DE2405589A1 - Verfahren zur herstellung eiweisshaltiger nahrungsmittelzusaetze - Google Patents

Verfahren zur herstellung eiweisshaltiger nahrungsmittelzusaetze

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DE2405589A1 DE19742405589 DE2405589A DE2405589A1 DE 2405589 A1 DE2405589 A1 DE 2405589A1 DE 19742405589 DE19742405589 DE 19742405589 DE 2405589 A DE2405589 A DE 2405589A DE 2405589 A1 DE2405589 A1 DE 2405589A1
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Description

Verfahren zur Herstellung eiweißhaltiger Nahrungsmittelzusätze
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung leicht löslicheT und resorbierbarer eiweißhaltiger Nahrungsmittelzusätze aus natürlichen Eiweißquellen wie Gelatine und Molke.
Für die Herstellung hochwertiger eiweißreicher Nahrungsmittelv oder Nahrungsmittelzusätze sollen höhermolekulare Proteine zum Zwecke der leichten und vollständigen Resorbierbarkeit und besseren Benetzbarkeit mit Wasser zu niedermolekularen Peptonen abgebaut werden. Als Eiweißquellen stehen die verschiedensten Eiweißstoffe, z.B. Gelatine und die bei der Milchaufbereitung als Abfallprodukt anfallende Molke zur Verfügung.
Die Gelatine wird von allen proteolytischen Enzymen leicht angegriffen. Es gelingt, Gelatinelösungen mit einem Protein- . gehalt bis zu 40 % im Zeitraum von 6 Stunden soweit abzubauen,
Torrn. 43-11 - 7K91 5
A-G 1216 · '
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daß bei Abkühlung bis auf 20C keine Gelbildung mehr beobachtet wird. Dabei wird das Gelatinemolekül, für das ein mittleres Molekulargewicht von 60.000 - 80.000 angenommen werden kann, in Peptidbruchstücke von 30 bis 40 Aminosäureeinheiten zerlegt. Die Benetzbarkeit des Abbauproduktes mit Wasser ist gut, außerdem werden durch die enzymatische Reaktion keine den Geschmack beeinträchtigenden Abbauprodukte gebildet. Einziger Nachteil für die Verwendung als Nahrungsmittel ist der geringe Gehalt an essentiellen Aminosäuren in der Gelatine. Um die biologische Wertigkeit der Gelatine aufzubessern, wurde nach weiteren Proteinquellen gesucht. Dabei bot sich z.B. die bei der Milchaufbereitung als Abfallprodukt anfallende Molke an. Bei dem Molkeeiweiß handelt es sich hauptsächlich um Lactoglobuline mit einem Molekulargewicht von rund 17.000. Bei diesem niederen Molekulargewicht wird das Eiweiß genügend rasch verdaut und resorbiert. Das aus nicht vorbehandelter Molke gewonnene Trockenpulver wird durch Wasser sehr schlecht benetzt. Durch Einrühren des Trockenpulvers in Wasser kommt es zur Klumpenbildungο Man erhält keine homogene Lösung. Diese nachteilige Eigenschaft läßt sich durch eine enzymatische Vorbehandlung des Molkeneiweißes beseitigen. Bei dem enzymatischen Abbau mit hochaktiven proteolytischen Enzymen werden native Eiweißmoleküle in niedermolekulare Bruckstücke gespalten, die durch thermische Behandlung nicht mehr ausflockbar sind. Da jedoch die proteolytische Reaktion zur Bildung von Abbauprodukten mit einem intensiven Bittergeschmack führt, ist eine Verwendung der so behandelten Molke für den Nahrungsmittelsektor ausgeschlossen. Ähnliche, bisher nicht gelöste Schwierigkeiten und Probleme bestehen bei anderen natürlichen oder synthetischen Eiweißrohstoffen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Herstellung resorbierbarer und in Wasser leicht benetzbarer und löslicher eiweißhaltiger Nahrungsmittelzusätze, die geschmacklich einwandfrei sind, aufzufinden.
