DE2643624A1 - Schutz von lebensmittelzusaetzen - Google Patents

Schutz von lebensmittelzusaetzen

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DE2643624A1 DE19762643624 DE2643624A DE2643624A1 DE 2643624 A1 DE2643624 A1 DE 2643624A1 DE 19762643624 DE19762643624 DE 19762643624 DE 2643624 A DE2643624 A DE 2643624A DE 2643624 A1 DE2643624 A1 DE 2643624A1
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Description

Or Franz LuU 3rer 2 4. Sep. 1976
Dipl.-'πα. R:i.vsr F. täayer
SOOO München 30
Lucile-Grahn-Str. 22, Tel. (039) 47 29 4Z J
RAH 6001/17
F. HofFmann-LaRochc& Co. Aktiengesellschaft, Basel/Schweiz
Schutz von Lebensmittelzusätzen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, welches zum Zweck hat, Lebensmittelzusätze zu schützen und deren Verwendung zu erleichtern. Die Erfindung betrifft ebenfalls derartig stabilisierte und geschützte Lebensmittelzusätze, sowie auch die Verwendung zu diesem Zweck von Proteinen ultrafiltrierter Milch.
Das erfindungsgemässe Verfahren dient insbesondere, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, zur Behandlung von Produkten wie Lebensmittelfarbstoffe, wasser- und fettlösliche Vitamine, Mineralsalze zur Vervollständigung der menschlichen und tierischen Nahrung usw.
Um den durch industrielle Behandlung von Lebensmitteln bedingten Aenderungen der Zusammensetzung und des Aussehens zu begegnen, wird die Verwendung von Lebensmittelzusätzen immer häufiger.
cot/19.8.1976 7098 U/0 775
Die Zugabe derartiger Zusatzstoffe stellt jedoch gewisse ernsthafte technologische Probleme, da diese Substanzen oft empfindlich, instabil, unlöslich oder nicht mischbar sind in bzw. mit dem Medium dem sie zugesetzt werden sollen. Sie sind gelegentlich auch aggressiv gegenüber den Komponenten des letzteren. Man muss daher versuchen sie effizient zu schützen, um sie leichter handhabbar in der industriellen Technologie zu machen und um die organoleptischen und ernährungstechnischen Eigenschaften der Endprodukte gewährleisten zu können.
Dieser Begriff des Schutzes muss unter zwei Gesichtspunkten betrachtet werden:
a) Gewisse Zusatzstoffe sind im reinen kristallinen Zustand sehr instabil, was sie vom technologischen Standpunkt aus gesehen in dieser Form absolut unverwendbar macht.
Diese inhärente Zersetzbarkeit der Molküle ist hauptsächlich bedingt durch Paktoren wie Temperatur, Licht und Oxidation. Die Carotinoide können hier als Beispiel angeführt werden.
Im Rohzustand liegen diese Produkte in Form von rotbraunen bis violetten Kristallen vor. Sie sind unlöslich im Wasser und haben einen ziemlich hohen Schmelzpunkt. Sie sind löslich in gewissen organischen Lösungsmitteln, jedoch wenig löslich in Fetten. Sie sind auch sehr empfindlich, insbesondere gegen Licht und leicht zersetzbar. Ihre Handhabung ist somit sehr delikat.
Die industrielle Verwendung von Carotinoiden stellt somit ein Beimengungsproblem dar, insbesondere zu Lebensmitteln bei denen die wässrige Phase vorherrscht.
b) Zu dieser inhärenten Instabilität der Moleküle kommen noch hinzu, die schädlichen Zwischenreaktionen mit gewissen
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Elementen des Milieus dem man sie zumischt, was Verluste bei der Verarbeitung zur Folge hat.
Die Temperatur, die Feuchtigkeit, der pH, die Oxidationsoder Reduktionswirkung des Milieus, die Zwischenreaktionen mit anderen Mikroelementen, welche die Zerstörung katalysieren, wie Enzyme, Schwermetalle und dgl. sind weitere Parameter, die die Stabilität der Zusätze beeinflussen. Hierzu muss man noch hinzufügen, die Konservierungsbedingungen wie die Temperatur, die Feuchtigkeit, die Dauer, das Licht, die Verpackung usw., welche stark mit der Art des Fertigproduktes schwanken.
