DE2634853C3

DE2634853C3 - Verfahren zur Herstellung eines milden, mit Protein angereicherten Produktes aus Getreidegluten Miles Laboratories, Ine, Elkhart, Ind. (V.StA.)

Info

Publication number: DE2634853C3
Application number: DE2634853A
Authority: DE
Inventors: Robert Dixon Elkhart Ind. Phillips (V.St.A.)
Original assignee: Miles Laboratories Inc
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1975-08-04
Filing date: 1976-08-03
Publication date: 1979-06-07
Also published as: IL49305A; US4024120A; DE2634853B2; JPS5414172B2; FR2320062A1; IL49305A0; NL161347C; NL161347B; JPS5218847A; IT1068206B; NL7604690A; DE2634853A1; RO77130A; ZA761884B; CS191172B2

Description

Ein mildes (bland), mit Protein angereichertes Produkt wird hergestellt, indem man rohes Getreide-(grain)-gluten mit einem Lösungsmittel zusammenbringt, enthaltend ungefähr 70 bis 100% Äthylacetat. 0 bis 15% aliphatischen Alkohol mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und 0 bis 30% Wasser, wobei sich die Prozentangaben auf das Gesamtgewicht des Lösungsmittels beziehen, das Gluten von dem Lösungsmittel abtrennt, das abgetrennte Gluten mit Wasser wascht, das gewaschene Gluten von dem Wasser abtrennt und trocknet.

Seit Jahren haben Ernährungswissenschaftler ein ständiges Interesse an der Hei stellung eßbarer nahrhafter proteinhaltiger Nahrungsmittelprodukte aus pflanzlichen Quellen als Ergänzung oder als Ersatz der tierischen Proteinnahrungsmittel. Die Proteinprodukte müssen wirtschaftlich, bezüglich der Nährstoffe ausgeglichen sein und ein für den Verbraucher angenehmes Aussehen besitzen, d, h. das Produkt muß mild Im Geschmack und Geruch und frei von störenden Farben sein. Zur Zeit werden derartige proteinhaltige Nahrungsmittel hauptsächlich aus Sojabohnen hergestellt. Üngünstigerwejse besitzen Sojaproteine jedoch verhältnismäßig wenig bestimmte essentielle schwefelhaltige Aminosäuren.

Es ist bekannt, daß viele Nachteile von Sojabohnen überwunden werden können durch eine Kombination von Sojaprotein mit Proteinen aus anderen Quellen. Zum Beispiel besitzt Protein von Getreidekörnern einen ausgeglichenen Aminosäuregehalt und einen hohen biologischen Wert. Daher wurden aufgrund ihrer geringen Kosten und ihres Nährwertcs die Glutene aus rohen Getreidekörnern von Getreiden wie Mais, Zuckerhirse (Sorghum), Weizen u. ä. zur möglichen Verwendung in Kombination mit Sojaprotein für Nahrungsprodukte vorgeschlagen. Insbesondere wurde die Verwendung von Maisglut vorgeschlagen. Hauptnachteile für die allgemeine Anwendung von rohem Getreidegluten waren jedoch der charakteristische schlechte Geschmack und Geruch, die intensive Farbe, Öle und hohe Feuchtigkeitsgehalte dieser möglichen Proteinquellen.

Es wurden in der Vergangenheit erhebliche Anstrengungen unternommen, um ProteinproJukte aus Getreidegluten unter Anwendung klassischer Methoden herzustellen, aber diese Versuche hatten nur mäßigen Erfolg. Es war nicht möglich, wertvolle Proteine in kommerziell geeigneten Mengen zu geringen Kosten oder vollständig frei von dem charakteristischen Geschmack, Geruch, der Farbe, den Kohlenhydraten oder Salzen von Glutenen herzustellen.

Im allgemeinen waren die klassischen Verfahren der Extraktion mit Hilfe linearer Kohlenwasserstofflösungsmittel nicht befriedigend aufgrund der Unmischbarkeit der Lösungsmittel mit den großen Wassermengen, die üblicherweise in dem Getreidegluten vorhanden sind. Hydrophile Lösungsmittel, wie die niederen aliphatischen Alkohole, wurden ebenfalls zum Entölen von ölsamen angewandt, aber sie können nicht erfolgreich für wäßriges nasses Gluten angewandt werden, ohne daß ein erheblicher Verlust an alkohollöslicher Proteinfraktion eintritt. Andere Lösungsmittel, wie sie in der CA-PS 378 122 vorgeschlagen sind, wie Äthylacetat, Aceton, Benzol, Erdölfraktionen. Äther u. ä., wurden unter mäßigen Temperaturen und hohem Druck angewandt, um die Enzymaktivität zu erhalten und öle aus trockenen Bohnen und Samen zu extrahieren.