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Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung leicht benetzbarer, wasserlöslicher Eiweißprodukte durch enzymatische Behandlung natürlicher Eiweißrohstoffe gefunden, wonach diese in wässriger Aufschlämmung mit Proteasen geringer Aktivität bei einer Temperatur zwischen 400C und 600C und einem pH-Wert zwischen 7,5 und 10 behandelt werden.
Nach" dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man Abbauprodukte, die keinen ungewünschten Bittergeschmack' besitzen. Die Produkte werden von Wasser sehr leicht benetzt und aufgelöst. Das thermische Verhalten der Lösungen ist ausgezeichnet, eine Ausflockung bei Erwärmung.ist praktisch nicht zu beobachten.
Geeignete Proteasen geringer Aktivität sind insbesondere proteolytische Enzyme geringerer Aktivität aus der Gruppe der Pankreasfermente. Es handelt sich hierbei im allgemeinen um unspezifische Enzymgemische,.die aus Proteasen, Lipasen und Amylasen bestehen. Als besonders bevorzugt hat sich ein Enzymgemisch erwiesen, das unter der Handelsbezeichnung "Pankreatin" von der Firma MERCK AG vertrieben wird. Dieses Produkt enthält ein Enzymgemisch, wobei die einzelnen Enzymgruppen folgende Aktivitätswerte besitzen:
3500 E/g Protease
18000 E/g Lipase
30000 E/g Amylase
Aber auch andere proteolytische Enzyme mit geeigneten Aktivitätswerten sind im Prinzip geeignet. Dem durchschnittlichen Fachmann ist es ohne Schwierigkeiten möglich, aus dem Angebot von proteolytischen Enzymen geeignete auszuwählen. Für die Auswahl ist der folgende Test, der im Rahmen von Routinearbeiten ohne weiteres durchgeführt werden kann, bestimmend.
Erfüllt ein proteolytisches Enzym die Bedingungen dieses Testes, kann es ohne weiteres für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden.
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Testversuch zur Prüfung geeigneter Proteasen: ί
Es wird eine 20 %±ge wässrige Suspension des zu behandelnden Eiweißstoffes hergestellt. Dieser Suspension wird das zu prüfende Enzym im Gewichtsverhältnis 1:75O, bezogen auf das Trockengewicht des zu behandelnden Eiweißstoffes, zugesetzt. Dieses Gemisch wird 3 bis 4 Stunden lang auf eine Temperatur zwischen 50°C und 60°C erwärmt. Der pH-Wert wird dabei auf einem Wert gehalten, bei dem bekannterweise das zu uniersuchende Enzym sein Wirkungsoptimum besitzt. Bei den bevorzugt geeigneten Pankreasfermenten geringer Aktivität bzw. den bevorzugt geeigneten tryptischen Enzymen liegt dieser pH-Wert im Bereich zwischen 8 und 8,5. Die für die proteolytische Wirkung optimalen pH-Werte sind aus der einschlägigen Literatur bekannt.
Für die Eignung des proteolytischen Enzyms sind zwei Bedingungen maßgebend:
1. Das enzymatisch behandelte Eiweiß soll in Wasser leicht suspendierbar bzw. löslich sein, d.h. auch bei einer Erwärmung auf höhere Temperatur soll keine Ausflockung eintreten.
2. Das enzymatisch behandelte Eiweiß darf nach der Behandlung keinen Bittergeschmack besitzen.
Ein proteolytisches Enzym geringer Wirksamkeit ist für das erfindungsgemäße Verfahren dann geeignet, wenn bei einer wie oben beschrieben behandelten Eiweißsuspension bei Erwärmung auf eine Temperatur von oberhalb 800C keine Ausflockung eintritt und bei einem Geschmackstest kein Bittergeschmack festzustellen ist.
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Als Eiweißrohstoffe können für das erfindungsgemäße Verfahren z.B. die folgenden verwendet werden: Molke, Milch (Casein), Sojaeiweiß bzw. die daraus hergestellten Proteinkonzentrate oder Proteinisolate, Maiseiweiß, Kartoffeleiweiß, Weizeneiweiß, Ölsaateneiweißstoffe, Nußkerneiweißstoffe, Sonnenblumenkerneiweiß, Eiproteine oder Eiweißstoffe, die aus Gräsern oder Erdölen, z.B. auf fermentativem Wege erhalten werden.
