DE2600219A1 - Faseriges proteinprodukt und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Faseriges proteinprodukt und verfahren zu dessen herstellung

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DE2600219A1 DE19762600219 DE2600219A DE2600219A1 DE 2600219 A1 DE2600219 A1 DE 2600219A1 DE 19762600219 DE19762600219 DE 19762600219 DE 2600219 A DE2600219 A DE 2600219A DE 2600219 A1 DE2600219 A1 DE 2600219A1
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Description

betreffend
Faseriges Proteinprodukt und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein halb-einheitliohes Proteinprodukt, das im wesentlichen aus einem Bündel stellenweise ■ verschmolzener paralleler Proteinfasern besteht, das der faserigen Struktur von natürlichem Fleisch sehr ähnlich ist. Dieses Proteinprodukt kann hergestellt werden indem man ein Protein-Wasser-Gemisch unter Bildung einer extrudierbaren plastischen Masse erhitzt . und dann die Masse unter Druck durch eine Spinndüse mit einer Vielzahl von dicht beieinander liegenden Öffnungen direkt in ein gasförmiges Medium preßt, um das gewünschte Produkt zu erhalten.
In den letzten Jahren wurde starke Anstrengungen unternommen, um Nahrungsmittel herzustellen, die natürlichem Fleisch ähneln - - (künstliches Fleisch). Derartige Produkte müssen eine texturierte Struktur besitzen, die an die faserige Textur von natürlichen Produkten wie Fleisch, Fisch und Geflügel erinnert. Es wurde auf verschiedene
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ORIGINAL INSPECTED
Weise versucht, diese Struktur zu erreichen. Proteinfasern wurden hergestellt durch Extrudieren einer alkalischen Proteindispersion durch eine Spinndüse in ein Säurebad wo das Protein in Form eines !Faserstranges aus einzelnen Fasern koaguliert. Dieser Faserstrang kann anschließend zur Herstellung von künstlichen ,. Fleischprodukten verwendet werden. Dieses Verfahren besitzt die Nachteile, daß eine chemische Behandlung des Proteins erforderlich ist und eine umfangreiche apparative Ausrüstung einschließlich Vorrichtungen zum Waschen der Fasern zur Entfernung der anhaftenden Chemikalien. Andere Verfahren wurden ebenfalls angewandt zur Erhitzung wäßriger Proteingemische und Extrudieren dieser Gemische in Flüssigkeiten oder Gase., zur Bildung von Proteinfasern. Obwohl faserige Produkte erreicht werden, sind sie der faserigen Struktur von natürlichem Fleisch nicht ähnlich genug.
Die Erfindung betrifft ein faserförmiges halb-einheitliches Proteinprodukt, das im wesentlichen aus einem Bündel stellenweise verschmolzener paralleler Proteinfasern besteht und stark an die faserige Struktur von natürlichem Fleisch erinnert. Dieses Produkt wird hergestellt indem man ein feinteiliges Clsamenprotein unter Bildung eines Gemisches,enthaltend ungefähr 25 bis ungefähr 60 Gew.-fo des Proteinmaterials,mit Wasser vermischt, das Gemisch unter Bildung einer wesentlichen homogenen extrudierbaren plastischen Masse auf eine Temperatur von ungefähr 100 bis 1800C erhitzt, diese Masse unter geeigneten Druckbedingungen durch eine Spinndüse direkt in ein'im wesentlichen inertes gasförmiges Medium extrudiert um das gewünschte halb-einheitliche Proteinprodukt zu erhalten. Die angewandte Spinndüse besitzt eine V-ielzahl von Öffnungen, die jeweils einen . Querschnitt; von ungefähr 0,025 bis ungefähr 0,25 mm besitzen und die so angeordnet sind, daß der Abstand der Öffnungen
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voneinander nicht größer ist als der Querschnitt- einer Öffnung.