Das erhaltene Produkt ist jedoch, abgesehen von einer Abnahme des ölgehaltes, im wesentlichen unverändert. Lösungsmittelgemische, wie sie in der US-PS 3408 374, angegeben sind, wie Äthanol-Äthylacetat-Aceton (1:1:1) und Äthanol-Äthylacetat-Isopropyläther (4:2:1) wurden ebenfalls angewandt, um wäßrig nasse ölhaltige pflanzliche Substanzen zu extrahieren. Restliche wasserlösliche bestandteile verbleiben jedoch in dem mit dem Lösungsmittel extrahierten Rohmaterial. In diesem Falle sind die bekannten Verfahren teuer und die erhaltenen Produkte nicht vollständig befriedigend.

Inder Df-OS 2454 23ft ist ein vielstufiges Verfahren /ur Gewinnung von unter anderem Gluten aus Getreidekörnern beschrieben. Hierbei erhält man nach einem siebenstufigen Verfahren unter genauer Einhaltung sehr spezieller Arbeitsbedingungen ein Glutenprodukt. In diesem Produkt sind jedoch die störenden öle aus dem rohen Gluten noch zum größten Teil enthalten, Die GB-PS 1244288 betrifft ebenfalls ein vielstufiges Verfahren* die dem auf mühsame Weise ein Glutenprodukt erhalten werden kann* dessen ölgehalt, bezogen auf die Trockenbasis, jedoch höher liegt als derjenige des Äüsgangsproduktes. Nach dem in der US-PS 2 631111 beschriebenen Verfahren wird eine Glutenaufschlämmung unter erheb-

lichem Überdruck mit Wasser erhitzt, um den Proteingehalt der Feststoffe zu erhöhen. Dieses Verfahren ist nicht nur durch die erforderlichen Dmckanlagcn sehr aufwendig, sondern führt ebenfalls zu einem Produkt, das noch im wesentlichen die gesamten störenden Öle der Ausgangssubstaraen enthält.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein einfaches, wirksames Verfahren zur Herstellung eines milden, geschmacksneutralen Gtutenproduktes zu entwickeln, bei dem die charakteristischen öle, Geschmacksstoffe, Geruchsstoffe, Farbstoffe, Kohlenhydrate u. ä. aus kommerziellen Mengen von rohem Getreidegluten auf einfache, wirtschaftliche Weise möglichst vollständig entfernt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahien zur Herstellung eines milden, mit Protein angereicherten Glutenproduktes, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man rohes Getreidegluten mit einem Lösungsmittel zusammenbringt, enthaltend ungefähr 70 bis 100% Äthylacetat, 0 bis 15% aliphatischen Alkohol mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und 0 bis 3O⁴Jf- Wasser, wobei die Prozentsätze jeweils auf das Gewicht des gesamten Lösungsmittels bezogen sind, das Gluten von dem Lösungsmittel abtrennt, das abgetrennte Gluten mit Wasser wäscht, das gewaschene Gluten von dem Wasser abtrennt und das entstehende Produkt trocknet.

Als Ausgangsmaterial für dieses Verfahren kann irgendein rohes Getreidegluten angewandt werden, das abgeleitet ist von bekannten Quellen, einschließlich hauptsachlich Mais, Zuckerhirse und Weizen. Üblicherweise ist üds Getreidegluten ein Nebenprodukt bei der Getreideverarbe tung u .d enhält die proteinhaltigen Rückstände des Mehlkörpers (Endosperm) und Keime, unangenehme Gt ehmacksstoffe, Kohlenhydrate, faserige Bestandteile, Getreidehüllen, öle und restliches Maischwasser von der Getreideverarbeitung. Zur Zeit ist der anfallende (spent) Glutenanteil von Getreide, wie Mais und Zuckerhirse, nicht geeignet zum menschlichen Verzehr und wird nur als Quelle für die Tiernahrurig verkauft. Aufgrund seiner leichten Verfügbarkeit, niedrigen Kosten und Proteine mit hohem Nährwert ist Maisgluten, das erhalten wird als Nebenprodukt von der Verzuckerung der Stärke in Maismehl, das bevorzugte Gluten zur Anwendung als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren. Eine typische Analyse von derartigem rohen Maisgluten kann 50 bis 70% Feuchtigkeit und bezogen auf das Trockengewicht 50 bis 55% Protein, 15 bis 20% Öl, ungefähr 25% Kohlenhydrate, 3,5% Fasern und 1 bis 2% Aschen betragen. Für die erfindungsgemäßen Zwecke ist es bevorzugt, das wassernasse Getreidegluten zu verwenden, das direkt als Nebenprodukt bei der Getreideverarbeitung anfällt. Getrocknetes Getreidegluten, das rehydratisiert worden ist. kann jedoch ebenfalls als Ausgangsmaterial angewandt werden.