Wenn auch das erfindungsgemäße Verfahren wie oben angegeben zu Eiweißstoffen mit ausreichend hohen Flocktemperaturen und ohne einen Gehalt an Bitterstoffen entstehen, so besteht eine gewisse Schwierigkeit darin, daß der Bereich der Reaktionsbedingungen, bei denen der fermentative Abbau nur soweit führt, daß die Flocktemperatur genügend hoch, d.h. über 8O0C liegt, ohne daß dabei niedermolekulare Bitterstoffe entstehen, relativ eng ist. Dies erfordert insbesondere bei Umsetzungen in größeren Mengen eine sehr sorgfältige Einhaltung der optimalen Reaktionsbedingungen.
Diese Nachteile werden bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden. Überraschenderweise hat es sich herausgestellt, daß das erfindungsgemäße Verfahren ohne jede verfahrensmäßige Schwierigkeit und in hervorragend reproduzierbarer Weise dann zu Eiweißstoffen, die den obengenannten Bedingungen genügen und hervorragend als Nahrungsmittelzusätze geeignet sind, führt, wenn die fermentative Behandlung der Eiweißstoffe mit proteolytischen Enzymen geringer Aktivität in Gegenwart von Gelatine oder Abbauprodukten von Gelatine durchgeführt wird. Anscheinend steuert unerwarteterweise die anwesende Gelatine oder Gelatine-Abbauprodukte den proteolytischen Eingriff der Fermente auf die Eiweißstoffe, so daß Eiweißprodukte entstehen, die die geforderten Eigenschaften hinsichtlich Flockteraperatur und Bitterstoffgehalt besitzen.
Wie bereits oben erwähnt, können den zu behandelnden Lösungen der Ausgangseiweißprodukte vor dem enzymatischen Abbau sowohl übliche Gelatine als auch Gelatine-Abbauprodukte zugeführt werden.
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Der durch den Zusatz erzielte außerordentlich vorteilhafte Effekt wird dadurch nicht beeinflußt.
Die Konzentration der Gelatine in dem Reaktionsgemisch kann innerhalb weiter grenzen schwanken. Sie richtet sich zum Teil nach der Natur der zu behandelnden Eiweißstoffe und natürlich nach den gewünschten Eigenschaften des Endproduktes. Als geeignet haben sich Mischungen der Eiweißstoffe und Gelatine im Gewichtsverhältnis 10:1 bis 1:10 erwiesen.
Die Konzentration der zuzusetzenden Gelatine wird selbstverständlich nicht nur durch die Verfahrensführung beeinflußt, sondern auch durch die gewünschten Eigenschaften des Endproduktes hinsichtlich der biologischen Wertigkeit. Bei Verwendung von Molke als Eiweißrohstoff besitzt z.B. eine Mischung von Molke und Gelatine im Gewichtsverhältnis von etwa 1:1 eine optimale biologische Wertigkeit mit einem optimalen Gehalt an allen essentiellen Aminosäuren.
Diese bevorzugte Verfahrensvariante ist gegenüber dem getrennten Abbau der Komponenten auch dadurch vorteilhaft, daß sich die gemeinsam abgebaute Proteinlösung bei der anschließenden Sprühtrocknung wesentlich einfacher handhaben läßt als die reine Eiweißlösung, die wegen des sehr leichten und voluminösen Gelatinepulvers sich relativ schwierig versprühen läßt.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Eiweißprodukte besitzen hervorragende lebensmitteltechnologische Eigenschaften. Sie zeigen eine ausgezeichnete Benetzbarkeit und sehr gute Löslichkeit in Wasser. Man erhält nahezu klare wässrige Lösungen ohne Rückstände, die mit Wasser oder anderen wasserhaltigen Zubereitungen in praktisch unbeschränkten Verhältnissen mischbar sind. Selbst nach stundenlangem Stehenlassen der Lösung oder bei Erwärmen auf Temperaturen über 800C zeigen sich keinerlei Ausflockungserscheinungen. Die Produkte sind praktisch geschmacksneutral und deshalb in hervorragender Weise als Zusatz für Lebensmittel aller Art, z.B. für die Herstellung von Frucht- oder Saftkonzentrationen geeignet.
