DE2600219C3

DE2600219C3 - Faseriges Proteinprodukt und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2600219C3
Application number: DE2600219A
Authority: DE
Inventors: Myron Julius Natick Coplan; Robert Bernard Davis; Daniel Kenneth Schiffer
Original assignee: Miles Laboratories Inc
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1975-01-06
Filing date: 1976-01-05
Publication date: 1979-10-18
Also published as: AU8644875A; JPS5191355A; IL48405A; US3953612A; FR2296375B1; DE2600219B2; BE836497A; JPS5424457B2; ES442756A1; IL48405A0; DE2600219A1; IT1052794B; NL7514456A; ZA757106B; CA1064762A; FR2296375A1; GB1489966A

Description

Die Erfindung betrifft ein faseriges Proteinprodukt mit einer Struktur, die derjenigen von natürlichem Fleisch entspricht und im wesentlichen aus einem Bündel einzelner stellenweise verschmolzener paralleler Proteinfasern besteht.

In den letzten Jahren wurden 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 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 Fleischorodukten 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 s der anhaftenden Chemikalien. Andere Verfahren wurden ebenfalls angewandt zur Erhitzung wäßriger Proteingemische und Extrudieren dieser Gemische in Flüssigkeiten oder Gase zur Bildung von Proteinfasern. So ist in der GB-PS 1049 848 ein Verfahren beschrieben, bei dem ein wäßriges Proteinmaterial bei einer Temperatur über dem Siedepunkt des Wassers in eine Atmosphäre mit einem geringeren Druck extrudiert wird. Dabei erhält man en expandiertes Proteinprodukt, das eine schwammige Konsistenz

is besitzt, die sich deutlich von derjenigen von Fleisch unterscheidet

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Proteinprodukt zu entwickeln, dessen Konsistenz und Textur von derjenigen von echtem Fleisch sehr ähnlich ist und das auf einfache Weise hergestellt werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß aus den Ansprüchen.

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,

jo ebenfalls angewandt werden können. Es ist ferner bevorzugt, daß das Öisamenprotein entfettet ist. Es ist günstig, daß ein solches Proteinmaterial mindestens ungefähr 50Gew.-°/o 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 Proteinmaterial mit einer minieren Teilchengröße von weniger als 37 μηι anzuwenden, d. h. ein solches, bei dem der größte Teil des Materials durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 37 μιη hindurchgeht.

Das feinteilige Proteinmaterial wird mit Wasser unter Bildung eines Gemisches, enthaltend ungefähr 25 bis ungefähr 60Gew.-% des Proteinmaterials, vermischt. Wenn der Gehalt an Proteinmaterial wesentlich unter ungefähr 25% liegt, neigen die entstehenden Fasern dazu brüchig und teigartig zu sein. Wenn der Gehalt an Proteinmaterial 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.

Das Protein-Wasser-Gemisch wird dann unter Bildung einer im wesentlichen homogenen extrudierbaren plastischen Masse erhitzt. Die Temperatur sollte ungefähr 100 bis ungefähr 180"C betragen. Bei Temperaturen unter ungefähr 100⁰C ist das entstehende Produkt unerwünscht teigartig. Bei Temperaturen über ungefähr 180"C tritt ein unerwünschter Abbau des Proteins ein. Vorzugsweise liegt die Temperatur bei ungefähr 120 bis ungefähr I65°C.

Die oben angegebenenTemperaturbedingungcn 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 MHz auf das Gemisch führt schnell zu einer gleichmäßigen Erhitzung des Gemisches auf die gewünschte Temperatur ohne daß Oberhitzungsstellen 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

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 große Teilchen zu entfernen. Eine bevorzugte Technik besteht darin, auch einen geeigneten Filier 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 mil 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/cm² durch die Spinndüse gepreßt werden kann. Der bevorzugte Druck beträgt ungefähr 70,3 bis ungefähr 175,8 kg/cm². Wenn ein Filter angewandt wird, werden die angegebenen Druckbedingungen vor dem Filter eingehalten.

Die Spinndüse besitzt eine großze Anzahl wie ungefähr 250 bis ungefähr 12 000 oder mehr dicht beieinander liegende Öffnungen. Jeder 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 Querschnitt von ungefähr 0,25 mm. Die einzelnen öffnungen bcMi /cn 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. Vorzugsweise 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 über die gesamte Länge der einzelnen Fäden auf. Die entstehende Struktur des Faden- bzw. des Faserbündels erinnert stark an die faserige Struktur von natürlichem Fleisch. Es ist festzustellen, daß diese

ίο 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 zwischen den Fasern zu vermeiden.

is Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Funktionelles entfettetes Sojabohnenkonzentrat, das erhalten worden war durch Extraktion von Sojabohnen mit Hexan und Äthanol-Wasser und das ungefähr 70Gew.-% Protein enthielt, wurde auf eine mittlere Teilchengröße von weniger als ungefähr 37 μιη pulverisiert. Es wurde dann unter Bildung eines

r> Gemisches, enthaltend 45Gew.-% des entfetteten Ölsamenproteins, mit Wasser vermischt Dieses Gemisch wurde mit Hilfe einer Einspeispumpe bei einem Druck von 140,6 kg/cm² in eine Heizkammer gepreßt, die aus einem 27,3 cm (10,75 in.) langen spiralförmig

jo gewundenen Glasfaser-Epoxy-Rohr mit einem inneren Durchmesser von 12.7 mm 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 V wurde durch das Gemisch in dem Rohr gleitet, 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 Proteirigemisch, die dann durch ein Filter aus gesintertem korrisionsfreiem Stahl mit öffnungen von ungefähr 80 μιη 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. |ede öffnung besaß ein 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 Protein-

•55 produkt mit einem deutlichen Zusammenhalt zwischen angrenzenden parallelen Proteinfäden.