Die erfindungsgemäßen Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemische enthalten ungefähr 70 bis 100% Äthylacetat, 0 bis 15% aliphatischen Alkohol mit 1 bis4 Kohlenstoffatomen und ü bis 30% Wasser, wobei die Prozentgehalte als Gewichtsprozente, bezögen auf das Gesamtgewicht des Lösungsmittels, zu verstehen sind- Typische Alkohole, die hier angewandt werden können, umfassen aliphatische einwertige Alkohole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Äthanol Isopropanol, Butanol, deren Gemische Und ähnliche. Es ist bevorzugt, Äthylacetat allein oder die azeotropen Gemische mit dem oben angegebenen Alkohol und/oder Wasser zu verwenden. Bei diesem kommerziellen Verfahren bedeutet die Anwendung eines einzigen Lösungsmittels oder eines azeotropen Gemisches, das

beim Zurückführen (Rezyklisieren) wieder erhalten wird, einen deutlichen Vorteil in der Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens. Typische Beispiele für geeignete Lösungsmittel sind neben Äthylacetat allein wäßriges gesättigtes

ίο Äthylacetat, das binäre azeotrope Gemisch von Äthylacetat und Wasser und das ternäre azeotrope Gemisch von Äthylacetat, Äthanol und Wasser. Das binäre azeotrope Gemisch enthält bei Atmosphärendruck ungefähr 93,9% Äthylacetat und 6,1 % Wasser (Gew./Gew.) und besitzt einen Siedepunkt von 70,4^J C. Das ternäre azeotrope Gemisch enthält bei Atmosphärendruck ungefähr 83,2% Äthylacetat, 9,0% Äthanol und 7,8% Wasser (Gew./Gew.) und besitzt einen Siedepunkt von 70,2° C. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein wassernasses rohes Getreidegluten zunächst mit einem der oben erwähnten Lösungsmittel zusammengebracht, um solche Verunreinigungen, wie Öle, unerwünschte Geschmacksstoffe, Geruchsstoffe und Farbstoffe und einige Kohlenhydrate in das Lösungsmittel zu extrahieren. Die Glutenfeststoffe werden durch übliche Verfahren, wie Filtrieren, Zentrifugieren und ähnliches, von dem Lösungsmittel abgetrennt. Die abgetrennten Glutenfeststoffe werden dann mit

jo Wasser gewaschen, um Verunreinigungen, wie restliche Geschmacksstoff.:, Geruchsstoffe, Farbstoffe. Salze, wasserlösliche Kohlenhydrate und restliches Lösungsmittel zu entfernen. Die gewaschenen Glutenfeststoffe werden von dem Waschwasser auf ahnliehe Weise wie oben beschrieben abgetrennt und getrocknet. Das getrocknete Produkt ist mild im Geschmack und Geruch, besitzt eine weißliche, blaßlohfarbene Farbe und enthält üblicherweise ungefähr 70% Protein, weniger als 0,5% öl und ungefähr 20% unlösliche Kohlenhydrate. Das verbrauchte Lösungsmittel kann leicht durch geeignete Verfahren, wie Destillation, zurückgewonnen und erneut für das Verfahren angewandt werden.

Es ist für den Fachmann klar, daß das oben angegebene Verfahren ansatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden kann und daß die Konzentrationen an Substanzen, die Temperatur und Kontaktzeit in weiten Grenzen variieren können in Abhängigkeit von der Art des Verfahrens und den angewandten Apparaturen. So wurde z. B. bei einem ansatzweisen Verfahren ein Konzentrationsverhältnis von ungefähr 8 bis 12 Teilen organisches Lösungsmittel auf 1 Teil Glutjnfeststoffe, bezogen auf das Trockengewicht, erfolgreich angewandt. Bei einem kontinuierlichen Verfahren, wie in einem mehrstufigen Gegenstromextraktor oder Flüssigkeitszyklon, ist es möglich, das Verhältnis von Lösungsmittel zu Glutenfeststoffen zu verringern und trotzdem noch eine gute Extraktion zu erreichen.