Das erfindungsgemäß angewandte Ausgangsmaterial kann irgendein Ölsamenprotein sein. Proteinmaterialien, die erhalten worden sind aus Sojabohnen wie Sojabohnenkonzentrat, Sojabohnenisolat und Sojamehl sind bevorzugt. Es ist jedoch selbstverständlich, daß Proteinmaterialien, die von Rapssamen, Baumwollsamen, Erdnuß und Sesamsamen erhalten worden sind,ebenfalls angewandt werden können. Es ist ferner bevorzugt, daß das Ölsamenprotein entfettet ist. Es ist günstig, daß ein solches Proteinmaterial mindestens ungefähr 50 Gew.-# Protein enthält. Ein solches Proteinmaterial muß auch funktionell sein, d.h. es darf nicht denaturiert sein..
Wenn das Proteinmaterial feinteilig ist, trägt die kleine Teilchengröße mit dazu bei, die Durchführung des Verfahrens zu erleichtern. Es ist bevorzugt, ein Protein* material mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als ungefähr 37 pxa (400 mesh) anzuwenden, d.h. ein solches bei dem der größte Teil des Materials durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 37 yUra (400 mesh) hindurchgeht.
Das feinteilige Proteinmaterial wird mit Wasser unter Bildung eines Gemisches, enthaltend ungefähr 25 bis ungefähr 60 Gew.-% des Proteinmaterials vermischt. Wenn der Gehalt an Proteinmaterial wesentlich unter ungefähr 25 io liegt, neigen die entstehenden Fasern dazu brüchig und teigartig zu sein. Wenn der Gehalt an Protein-material wesentlich über ungefähr 60 $ liegt, ist das Gemisch trocken und krümelig und erfordert einen unerwünscht hohen Druck zum Extrudieren. Es ist bevorzugt, daß das Gemisch ungefähr 35 bis ungefähr 50 Gew.-^ an Proteinmaterial enthält.
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Das Protein-Wasser-Geraisch wird dann unter Bildung einer im wesentlichen homogenen ex tr udi er "bar en plastischen Masse erhitzt. Die Temperatur sollte ungefähr 100 "bis ungefähr 1800O "betragen. Bei Temperaturen unter ungefähr 1000C ist das entstehende Produkt unerwünscht teigartig. Bei Temperaturen über ungefähr 1800C tritt ein unerwünschter Abbau des Proteins ein. Vorzugsweise liegt die Temperatur "bei ungefähr 120 bis ungefähr 1650C.
Die oben angegebenen Temperatürbedingungen können auf verschiedene Weise erreicht werden. Das wäßrige Proteingemisch kann durch einen geeigneten Wärmeaustauscher geleitet werden, wo es durch Konvektion oder Wärmeleitung erhitzt wird. Obwohl dieses Verfahren angewandt werden, kann, besitzt es den Nachteil einer nicht gleichmäßigen Erhitzung des gesamten Gemisches. Das bevorzugte Erhitzungsverfahren besteht in der Anwendung von elektromagnetischer Hochfrequenzenergie. Die Anwendung solcher Energien mit einer Frequenz von ungefähr 1 bis ungefähr 100 ΜΉ2 auf das Gemisch führt schnell zu einer gleichmäßigen Erhitzung des Gemisches auf die gewünschte Temperatur ohne daß Überhitzungsstellen (hot-spots) auftreten, Die jeweils angewandte Energie wird bestimmt durch die Menge des zu erhitzenden Materials.
Die Verweilzeit in der Heizzone hängt von der erreichten Temperatur ab. Es ist erwünscht eine möglichst kurze Zeit anzuwenden, um eine unerwünschte Denaturierung des Proteins zu vermeiden. Eine Verweilzeit von einigen Sekunden bei ungefähr 1500C wird mit Hilfe elektromagnetischer Energie als Heizquelle erreicht.