Beispiel 2

Ein wäßriges Gemisch, enthaltend 41 Gew.-% des bo Proteinmaterials von Beispiel I, wurde bei 63,3 kg/cm·' erhitzt und unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen extrudiert. Man erhielt ein gutes Produkt.

Beispiel 3

b5 Ein wäßriges Gemisch, enthaltend 35 Gew.-°/o des in Beispiel I angegebenen Proteinmaterials, wurde mit Hilfe einer Kolbenstrangpresse mit einem Druck von 70,3 bis 168,7 kg/cm² durch einen Leitfähigkeits-Wärme-

austauscher, mit einer Temperatur von 149° C 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, enthallend 40 Gew.-°/o des in Beispiel 1 angegebenen Proteinmaterials, wunde mit Hilfe e-ner Kolbenstrangpresse bei 177° C und einem Druck von 703 bis 140,6 kg/cm² durch eine Spinndüse entsprechend Beispiel 1 gepreßt, bei der jedoch die öffnungen ein Verhältnis von Länge : Durchmesser von 10 besaßen. Man erhielt ein günstiges Proteinfaserbündel.

Beispiel 5

Ein wäßriges Gemisch, enthaltend 50 Gew.-% funktionelles entfettetes Sojabohnenisdat das über 90 Gew.-% Protein enthielt und eine mittlere Teilchengröße von weniger als 37 μΐη besaß, wurde mit Hilfe einer Kolbenstrangpresse bei 121⁰C und einem Druck von 70,3 bis 281,2 kg/cm² 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 Proleinfasern, wärmekoagulierbare Bindemittel und Geschmacksstoffe, zur Erzeugung eines Fleischananlogen mit guter Struktur, gutem Geschmack und Gefühl im Mund angewandt.

Beispiel 7

Ein handelsübliches Sonjamehl, enthaltend ungefähr 50 Gew.-% Protein, wurde in einer Mühle an der Luft auf eine mittlere Teilchengröße von weniger als 37 μπι vermählen. Es wurde dann unter Bildung eines Gemisches, enthaltend 45 Gew.-% Sojamehl, mit Wasser vermischt. Dieses Gemisch wurde bei einem Druck von 49,2 kg/cm² erhitzt und unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen extrudiert. Man erhielt ein grtes faseriges Produkt.

Beispiel 8

Es wurde die Vorrichtung entsprechend Beispiel 1 angewandt, wobei jedoch das Filter aus gesintertem Metall weggelassen wurde. Die Spinndüse wurde durch eine Scheibe mit einem mittleren Loch mit einem Durchmesser von 6,35 mm teilweise abgedeckt. Ein wäßriges Gemisch, enthaltend 45 Gew.-% Sojakonzentrat, das auf eine Teilchengröße von weniger als 37 μΐη vermählen war, wurde bei einem Druck von 105,45 kg/cm² erhitzt und extrudiert, wie in Beispiel 1 beschrieben. Man erhielt ein gutes faseriges Produkt Das entstehende Faserbünde] besaß einen Gesamtdurchmesser von ungefähr 635 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

go Bedingungen gearbeitet wobei eine längliche Spinndüse mit 12 000 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 Netz 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 Eigenschaften, und die Gesamtdimensionen des Bündels entsprach der rechteckigen Öffnung.

Beispiel 11

Ein wäßriges Gemisch, enthaltend 45 Gew.-°/o 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 entfernt. Das entstehende Proteinfaserbündel entsprach dem in Beispiel I 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 12 000 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 von der nächsten öffnung entfernt. Man erhielt ein gutes Proteinfaserbündel.

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.

Claims

Patentansprüche:

1. Faseriges Proteinprodukt mit einer Struktur, die derjenigen von natürlichem Fleisch entspricht und im wesentlichen aus einem Bändel einzelner stellenweise verschmolzener Proteinfasern bzw. Fäden besteht, erhalten durch Vermischen eines feinteiligen Ölsamenproteinmaterials mit Wasser, Erhitzen des entstehenden Gemisches, enthaltend 25 bis 60 Gew.-% Proteinmaterial, auf eine Temperatur von 100 bis 180⁰C Extrudieren der im wesentlichen homogenen plastischen Masse durch eine Spinndüse mit einer Vielzahl von Öffnungen mit Durchmesser 0,025 bis 0,25 mm, direkt in ein inertes gasförmiges Medium, wobei die Öffnungen voneinander nicht weiter entfernt als dem Durchmesser einer Öffnung entspricht

2. Proteinprodukt nach Anspruch 1, erhalten mit einer Spinndüse mit länglichen Öffnungen, die im wesentlichen parallel liegen und jeweils einen Durchmesser von 0,076 bis 0,178 mm und ein Verhältnis Länge : Durchmesser von 10:1 bis 50 :1, vorzugsweise 10 :1 bis 25 :1, besitzen.

3. Verfahren zur Herstellung des Proteinprodukts nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein feinteiliges ölsamenproteinmaterial mit Wasser vermischt, das entstehende Gemisch, enthaltend 25 bis 60Gew.-% Proteinmaterial, auf eine Temperatui von 100 bis 180⁰C erhitzt, die im wesentlichen homogene plastische Masse durch eine Spinndüse mit einer Vielzahl von Öffnungen mit Durchmesser 0,025 bis 0,25 mm direkt in ein inertes gasförmiges Medium extrudiert, wobei die Öffnungen der Spinndüse voneinander nicht weiter entfernt sind als dem Durchmesser einer Öffnung entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man von einem Proteinmaterial mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als 37 μηι ausgeht.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Protein-Wasser-Gemisch durch elektromagnetische Hochfrequenzenergie erhitzt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Frequenz von 1 bis 100 MHz anwendet.