde auf etwa 125 ⁰C₉ die der zweiten Heizzone auf etwa 1*0 ⁰C und die der dritten Heizzone auf etwa 130 ⁰C eingestellt. Die Verweilzelt der Aufschlämmung In dem *ärmeaustauscher betrug bei diesem Druck etwa 10 bis 15 Sekunden. Die Aufschlämmung wurde durch eine DUse mit rechteckigem Querschnitt von 6,4 mm λ 0,4 mm ausgepreßt und das Produkt durch Herabfallen In der Umgebungsluft in einen Sammelbehälter gekühlt. UberschUsslge Feuchtigkeit wurde aus den Fasern entfernt. Die Fasern waren leicht, auBerordentlich zart und hatten einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 72 uew.-,£. Die Fasern hatten eine zarte, aber deutliohe Kaufestigkeit und konnten bei einer Vielzahl von Nahrungsmitteln verwendet werden, beispielsweise In Verbindung mit anderen Stoffen zur Herstellung eines hochwertigen FleischstreckmltteIs.

Beispiel 2

Das nach dem Verfahren von Beispiel 1 hergestellte hydratisierte Proteinkonzentrat mit einem Proteingehalt von 96,9 Oew.-£ und einem Feststoffgehalt von 26 0ew.-£ wurde mit 50 0ew.-<$ der naoh dem Verfahren des Beisplelsjl hergestellten getrockneten und gemahlenen kohlenhydrathaltlgen Granulats

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zu einer Sueρ·nalon alt einer Frotelnkonzentratlon von 48,5 Oew.-#, bezogen auf die Trockensubstanz, aufgeschlämmt, und der Fwststoffgehalt wurde durch Zuaatz von Waaaer auf etwa 2O£ gesenkt. Die Aufschlämmung wurde bei eines Druck von

etwa 35 bis 55 kp/cn durch einen Wärmeaustauscher mit drei Schlangen gepumpt, die aus etwa 15 m nahtlosen rostbeständigen Stahlrohr von 9*5 mn Aufle!!durchmesser In eine· 15-am-Rohr gefertigt waren. Die Temperatur In der ersten Heiszone des Wärmeaustauschers wurde auf «twa 125 ⁰C, die in der zweiten HeIrzone auf etwa 140 ⁰C und die in der dritten Heizzone auf etwa 1» ⁰C eingestellt. Die Verweilzeit der Aufschlämmung in de« Wärmeaustauscher betrug bei diesem Druck etwa 10 bis 15 Sekunden. Die Aufschlämmung wurde durch eine Düse mit rechteckigen Querschnitt von 6,3 β» χ 0,4 as ausgepreft und das Produkt durch Herabfallen In der Umgebungeluft In einen Sammelbehälter gekühlt. Aus den Fasern wurde die Überschüssig« Feuchtigkeit entfernt. Die Fasern waren Ieloht, auSerordentlloh zart, von mittlerer Länge, etwas dünn und hatten einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 75,3 0ew.-<. Die Fasern hatten eine zarte, aber deutliche Kaufestlgkeit und konnten bei einer Vlelzsiil von Nahrungsmitteln verwendet werden, beispielsweise in Verblödung mit anderen Stoffen zur Herstellung eines hochwertigen FIe ίsohstreckmittels.

Beispiel 3

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 hergestelltes Proteinkonzentrat mit einem Proteingehalt von 96,9 Oew.-£ und einem Fe et stoff gehalt von 26 Oev.-Jf wurde mit 60 Oew.-ji des neon dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellten getrockneten kohlenhydrathaltlgen Materials zu einer Suspension mit einer Proteinkonzentration von 38,8 Oew.-Jf, bezogen auf die Trockensubstanz, aufgesohlämmt, und der Peststoffgehalt wurde durch

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Zusatz von Wasser auf etwa 2Q/t gesenkt. Die Aufschlämmung wurd· bei «lnem Druck von etwa 35 bis etwa 55 kp/em duroh einen Wäraeaustausohar mit drei Schlangen gepumpt, dl· au« •twa 15 a nahtlos·« rostbeständigem Stahlrohr η 9,5 σα Außendurehaeseer in einen 13-mni-Rohr gefertigt waren. Dl« Temperatur der ersten Heizzone des Wärmeaustauschers wurde auf etwa 125 °C, die der zweiten Heizzone auf etwa l40 ⁰C und die der dritten Heizzone auf etwa 130 ⁰C eingestellt. Die Verweilzeit der Aufschlämmung in den Wärmeaustauscher betrug bei diesem Druok etwa 10 bis 15 Sekunden. Die Aufschlämmung wurd· duroh «ins DU·· alt rechteckigen Querschnitt von 6,3 ■■ x 0,4 am ausgepreßt und das Produkt durch Herabfallen in der Uagebungsluft In einen Sammelbehälter gekühlt. Aus d«n Pasarn wurd· überschüssige Feuchtigkeit entfernt. Die Pasern waren leicht, außerordentlich zart, von mittlerer Läng·, «twss dünn und hatten einen Peuohtigkeitsgeh. It von etws 76,7 0ew.-£. Die Pasern hatten eine zarte, aber deutlich· Kaufestigkeit und konnten für eine Vielzahl von Nahrungsmittel verwandet werden, z.B. in Verbindung alt anderen Stoffen zur Herstellung eines hochwertigen Flelsohstreckalttels.