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Es ist wichtig, daß die wie oben erhaltene plastische Masse keine Teilchen enthält, die die anschließend angewandte Spinndüse verstopfen können. Diese Bedingung kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Erstens kann das Ausgangsmaterial auf die gewünschte Teilchengröße fein vermählen werden. Zweitens kann das Ausgangsmaterial klassiert werden, um unerwünscht graße Teilchen zu entfernen. Eine bevorzugte Technik besteht darin, auch einen geeigneten Filter unmittelbar oberhalb der Spinndüse anzuwenden durch den die plastische Masse hindurchgehen muß. Dieser Filter, wie eine poröse Masse aus gesinterten Metallteilchen entfernt nicht nur unerwünscht große Teilchen sondern übt auch noch zusätzliche Scherkräfte aus und trägt mit zur Bildung der extrudierbaren plastischen Masse bei.
Die heiße plastische Masse wird dann unter den oben angegebenen Temperaturbedingungen durch eine Spinndüse direkt in ein gasförmiges Medium wie Luft gepreßt, das im wesentlichen bei Umgebungstemperatur gegenüber dem Proteinmaterial inert ist. Bei der auftretenden Abkühlung werden die Fasern des extrudierten Bündels fest.
Es hat- sich gezeigt, daß die plastische Masse mit einem Druck von ungefähr 35,15 bis ungefähr 351,5 kg/cm (500 bis 5000 psi) durch die Spinndüse gepreßt werden kann. Der bevorzugte Druck beträgt ungefähr 70,3 bis ungefähr 175,8 kg/cm2 (lOOObis 2500 psi). Wenn ein Filter angewandt wird, werden die angegebenen Druckbedingungen vor dem j · Filter, eingehalten.
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Die Spinndüse besitzt eine große Anzahl wie ungefähr 250 bis ungefähr 12000 oder mehr dicht beieinander liegende Öffnungen. Jede der Öffnungen besitzt einen minimalen Querschnitt von ungefähr 0,025 bis ungefähr 0,25 mm, vorzugsweise von ungefähr 0,076 bis ungefähr 0,178 mm und einen maximalen Queerschnitt von ungefähr 0,25 mm. Die einzelnen Öffnungen besitzen einen Abstand voneinander der nicht größer ist als der minimale Querschnitt einer Öffnung. Wenn eine längliche Spinndüse angewandt wird, besitzt auch jede der .im wesentlichen parallel angeordneten Kapillarer Öffnungen ein Verhältnis Länge zu Durchmesser von ungefähr 10 bis ungefähr 50. Torzugsweise ist das Verhältnis länge zu Durchmesser ungefähr 10 bis ungefähr 25.
Das Proteinfaserbündel, das aus der Spinndüse austritt, kann wie es ist verwendet werden oder es kann über Aufnahmerollen in bekannter Weise verstreckt werden, um die Zugfestigkeit der Proteinfasern zu erhöhen. Dieses faserige Proteinprodukt wird als halb-einheitliches Produkt bezeichnet, da die einzelnen Proteinfasern, die durch die einzelnen Öffnungen in der Spinndüse gebildet werden, intermittierend mit angrenzenden Fasern über eine Vielzahl diskontinuierlicher Kontaktstellen verschmolzen sind. Es tritt kein kontinuierlicher Kontakt (adherent contact) über die gesamte Länge der einzelnen Fäden auf. Die entstehende Struktur des Faden- bzw. des Faserbündeis erinnert stark an die faserige Struktur von natürlichem Fleisch. Es ist festzustellen, daß diese Struktur des Produktes besser ist als diejenige eines Produktes, das nach bekannten Verfahren zur Herstellung von Proteinfasern erhalten worden ist, bei denen besonders darauf geachtet wurde, jeden Haftkontakt