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Von besonderer Bedeutung ist dabei, daß selbst konzentrierte wässrige Lösungen, die die Eiweißstoffe in Konzentrationen bis zu etwa 50 % enthalten, ohne Ausflockung stundenlang auf Temperaturen erhitzt werden können, die für Sterilisationszwecke geeignet sind. Dadurch gelingt es, Eiweißprodukte zu erhalten mit einer Keimzahl, die weit unter der für Kindernahrungsmittel geforderten Norm liegt. Sterilisation, Pasteurisation oder andere konservierungs- oder lebensmitteltechnologische Maßnahmen können ohne die Gefahr einer Schädigung oder Denaturierung durchgeführt werden.
Die leichte Sterilisierbarkeit erhöht die Einsatzmöglichkeiten der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen und für die menschliche Ernährung außerordentlich wichtigen Produkte um ein Vielfaches. Sie können z.B. als Zusatz für Kindernährmittel, diätetische Lebensmittel und sogar für Arzneimittel verwendet werden. Sie sind außerdem als Träger oder Füllstoffe für hochwertige Lebens- und Arzneimittel geeignet. Dadurch wird es möglich, die üblicherweise als Träger und Füllstoffe verwendeten, für die menschliche Ernährung jedoch minderwertigen Kohlehydrate durch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Eiweißprodukte höchster biologischer Wertigkeit, zu ersetzen.
Für diätetische und medizinische Zwecke ist häufig aus physiologischen Gründen die Einstellung einer speziellen Aminosäurenzusammensetzung (biologische Wertigkeit, PER-Wert usw.) notwendig. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Eiweißprodukte sind für die Lösung derartiger Probleme in hervorragender Weise geeignet, da sie die Eiweißkomponenten aus verschiedenen Quellen in gut mischbarer Form enthalten, ohne daß eine technologisch nachteilige gegenseitige Beeinflussung auftritt.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Eiweißprodukte lassen sich zusammen mit Kohlehydraten und anderen pflanzlichen Füllstoffen, z.B. mit Hilfe eines Extruders, in formstabile Stangen pressen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Eiweißstoffen tritt dabei nicht die Bildung höhermolekularer
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Produkte und damit eine Verkleisterung des Eiweißes ein.j Von besonderer Bedeutung ist ferner, daß aus den Eiweißprodukten, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden, auch relativ leicht unerwünschte Begleitsubstanzen, die von herkömmlichen Eiweißstoffen infolge ihrer Wirkung als KoJ.loidschutzmittel festgehalten werden, durch physikalische Verfahren (Adsorption, Eluierung) entfernt werden können. Diese Möglichkeit ist z.B. von großer Wichtigkeit für die Entfer- · nung von Benzpyren aus Eiweißstoffen, die aus Erdölen erhalten werden. Auf diese Weise werden bisher ungeeignete Eiweißstoffe für die menschliche urid tierische Ernährung zugänglich.
Beispiel 1 :
Eine 20 %ige wässrige Lösung von Molkeneiweiß wird auf 450C
i erwärmt und mit Natronlauge auf pH 8,5 eingestellt. Bei dieser Temperatur gibt man unter intensivem Rühren ein Gemisch der Fermente Protease, Lipase und Amylase, z.B. das unter der Handelsbezeichnung "Pankreatin" von der Firma MERCK AG vertriebene Produkt im Gewichtsverhältnis 1:1000 (bezogen auf das in der Lösung enthaltene Molkeneiweiß) zu. Man rührt 4 Stunden bei pH 8,5 und 450C und gibt eine weitere Menge Pankreatin (Gewichtsverhältnis 1:2000) zu. Danach wird die Temperatur langsam auf 600C erhöht. Dabei wird die Lösung dickflüssig, ohne daß das Molkeneiweiß ausflockt. Nach weiteren 2-3 Stunden ist das Eiweiß soweit abgebaut, daß die Proteinlösung im Sterilisator bei 7O°C pasteurisiert werden kann, ohne daß Ausflockung eintritt.