All die vorhergenden Faktoren wirken einzeln, jedoch meistens gemeinsam und es kann ein Synergismus der Effekte resultieren, welcher die Zersetzungsgeschwindigkeit der Moleküle noch erhöht.
Die E,t:l: :>rungsindustrie ih\ ^j-seits, wünscht st i Ie Produkte 211 verwenden, welche eiäe praktische Handh&i izng gewährleisten. In der Mehrzahl der Fälle, muss man leicht zu handhabende Präparate zu Verfügung haben, welche im trockenen Zustand vermischbär sind und welche in Flüssigkeiten dispergierbar oder löslich sind.
Um zu diesem Resultat zu gelangen, muss man zwei Bedin·= beherrschen:
a) Die inhärenten Eigenschaften des verwendeten Zusatzes. Die inhärenten Eigenschaften eines verwendeten Zusatzes sind häufig ungeeignet für die vorgesehene Verwendung, so ist beispielsweise seine Löslichkeit Null oder ungenügend. Dies ist beispielsweise der Fall für fettlösliche Vitamine in wässrigem Milieu oder auch für das Carmin der Cochenille in saurem Medi";-; usw.
Man stösst weiterhin auch oft auf die Inkompatibilität
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mehrerer Substanzen untereinander, welche man in einem Gemisch verwenden will. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist die totale Instabilität von Vitamin C in Gegenwart von Eisen oder Kupfer.
b) Da die physikalischen und chemischen Charakteristiken der Lebensmittel sehr verschieden sind, ist es nötig verschiedenartige und standartisierte Anwendungsformen der Zusätze zu finden, sodass man sie in die verschiedenartigsten Medien einarbeiten kann.
Weiterhin, da diese Substanzen oft in geringer Konzentration verwendet werden, müssen sie verdünnt werden um eine homogene Verteilung in der Masse zu gewährleisten in die sie eingearbeitet werden.
Das zu lösende Problem bestand somit darin, ein Verfahren zu finden gemäss welchem es möglich wurde, Lebensmittelzusätze zn schützen und zu stabilisieren und somit ihre Verwendung zu vereinfachen um die vorhergend genannten Nachteile zu vermeiden. Dieses Problem wurde nun im Rahmen der vorliegenden Erfindung gelöst„ indem gefunden wurde, dass Proteine von ultrafiltrierter Milch ganz besonders geeignet sind, um die vorhergehend aufgeführten Bedingungen zu erfüllen.
Das erfindungsgemässe Verfahren, doh„ das Verfahren zur Herstellung von stabilen und geschützten Lebensmittelzusätzen, ist somit dadurch gekennzeichnet, dass man diese Lebensmittelzusätze auf Proteinen von ultrafiltrierter Milch fixiert oder mit diesen umhüllt.
Diese Proteine sind bekannte Produkte und werden aus Milch (vorzugsweise Kuhmilch) und von davon abgeleiteten Produkten durch Ultrafiltration gevronnen« Sie können alleine verwendet werden oder zusammen mit anderen natürlichen als Lebensmittel verwendeten Polymeren, wie die Stärken d die
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Dextrine und deren Derivate, die Pektine, Algenate, Carraghenane usw.
Diese Proteine gewährleisten einerseits die Fixierung oder Umhüllung der Lebensitiittelzusätze, indem sie einen effizienten Schutz gewährleisten und haben andererseits technologische Eigenschaften, welche ihre Verwendung maximal erleichtert.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung versteht man unter "Fixierung" das Vermögen einer Substanz eine gewisse Anzahl Moleküle von Liganden zu binden; dies resultiert von physico-chemischen Zwischenwirkungen verschiedenster Art zwischen den beiden Verbindungen (Bindung verschiedener Energie) .
Das Phänomen der Umhüllung ist rein mechanischer Natur. Da die biologischen Macromoleküle eine verwickelte und poröse Struktur aufweisen, können sie im Inneren eine oder mehrere wesentlich kleinere Moleküle aufnehemen und sie somit gegen Wirkungen des Umweltmilieus schützen.
Wenn eine Substanz derart durch Fixierung und Umhüllung geschützt ist, sind ihre inhärenten Eingenschaften maskiert und die eigenen Eigenschaften des Trägers kommen zur Geltung. Man braucht dann, bei der technologischen Verarbeitung, nur die Eigenschaften dieser Träger zu berücksichtigen.