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zwischen den Fasern zu vermeiden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
PunktioneHes entfettetes Sojabohnenkonzentrat, das erhalten worden war durch Extraktion von Sojabohnen mit Hexan und Äthanol-Wasser und das ungefähr 70 Protein enthielt, wurde auf eine mittlere Teilchengröße von weniger als ungefähr 37 mn pulverisiert. Es wurde dann unter Bildiing eines Gemisches, enthaltend 45 Gew.-$ des entfetteten Ölsamenproteins mit Wasser irermischt. Dieses Gemisch wurde mit Hilfe einer Einspeispumpe bei. einem Druck von 140,6 kg/cm (2000 psi) in eine Heizkammer gepreßt, die aus einem 27,3 cm (10,75 in.) langem spiralförmig gewundenen Glasfaser-Epoxy-Rphr mit einem inneren Durchmesser von 12,7 mm (0,5 in.),bestand, das mit Polytetrafluoräthylen ausgekleidet war. An der Außenseite des Rohres waren entsprechende Elektroden angebracht, die mit einem handelsüblichen Radiofrequenz-Heizgenerator verbunden waren. Elektromagnetische Hochfrequenzenergie von ungefähr 90 MHz und ungefähr 6000 Y wurde durch das Gemisch in dem Rohr geleitet, wobei eine gleichmäßige innere Temperatur in dem Gemisch von ungefähr 1500C auftrat. Bei dieser Kombination von Hitze und Druck entstand eine plastische Masse aus dem wäßrigen Proteingemisch, die dann durch ein Euter aus gesintertem korrrisionsfreiem Stahl mit Öffnungen von ungefähr 80 um und anschließend durch eine längliche Spinndüse gepreßt wurde. Die Gesamtheizzeit betrug ungefähr 8 Sekunden. Die Spinndüse besaß einen Durchmesser von ungefähr 15»9 mm und enthielt 5500 Öffnungen von denen jede einen Durchmesser von 0,127 mm besaß. Jede Öffnung besaß ein
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Verhältnis von Länge:Durchmesser von 25 und "befand sich weniger als 0,127 mm von der nächsten Öffnung entfernt. Das Proteinmaterial trat aus der Spinndüse mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 2,72 kg/h in die umgebende Luft aus. Dieses Bündel war ein halbgleichförmiges, aus Fäden bestehendes (plurifilamentary) Broteiru-produtet: mit einem deutlichen Zusammenhalt zwischen angrenzenden · parallelen Prpteinfäden.
Beispiel 2
Ein wäßriges G-emisch, enthaltend 41 Gew.-^ des Proteinmaterials|von Beispiel 1, wurde bei 63,3 kg/cm erhitzt und unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen extrudiert. Man erhielt ein gutes Produkt.
Beispiel 3
Ein wäßriges Gemisch, enthaltend 35 Gew.-$ des in Beispiel 1 angegebenen Proteinmaterials, wurde mit Hilfe einer Kolbenstrangpresse mit einem Druck von 70,3 bis 168,7 kg/cm durch einen
mit einer Temperatur von 149 G an den Außenwänden des Wärmeaustauschers,gepreßt. Die entstehende plastische Masse wurde dann entsprechend Beispiel 1 durch Filter und Spinndüse gepreßt, wobei ein günstiges Proteinfaserbündel entstand.
Beispiel 4
Ein wäßriges Gemisch, enthaltend 40 Gew.-$ des in Beispiel 1 angegebenen Proteinmaterials wurde mit Hilfe einer Kolbenstrangpresse bei 1770C und einem Druck von 70,3 bis 140,6 kg/cm durch eine Spinndüse entsprechend Beispiel 1 gepreßt, bei der jedoch die Öffnungen ein Verhältnis von Länge!Durchmesser von 10 besaßen. Man erhielt ein günstiges Proteinfaser-
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bündel.