Beispiel 4

Hydratislertes Proteinkonzentrat alt einen Proteingehalt von 96,9 Oew.ojC, bezogen auf dl· Trockensubstanz, und «In«« Feststoff gehalt von 26 dew.-£ wurde allein und ohne Zusatz von getrocknete« und geaahlenea kohlenhydrathaltigea Material zu ei aar Suspansion alt einer Proteinkonzentration von «twa 96«9 0ew.-£, bezogen auf die Troekensubstanz, aufgasohlsaait, und dar Paatstoffgvhalt wurd· duroh Zusatz von waeaar auf •twa 20Ji gesenkt. Dl· Aufschlämmung wurd· unter einem Druck von «twa 25 bis etwa 52 kp/om² duroh einen Wärmeaustauscher ■it drei Sohlangen gepumpt, dl· au· etwa 15 a nahtloajiaa

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roe tee -tt;.dlperr. w shl rohr von 9» b ^r^m AuSendurchwesaer lri eiuem lS-mii-Rohr refer i?/ wire-·. Die Temper*: ur in der ers'en HeIzdee Wltmieaue tausche rs wurde auf eure 125 ⁰C, die in der

zwei !.en !ielzaone auf etwa 140 ⁰C und die In der dri ten Heis- zone auf etwa 130 ⁰C elnges'.el I'·.·. Die Verweilzeit der Aufschlämmung in dem W&riMaus.aueoher betrug bei diesem Druck etwa 10 bie Ib Sekunden. Die Aufschlämmung wurde durch eine Dlise mit rechteckige» Querschnitt von 6,3 nun χ 0,4 ma auegepreQ und das Produkt durch Herabfallen Iu der Uegetarnteluf in einen Saiumeliveh·; t· r abgekühlt. Aue den Faeern wurde UnerechUeei^e Peuchtigkei- entfernt;. Die Fasern waren leich und auBerordentlich zar*,, von mit Merer Länge, etwas dünn und hatten einen FeuchtitkeitageJ-a It von etwa 64,9 Gew.-%. Sie waren vor. Kitt lerer QrKOe, EÄadern ähnlich und sehr gut Kau- !ar, aber bei weitem nicht so »art wie die Fasern, die nach den Verfahren der Beispiele 1, ?. und 3 erhalten worden waren.

Beiepiel 5

")ie nach den Verfahren der Reispiele l, 2, 3 und k hergestell-',en Faeerprodukte wurden auf Zartheit geprüft , indem die Scherdxniokkraft Je Oranim Fasern auf einen, Inetroe-Prüfgerät unter Verwendung der Sr-andard-Scherdruckzelle CS-I gemessen wurde. Die erhaltenen Vereucheerget.nlsee sind nachstehend aufgeführt:

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Prob·	1	Ο·»».-* Protein 'bezogen auf die Trockensubstanz)	Oew.-£ Feuchtigkeit	Scherdruckkraft Je Graun Probe
Beispiel	ί?	67, m	7?, O*	15.0
l^elsplcl	5		7!>,5*	8.5
Beispiel	K		7^,7*.	% B
3·1βρ1·1	96,95«	64. yi	24.7

Wie erelohtlloh, wird die Druckkraft, die zum Scheren der Paser erforderlich 1st, durch den Zumn.z des getrockneten kohlenhydrateItlg«a Produkte· zu der Aufschlämmung des Pro· te1neaterlaIs vor der Faserbildung erheblich erniedrigt. Aus dem vorstehenden Test geht welter hervor, daß Fasern, die mit ein·« Anteil von 30 bis 60 üew.--i des getrockneten kohlenhydrathaltlgen Material« In der Aufschlämmung hergestellt worden waren, bemerkenswert carter als die entsprechenden Fasern waren, die wie In Β·1βρ1·1 4 aus dem gleichen Proteinkonzentrat, aber ohne Zusatz des getrockneten kohlenhydrateItigeη Materials aus protelnhaltlgen Pflanzenstoffen hergestellt worden waren.

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Claims

5.6.1973

AnsprUohe

1. Verfahren zur Herstellung fadenförmiger Proteinfasern von verbesserter Za-theit aus Proteinmaterial, dadurch gekennzeichnet, daS aus . ohlenhydra thai tigern Material und einen Proteinkonzentrat eine wäßrige Aufschlämmung hergestellt, diese durch kontinuierliches Hindurchleiten durch eine HeIzJone unter Druck erhitzt und duroh eine Düse ausgepreflt oder unter Druck durch eine Düse ausgepreßt und dabei duroh Einleiten von Dampf erhltxt und anschließend unter Dlldung fadenförmiger Proteinfasern abgekühlt wird.

2. Verfahren naoh Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, da8 der Peststoffgeh«It der Aufschlämmung mindestens 20 Gew.-% beträgt.

"5. Verfahren nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dsS der Proteingehalt der Aufschlämmung mindestens 40 Gew.-*, bezogen auf die Trockensubstanz, beträgt.

4. Verfahren naoh einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung auf eine Temperatur von oberhalb 75 °C erhitzt wird.

5. Verfahren naoh einem der Ansprüohe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daβ die Aufschlämmung unter einem Druck zwischen

etwa 3,5 und 750 kp/om erhitzt und duroh eine Düse ausgepreßt wird.

6. Verfahren naeh eine« der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet» das der pH der Aufschlämmung auf einen Wert von oberhalb etwa 4,5 eingestellt wird.

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U/Be - 2 -

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7. Verfahren nach einem der Anspruch· 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, da8 ala kohlenhydrathaltlges Material zellulosehalt Ige Bestandteile protelnhaltlger Pflar.zenatoffe verwendet werden.

8. Verfahren nach einen der AnsprUohe Γ bis 7» dadurch gekennzeichnet, da8 als Proteinkonzentrat Proteine aus der Gruppe Sojaprotein, Albumin und Casein verwendet werden.

9. Verfahren nach einem der AnsprUohe 1 bis B, dadurch gekennzeichnet, dag das kohlenhydrathaltlge Material auf einen
Feuchtigkeitsgehalt «wischen etwa 6 und 10 Gew.-^ getrocknet wird.

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