In dem erfindungsgemassen Verfahren stammt die Originalität der Verwendung der Milchproteine von deren Eigenschaften, welche sich von ihrer Struktur ableiten und ihnen ermöglichen die doppelte Rolle eines Trägers zur Fixierung und Umhüllung zu spielen.
Die Fixierung eines Körpers auf einem Protein kann durch verschiedene Verfahren erfolgen, deren Resultate sich addieren«
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Sie ist Funktion:
- der Primärstruktur d.h., der Verkettung der das Protein bildenden Aminosäuren;
- der Sekundärstruktur, welche die Existenz von Wasserstoff bindungen zum Ausdruck bringt, was den Proteinketten
ihre helicoidale Struktur verleiht;
- der Tertiärstruktur, welche durch die Faltung der
bereits in Sekundärstruktur geordneten Proteinkette stammt. Diese Faltung ist bedint durch kovalente Bindungen (die
Schwefelbrücken beispielsweise, die Prolylreste, welche die Ketten verbinden) und vor allem durch Bindungen geringerer
Energie wie Wasserstoffbindungen, hydrophobe Bindungen und
polare Bindungen.
Wenn ein Fremdmolekül mit einem Protein in Kontakt
kommt kann es sich an dieses durch stark energiehaltige
kovalente Bindungen binden. Dieser Prozess ist irreversibel und verändert die Primärstruktur. Es kann sich jedoch auch
an das Protein binden mittels Bindungen geringerer Energie, welche zweierlei Art sind:
a) Das Fremdmolekül besetzt auf dem Protein noch freie Fixierungsstellen.
b) Es gibt Konkurrenz zwischen dem Fremdmolekül und
einem anderen Liganden, welcher bereits eine Stelle besetzt; der Zusatz nimmt die Stelle des Liganden ein, da seine sich zwischen ihm und dem Protein bildenden Bindungen energiereicher sind als diejenigen, welche vorher an dieser Stelle existierten.
Wie auch immer die Art der Fixierung ist, letztlich sind die Sekundär- und Tertiärstruktur des Proteins verändert.
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Die Tertiärstruktur des Proteins bestimmt seine Raumgestalt. Die Mehrheit der Proteine haben eine Kugelform, welche man sich wie ein Wollknäuel vorstellen kann. Kleine Moleküle von Liganden können leicht zwischen die Ketten schlüpfen, um sich auf gewisse Stellen zu fixieren und dies um so leichter als im feuchten Zustand diese Struktur noch aufgequollen und teilweise entwickelt ist. Wenn man anschliessend trocknet, zieht sich das Knäuel zusammen und die Moleküle, welche hineingeschlüpft waren und noch nicht auf einer Stelle fixiert sind, werden eingeschlossen; diese sind somit umhüllt.
Proteinlösungen haben eine Emulgierwirkung, was es ermöglicht, Emulgatoren bei der Fabrikation zu vermeiden oder ihre Anwendung zu begrenzen.
Eine ausgezeichnete, häufige und billige Rohstoffquelle für Proteine stellt die Milch dar.
Die neueren Fortschritte der Milchtechnologie ermöglichen es, dank der Methoden der Ultrafiltration, Proteinkonzentrate zu erhalten, welche verschiedenartigster aber konstanter Qualität und Natur sind und ausserdem genau definiert.
Dies ermöglicht es von frischen Produkten auszugehen welche nicht denaturiert sind, da sie keinerlei vorhergehende Behandlung erfahren haben (die Ultrafiltration ist nicht denaturierend), sodass die Reaktivität der Proteine maximal gewährleistet bleibt.
Milch und ihre Derivate hat, trotz der Komplexität ihrer Zusammensetzung, den Vorteil neutral zu sein und wenig aggressiv gegenüber den Substanzen, welche man zu schützen sucht; dies vermindert die Fabrikationsverluste. Andererseits hat ein derartiger Träger den Vorteil, dass er später in die verschiedenartigsten Lebensmittel eingearbeitet werden kann, ohne deren Charakteristika zu verändern.
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Die Milchtechnologie ist mittlerweile gut bekannt und stellt kaum Probleme dar. Somit ist es leicht sich ihrer zu bedienen„ Dies bietet die Möglichkeit ausgehend von einem gleichbleibenden Basismaterial, nämlich der Milch, Produkte mit verschiedenartigsten technologischen Eigenschaften aber von gleichbleibendem Aussehen zu erhalten, d.h. Pulver welche den Vorteil haben, dass man sie leicht verwenden kann, unabhängig von den verschiedenen Molekülen welche fixiert oder umhüllt sind.