Beispiel 5
Ein wäßriges Gemisch, enthaltend 50 Gew.-^ funktionelles entfettetes Sojabohnenisolat, das über 90 Gew-$ Protein enthielt und eine mittlere Teilchengröße von weniger als 37 ,um besaß, wurde mit Hilfe einer Kolbenstrangpresse bei 121 G und einem Druck von 70,3 bis 281,2 kg/cm durch ein Filter und eine Spinndüse wie in Beispiel 1 beschrieben, gepreßt. Man erhielt.ein günstiges Proteinfaserbündel.
Die Anwendbarkeit des wie oben beschrieben erhaltenen Produktes wird in dem folgenden Beispiel· gezeigt.
Beispiel 6
Das halb-einheitliche aus vielen Fasern bestehende Proteinprodukt, das nach Beispiel 1 erhalten worden war, wurde in einem Gesamtgemisch, enthaltend Proteinfasern, wärmekoagulierbare Bindemittel und Geschmacksstoffe zur Erzeugung eines Fleischananlogen mit guter Struktur, gutem Geschmack und Gefühl im Mund angewandt.
Beispiel 7
Ein handelsübliches Sojamehl enthaltend ungefähr 5.0Gew.5& Protein wurde in einer Mühle an der luft auf eine mittlere Teilchengröße von weniger .als 37 ^m vermählen. Es wurde dann unter Bildung eines Gemisches enthaltend 45 Gew.-$ Sojamehl mit Wasser vermischt. Bieses Gemisch wurde bei einem Druck von 49,2 kg/cm erhitzt und unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen extrudiert. Man erhielt ein gutes faseriges Produkt.
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Beispiel 8
Es wurde die Vorrichtung entsprechend Beispiel 1 angewandt, wobei jedoch das Filter aus gesintertem
weg
Metall gelassen wurde. Die Spinndüse wurde durch eine Scheibe mit einem mittleren Loch mit einem Durchmesser von 6,35 ram teilweise abgedeckt. Ein wäßriges Gemisch enthaltend 45 Gew.-% Sojakonzentrat, das auf eine !Teilchengröße von weniger als 37 Am vermählen war, wurde bei einem Druck von 105,45 kg/cm erhitzt und extrudiert-, wie in Beispiel 1 beschrieben. Man erhielt ein gutes faseriges Produkt. Das entstehende Faserbündel besaß einen Gesamtdurchmesser von ungefähr 6,35 mm und wurde mit einer linearen Geschwindigkeit extrudiert, die größer war als im Beispiel 1.
Beispiel 9
Es wurde unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen gearbeitet, wobei eine längliche Spinndüse mit 12000 Öffnungen mit jeweils einem Querschnitt von ungefähr 0,127 mm verwendet wurde. Jede Öffnung besaß ein Verhältnis Länge : Durchmesser von 50 und der Abstand der einzelnen Öffnungen voneinander betrug weniger als 0,127 mm. Man erhielt ein Bündel von Proteinfasern mit günstigen Eigenschaften.
Beispiel 10
Es wurde unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen gearbeitet mit der Ausnahme, daß kein Filter angewandt wurde und die Spinndüse aus einem Metallnetz mit Öffnungen von 0,102 mm, die sich in einem Abstand von weniger als 0,102 mm voneinander befanden, verwendet wurde. Das Hetz wurde von einer Stützplatte getragen, die eine rechteckige Öffnung mit einer Größe von 3»18 χ 12,7 mm besaß. Das entstehende Bündel aus Proteinfasern besaß gute Eiganschaften und die Gesamtdimensionen des
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Bündels entsprach- der rechteckigen Öffnung.
Beispiel 11
Ein wäßriges Gemisch, enthaltend 45 Gew.-$ des in Beispiel 1 angegebenen Proteinmaterials wurde unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen durch eine " längliche Spinndüse mit 6450 Öffnungen mit jeweils einem Durchmesser von 0,178 mm gepreßt. Jede Öffnung besaß ein Verhältnis länge:Durchmesser von 25 und befand sich weniger als 0,178 mm von der nächsten Öffnung entfernte Das entstehende Proteinfaserbündel entsprach dem in Beispiel 1 angegebenen.