Die Temperatur für die Berührung mit dem Lösungsmittel variiert ebenfalls in einem weiten Bereich von Ungefähr Raumtemperatur bis zum Siedepunkt des Lösungsmittels, Im allgemeinen Wird jedoch die Wirkung der Extraktion mit zunehmenden Tempera-

türen verbessert. Güte Extraktionsergebnisse wurden erreicht bei einer Temperatur zwischen ungefähr 50 bis 72° C, Vorzugsweise liegt die Temperatur nähe am Siedepunkt des Lösungsmittels, d. h. bei ungefähr

70 bis 72° C.

Die Berührungszeit hängt grundsätzlich ab von der angewandten Ausrüstung. Bei ansatzwusem Arbeiten wurden jedoch so geringe Kontaktzeiten, wie eine halbe Stunde, erfolgreich angewandt. Kontinuierliche Extraktionsverfahren erlauben sogar noch eine weitere Verringerung dieser Zeit. Sowohl beim ansatzweisen als auch beim kontinuierlichen Arbeiten, können die Kontaktzeiten in jeder Stufe offensichtlich verringert wenden durch Erhöhung der Anzahl der einzelnen Kontaktstufen.

Nachdem die Glutenfeststoffe mit dem Lösungsmittel in Berührung gebracht worden sind, werden sie auf übliche Weise von dem Lösungsmittel abgetrennt und mit Wasser gewaschen. Das Waschen mit Wasser kann unter ähnlichen Bedingungen, wie oben beschrieben, ansatzweise ouer kontinuierlich durchgeführt werden. Vorzugsweise sollte das Waschen mit Wasser bei einer Temperatur oberhalb ungefähr 60° C durchgeführt werden, um die Extraktion besonders unangenehmer Verunreinigungen, wie Geschmacksstoffe, Geruchsstoffe, Farbstoffe und wasserlöslicher Kohlenhydrate, zu verbessern. .Jeben der Entfernung restlicher Verunreinigungen bei dieser Temperatur kann das organische Lösungsmittel leicht gleichzeitig als azeotropes Gemisch abdestilliert und zurückgewonnen werden.

Die gewaschenen Glutenfeststoffe werden dann mit Hilfe üblicher Verfahren, wie Sprühtrocknen, Trocknen in der Trommel, Gefriertrocknen, Vakuumtrocknen u. ä., getrocknet. Vorzugsweise sollte das Trocknen unter milden Temperaturbedingungen durchgeführt werden, so daß das Protein nicht geschädigt wird.

Neben dem milden Geschmack und Geruch und der blassen Farbe und dem hohen Proteingehalt sind die erfindungsgemäßen Proteinprodukte als Getreidegluten in erwünschter Weise reich an schwefelhaltigen Aminosäuren, wie Methionin und Cystin. Dadurch können die erfindungsgemäßen Produkte mit Proteinprodukten von anderen pflanzlichen Quellen, \v ie Sojabc 'inen, zusammengegeben werden, die nicht genügend schwefelhaltige Aminosäuren enthalten, um Produkte mit einem höheren Nährwert zu erhalten. Solche Kombinationen sind außerordentlich geeignet zur Herstellung von texturierten Produkten aus pflanzlichem Protein, Fleischanalogen u. ä.

Die Erfindung wird durch die folgenden, nicht einschränkenden Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert die Herstellung eines milden mit Protein angereicherten Produktes aus rohem Maisgluten unter Verwendung von Äthylacetat als organisches Lösungsmittel bei nicht-kontinuierlichem Arbeiten. Das in diesem Beispiel angewandte Maisgluten wurde erhalten als Nebenprodukt eines kommerziellen Verfahrens zur Verzuckerung der Stärke in Maismehl. Das Maisgluten war physikalisch intensiv gelb gefärbt und besaß ein unerwünschtes »maisartiges« Aroma und einen bitteren Geschmack.

Ungefähr 45,4 kg (lUÜ pounds) wassernässe:« Maisgluten (ungefähr 70% H₂O) und 132,5 1 (35 gallons) mit Wasser gesättigtes handelsübliches Äthylacetat (weniger als 4% H₂O) wurden in einen mit einem Mantel versehenen 190-l-(50 gällön)-Kessel gegeben, der mit Rückflußkühler und Rührer versehen war. Unter Rühren wurde der Inhalt auf ungefähr 60" C erwärmt und ungefähr 1,5 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Der Inhalt wurde auf ungefähr 40° C abgekühlt, ausgetragen und zentrifugiert, um die Maisglutenfeststoffe von dem Lösungsmittel zu

entfernen. Bei einer Wiederholung dieses Verfahrens wurden die abgetrennten Feststoffe wieder mit frischem Lösungsmittel in Berührung gebracht und durch Zentrifugieren abgetrennt. Die abgetrennten Feststoffe und 132,5 1 Wasser von 70° C wurden dann in einen offenen mit einem Mantel versehenen Kessel gegeben und eine Stunde gerührt. Am Ende dieser Zeit v.'urde der Inhalt ausgetragen und zentrifugiert, um die gewaschenen Glutenfeststoffe von dem Waschwasser abzutrennen. Die erhaltenen Feststoffe wurden im Vakuumofen bei 50° C getrocknet.