Die Ultrafiltration ermöglicht es zwei Kategorien von Produkten zu erhalten, das eine enthaltend die Gesamtproteine der Milch und das andere die Proteine des Lactoserums, zu gewählten und bekannten Konzentrationen.
Diese Rohstoffe können anschliessend so verändert werden, dass man andere Arten erhält wie die Caseinate, die Coprezipitate, entmineralisiertes Lactoserum, saure Proteine usw.
Die Verwendung mit anderen Macromolekülen anderer Art, wie Pectinen, Alginaten, Carraghenanen oder Zucker, ermöglicht es,, die technologischen Eigenschaften der so hergestellten Träger weiter zu ändern.
Man erhält so nach Wunsch beispielsweise einen Träger, welcher koagulierbar ist oder nicht mittels Lab, löslich bei gegebenen pH, von bekannter Viskusität im feuchten Zustand, welcher jedoch den Vorteil hat, dass er im trockenen Zustand immer gleich ist, usw.
Nach Hinzufügung des Wirkstoffes auf den Proteinträger, unter optimalen Bedingungen damit der Schutz realisiert wird, wird das Ganze getrocknet.
Von den verschiedenen in der Milchindustrie verwendeten Trocknungsmethoden ist das Atomisieren, dasjenige
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Verfahren, welches sowohl für die Proteine als auch für die empfindlichen zugesetzten Moleküle am wenigsten schädlich ist. Es muss jedoch hinzugefügt werden, dass auch andere Verfahren, welche die Proteine nicht denaturieren, gleichermassen verwendet werden können.
Das verwendete Verfahren ist letztlich Funktion des zu schützenden Moleküls; es berücksichtigt dessen Eigenschaften um somit die am wenigsten degradierenden Operationsbedingungen zu gewährleisten. Der Träger wird daher ausgewählt in Funktion der inhärenten Eigenschaften des Zusatzes und der verlangten technologischen Qualität.
Je nachdem ob es sich um eine wasser- oder fettlösliche Substanz handelt, wird der Wirkstoff in einer konzentrierter Lösung des Trägers solubilisiert oder emulgiert.
So wird beispielsweise, in einem Verfahren ausgehend von einem wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Zusatz, der Träger zunächst auf eine Temperatur zwischen etwa 20 und etwa 600C, vorzugsweise zwischen etwa 30° und etwa 500C und insbesondere, zwischen etwa 40 und etwa 45 C erhitzt, worauf gegebenenfalls die weiteren Ingredientien wie Dextrine, Pectine, Alginate, Carraghenane, Stärke, Zucker und Antioxidantien usw. zugesetzt werden. Die zu schützende Substanz wird sodann in einer Menge von etwa 1% bis etwa 10 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung oder Dispersion, zugesetzt, dann gelöst oder dispergiert, worauf dann diese Lösung oder Dispersion homogenisiert und in an sich bekannter Weise getrocknet wird. Es versteht sich, das die verwendete Menge an zu schützender Substanz Funktion ist der Löslichkeit in wässrigem Medium. So wird beispielsweise Vitamin C vorzugsweise in einer Menge von etwa 2 bis 8 Gew.% verwendet, Vitamin B in einer Menge von etwa 3 bis 5 Gew.% und Vitamin B2 in einer Menge von etwa 1,5 bis etwa 8 Gew.%.
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In einem Verfahren ausgehend von einem fettlöslichen Zusatz, wird der Träger ebenfalls zunächst auf eine Temperatur zwischen etwa 20 und etwa 60 C, vorzugsweise zwischen etwa 30 und etwa 50 C, insbesondere zwischen etwa 40 und etwa 45 C erhitzt, worauf gegebenenfalls weitere Ingredientien, wie die vorhergehend erwähnten, sowie Emulgatoren zugesetzt werden. Der Wirkstoff wird hierauf in öliger Lösung in einer Menge von etwa 0,1% bis etwa 2 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, zugesetzt und diese hierauf unter Druck homogenisiert und anschliessend durch Atomisierung in an sich bekannter Weise getrocknet. Es versteht sich auch hier, dass die verwendete Menge an zu schützender Substanz Funktion ist der Löslichkeit in öligem Milieu. So kann beispielsweise ß-Carotin verwendet werden in einer Menge von etwa 0,1 bis 0,6 Gew.%, insbesondere in einer Menge von etwa 0,3 Gew.%.