Die Proteinlösung wird in üblicher Weise durch Versprühen getrocknet. Die danach erhaltenen Produkte zeigen die folgenden analytischen Daten:
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3 Molke
% 		2405589
Abbauprodukte von Gelatine
% 		5,3 Gelatine+Molke (1:1)
%
Trockenverlust 5,9 4,4 4,5
Kohlenhydrate - 7,4 3,9
Asche 5,7 13,2 5,4
N-Gehalt 14,1 13,7
N-Substanz 82,5
(Rohprotein N-6,25) 88,1 . 85,6
100 g Rohprotein enthalten in %:
Abbauprodukte von Gelatine Molke Gelatine+Molke (1:1)
Lysin 4,55 ■ 8,82 5,92
Histidin . 1,78 2,89 1,66
Arginin 5,21 3,38 6,88
Tryptophan 2,42 + 1,33
Asparaginsäure 6,82 7,88 · 7,17
Threonin 1,96 4,66 2,77
Serin 3,77 5,23 4,23
Glutamins äure 8,43 11,32 14,54
Prolin 15,20 10,13 12,51
Glycin 6,03 · 1,85 10,46
Alanin 5,12 3,58 7,17
Cystein 1,35 1,61 0,82
Valin 2,53 6,09 4,04
Methionin 0,81 3,12 1,57
Isoleucin 1,46 5,38 2,83
Leucin 3,14 10,13 5,47
Tyrosin + 4,97 1,89
Fheny!alaun 1,93 5,22 3,25
Glykokoll 24,97 3,84 4,44
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Beispiel 2 j
Eine 20 %ige Gelatine wird bei 45°C mit einer 20 %igenj Lösung von Molkeneiweiß im Verhältnis 1:1 vermischt. Mit Natronlauge wird auf pH 8,5 eingestellt. Bei 45°C gibt man unter intensivem Rühren Pancreatin im Gewichtsverhältnis 1:1000 (bezogen auf die in der Lösung enthaltene Eiweißtrockensubstanz) zu. Man rührt bei pH 8,5 und 45°C solange weiter, bis eine deutliche Viskositätsabnahme nicht mehr festzustellen ist. Danach gibt man eine weitere Menge Pankreatin (1:2000) hinzu und erhöht die Temperatur langsam auf 600C. Nach weiteren 2-3 Stunden ist das" Eiweiß soweit abgebaut, daß die Lösung im Sterilisator bei 7O0C pasteurisiert werden kann, ohne daß Ausflockung eintritt.
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Claims (6)

  1. Patentansprüche
    (Tj Verfahren zur Herstellung leicht benetzbarer, wasserlöslicher Eiweißprodukte durch enzymatische Behandlung natürlicher Eiweißrohstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Eiweißstoffe in wässriger Suspension mit proteolytischen Enzymen geringer Aktivität bei einer Temperatur zwischen 40 und 600C und bei einem für die Wirkung des proteolytischen Enzyms optimalen pH-Wert so abgebaut werden, daß die Eiweißendprodukte eine Flocktemperatur über 800C aufweisen und keinen Bittergeschmack besitzen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau bei einem pH-Wert zwischen 7,5 und 10 erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß proteolytische tryptische Enzyme verwendet werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Gemische von Pankreasfermenten, die Protease, Lipase und Amylase enthalten, verwendet werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau in Gegenwart von Gelatine oder Gelatine-Abbauprodukten durchgeführt wird.
  6. 6. Verwendung der nach dem Verfahren von Anspruch 5 erhaltenen Eiweißprodukte, die den abgebauten Eiweißrohstoff und Gelatine in einem Verhältnis von 1:10 bis 10:1 enthalten, als Nahrungsmittelzusatz.
    ftL. INSPECTED
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