Drei getrennte Ansätze eines Produktes aus Maisgluten wurden nach diesem Verfahren hergestellt und zusammengegeben. Das Produkt wurde analysiert und es zeigte sich, daß es die in der folgenden Tabelle I angegebenen chemischen und physikalischen Eigenschaften besaß.

Tabelle I

Protein 67% (bezogen auf das Trocken-

~^Ί gewicht)

Kohlenhydrate 23.6% (bezogen auf das Trockengewicht)

Öl 0.2 % (bezogen auf das Trockengewicht)
Feuchtigkeit 3,5 %

Farbe weißlich bis leicht lohfarben

Geruch keiner

Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigte die Herstellung eines Proteinproduktes, aus dem in Beispiel 1 beschriebenen Maisgluten mit Hilfe des ternären azeotropen Gemi-

sches aus Äthylacetat, Äthanol und Wasser, enthaltend 83,2 Gew.% Äthylacetat, 9,0 Gew.% Äthanol uM 7,8 Gew.% Wasser.

Ungefähr 45,4 kg wäßriges Maisgluten (ungefähr 70% H₂O) und 132,5 1 des ternären azeotropen Ge-

4¹J misches wurden in einen mit einem Mantel versehenen 50-1-Kessel gegeben, der mit RücVflußkübler und Rührer versehen war. Unter Rühren wurde der Inhalt auf ungefähr 70° C erwärmt und 2 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Der Inhalt wurde auf ungefähr

so 50° C abgekühlt, ausgetragen und zentrifugiert, um die Maisglutenfeststoffe von dem Lösungsmittel abzutrennen. Die abgetrennten Feststoffe wurden ein zweites Mal mit frischem Lösungsmittel zusammengegeben und durch Zentrifugieren abgetrennt. Die abgeliermten Feststoffe und 182,5 1 Wasser von 70" C wurden dann in einen mit einem Mantel versehenen offenen Kessel gegeben und eine Stunde gerührt. Am Ende dieser Zeit wurde der Inhalt ausgetragen und zentrifugiert, um die gewaschenen Glutenfeststoffe

von dem Waschwasser abzutrennen. Die entstehenden Feststoffe wurden in einem Ofen mit Zwangsbelüftung bei 50 bis 55" C getrocknet.

Einige Ansätze des Produktes aus Maicgluten wurden nach diesem Verfahren hergestellt und zusammengegeben. Das Produkt wurde analysiert und es zeigte sich, daß ei die in der folgenden Tabelle Il angegebenen chemischen und physikalischen Eigenschaften besaß.

Tabelle II Öl Protein 71% (bezogen auf das Trockengewicht) Farbe

Kohlenhydrate 18% (bezogen auf das Trocken- Aroma

gewicht) "> Geruch

0,4 % (bezogen auf das Trocken·'

gewicht)

weißlich bis leicht lohfarben mild
keiner

•09 623/337

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines milden (geschmack- und geruchlosen), an Protein angereicherten Produktes, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) rohes Getreidegluten mit einem Lösungsmittel zusammenbringt, enthaltend ungefähr 70 bis 100% Äthylacetat, 0 bis 15% aliphatischen Alkohol und 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und 0 bis 30% Wasser, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Lösungsmittels,

b) das Gluten von dem Lösungsmittel trennt,

c) das abgetrennte Gluten mit Wasser wäscht,

d) das gewaschene Gluten von dem Wasser abtrennt und

e) das gewaschene Glutenprodukt trocknet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man von Maisgluten ausgeht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur des Gemisches aus Lösungsmittel und Getreidegluten zwischen ungefähr 50 bis 72° C hält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das abgetrennte Gluten bei mehr als ungefähr 60° C mit Wasser wäscht.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel das binäre azeotrope Gemisch, enthaltend ungefähr 93,9 Gew.% Äthylacetat und 6,1 Gew.% Wasser, verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel ein temäres azeotropes Gemisch, enthaltend ungefähr 83,2 Gew.% Äthylacetat, 9 Gew.% Äthanol und 7,8 Gew.% Wasser verwendet.