Man erhält so Pulver deren Gehalt an Wirkstoff beträchtlich variieren kann in Funktion der physico-chemischen Eigenschaften des verwendeten Zusatzes visavis der Kapazität des Trägers diese zu umhüllen oder zu fixieren.
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Beispiel 1 Fixierung von Riboflavin auf den Proteinen des Lactose
Die verwendeten Rohstoffe sind das Natriumsalz des 5'Phosphates von Riboflavin in reinem kristallisiertem Zustand, ein Retentat der Ultrafiltration von Lactoserum zu 10% trockenem Extrakt, dessen Zusammensetzung die folgende ist:
Gesamtmenge an stickstoffhaltigem Material 7,00%
Lactose 1,70%
Asche 0,36%
Fettstoffe 0,50%
Wasser 90,44%
Die Proteinlösung (100 1 zu 10% trockenem Extrakt) wird auf etwa 40° bis 45°C erhitzt.
Das Vitamin wird in einer Menge zugesetzt, welche einem Gehalt von 25% im trockenen Endprodukt entspricht, d.h. 3,333 kg; es wird solubilisiert durch Rühren mit einem Homogenisator, wobei darauf Bedacht genommen wird, dass keine Luft in das Konzentrat eindringt.
Die erhaltene Lösung wird sofort durch Sprühtrocknung getrocknet. Man erhält ein feines Pulver mit gelber Farbe welches etwa 23% Riboflavin enthält.
Der Prozentsatz an wiedergefundenem Wirkstoff ist etwa 92%.
Beisiel· 2
Schutz des /3-Carotins durch die Proteine des Lactoserums. Die verwendeten Rohstoffe sind die foigenden:
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- Eine 2fl%ige übersättigte ölige Lösung von kristallisiertem ß-Carotin, stabilisiert mit 0,8% dl-a-Tocopherol.
- Ein Retentat der Ultrafiltration von Lactoserum zu 24,8% trockenem Extrakt folgender Zusammensetzung:
Gesamtmenge der stickstoffhaltigen Substanzen 14,90%
Lactose 7,44%
Asche 0,94%
Fettstoffe 0,74%
Wasser 75,98%
Die Proteinlösung (32 kg zu 24,8% Trockenextrakt) wird auf etwa 40° bis 45°C erhitzt.
Man setzt dieser Lösung O,r124% Natriumascorbat als Antioxidant zu. 1,7 kg, bei Raumtemperatur übersättigte ölige /3-Carotinlösung werden grob in dem Konzentrat dipergiert. Diese Mischung wird anschliessend bei einem Druck von 350 Bar homogenisiert. Die so erhaltene Emulsion wird dann sofort durch Sprühtrocknung getrocknet. Das erhaltene Produkt ist ein"feines gelbes Pulver mit 0,37% 0-Carotin. Man findet 100% der zugesetzten Menge an ß-Carotin wieder.
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Claims (7)

Patentansprüche
1) Verfahren zur Herstellung von stabilen und geschützten Lebensmittelzusätzen, dadurch gekennzeichnet, dass man diese Zusätze auf Proteinen von ultrafiltrierter Milch fixiert oder mit diesen umhüllt.
2) Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixieren oder Umhüllen durch Lösen, Dispersion oder Emulsion der Lebensmittelzusätze in einer Lösung der Proteine ultrafiltrierter Milch und Trockenen der Lösung, Dispersion oder Emulsion erfolgt.
3) Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen durch Atomisation erfolgt.
4) Verfahren gemäss Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lebensmittelzusatze wasser- oder fettlösliche Vitamine oder Carotinoide verwendet.
5) Stabile und geschützte Lebensmittelzusätze, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf Proteinen von ultrafiltrierter Milch fixiert oder mit diesen umhüllt sind.
6) Lebensmittelzusätze gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie wasser- oder fettlösliche Vitamine oder Carotinoide als Zusätze enthalten.
7) Verfahren zur Stabilisierung und zum Schutz von Lebensmittelzusätzen, dadurch gekennzeichnet, dass man Proteine von ultrafiltrierter Milch als stabilisierenden und schützenden Träger verwendet.
ORIGINAL INSPECTED
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DE19762643624 1975-10-02 1976-09-28 Schutz von lebensmittelzusaetzen Withdrawn DE2643624A1 (de)

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