Beispiel 12
Ein wäßriges Gemisch, enthaltend 45 Gew.-% des in Beispiel 1 angegebenen Proteinmaterials wurde unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen durch eine längliche Spinndüse mit 12000 Öffnungen(von denen jede einen Querschnitt von ungefähr 0,076 mm besaß, extrudiert. Jede Öffnung besaß ein Verhältnis Länge:Durchmesser von 25 und befand sich weniger als 0,076 mm vnn der nächsten Öffnung entfernt. Man erhielt ein gutes Proteinfa^serbündel.
Obwohl in den oben angegebenen Beispielen immer nur ein Gemisch aus Wasser und dem Proteinrohmaterial angewandt wurde, ist es selbstverständlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch angewandt werden kann, ausgehend von einem wäßrigen Gemisch,enthaltend zusätzlich Geschmacksstoffe, Fette und Bindemittel neben dem Proteinmaterial. ·
PATENTANSPRÜCHE
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Q). Harbeinheitlich.es faseriges Proteinprodukt mit einer Struktur^die derjenigen von natürlichem Fleisch entspricht, bestehend ."im wesentlichen aus einem Bündel einzelner Proteinfasern bzw· -fäden, die jeweils einen Querschnitt von ungefähr 0,025 bis ungefähr 0,25 mm besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fäden an einer Vielzahl diskontinuierlicher Kontaktstellen mit benachbarten Fäden verbunden bzw· verschmolzen sind.
    2, Verfahren zur Herstellung des Proteinproduktes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein feinteiliges Ölsamenproteinmaterial mit Wasser vermischt, das entstehende G-emisch,enthaltend ungefähr 25 bis ungefähr 60 Gew.-^ Proteinmaterial( auf eine Temperatur von ungefähr 100 bis ungefähr 1800C erhitzt, die entstehende, im wesentlichen homogene extrudierbare plastische Masse unter geeigneten Druckbedingungen durch eine Spinndüse mit einer Vielzahl von Öffnungen, die jeweils einen Querschnitt von ungefähr 0,025 bis ungefähr 0,25 mm besitzen und vonefaander nicht weiter entfernt sind als der Querschnitt einer Öffnung, direkt in ein inertes gasförmiges Medium extrudiert.
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    3. Verfahren naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Proteinmaterial ein Sojabohnenkonzentrat., ~-isolat oder -mehl verwendet.
    4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man soviel Proteinmaterial verwendet, daß das Gemisch aus dem Proteinmaterial und Wasser ungefähr 35 Ms ungefähr 50 Gew.-% Proteinmaterial enthält.
    5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4» dadurch g e k e η η zeichnet, daß man ein Proteinraaterial mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als ungefähr 37 um verwendet.
    6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch aus Proteinmaterial und Wasser auf eine Temperatur von ungefähr 120 bis ungefähr 165 G erhitzt.
    7. Verfahren nach Ansprach 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Masse unter einem Druck von ungefähr 35,15 bis 351,5, vorzugsweise ungefähr 70,3 bis ungefähr 175,75 kg/cm extrudiert.
    8. Verfahren nach Anspruch 2 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß man das Protein-Wasser-Gemisoh durch elektromagnetische Hochfrequenzenergie erhitzt.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß man eine Frequenz von ungefähr 1 bis 100 MHz anwendet.
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    ZOUUZ I CJ ~
    10. Verfahren nach. Anspruch 2 bis 9, dadurch, gekennzeichnet, daß man eine Spinndüse mit länglichen Öffnungen, die im wesentlichen parallel liegen und jeweils einen Durchmesser von ungefähr 0,076 bis ungefähr 0,178 mm und ein Verhältnis Länge:Durchmesser von ungefähr 10 bis ungefähr 50, vorzugsweise ungefähr 10 bis ungefähr 25 besitzen, verwendet.
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