DE3008900C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines gereinigten Proteinhydrolysats, das keine Proteine und Makropeptide enthält.

Eine der Schwierigkeiten, die bei der industriellen Herstellung von Proteinhydrolysaten auftreten, besteht - mindestens für gewisse Anwendungen - in der Entfernung der Proteine und Makropeptide, die nach der Hydrolyse in dem Proteinhydrolysat zurückgeblieben sind, weil entweder gewisse Proteine der Hydrolyse nicht oder nicht ausreichend zugänglich sind oder weil die dabei erhaltenen Bruchstücke sich erneut zu Agglomeraten kombiniert haben. Insbesondere in der Diätetik und ganz besonders in der Kinderdiätetik ist es aber oftmals sehr wichtig sicherzustellen, daß die hergestellten Hydrolysate keine Proteine und Makropeptide mehr erhalten, da Stoffe dieser Art mit höherem Molekulargewicht leicht Allergien hervorrufen.

In der GB-PS 13 83 223 ist ein Verfahren zur Herstellung eines gereinigten Proteinhydrolysats beschrieben, bei dem man eine Aufschlämmung eines proteinhaltigen Materials einer chemischen oder enzymatischen Hyderolyse unterwirft, das erhaltene Hydrolyseprodukt einer thermischen Behandlung unterzieht und danach die gebildete wäßrige Proteinlösung von unerwünschten hochmolekularen Bestandteilen abtrennt. Die Abtrennung der unerwünschten hochmolekularen Bestandteile erfolgt dabei nach Ausfällung oder Ausflockung dieser Bestandteile nach irgendeinem mechanischen Verfahren. Die danach erhaltene klare Proteinlösung kann dann eingedampft oder durch Ultrafiltration konzentriert werden, wobei die löslichen Proteine im Retentat zurückbleiben.

Aus der GB-PS 8 25 193 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Aminosäuremischung bekannt, bei der eine Proteinhydrolysat drei Tage bei 75°C oder vier Tage bei 55°C erhitzt wird, um den Glutaminsäuregehalt in Pyrrolidoncarbonsäure zu überführen.

Wegen der unerwünschten geschmacklichen Eigenschaften von Pyrrolidoncarbonsäure ist eine derartige Behandlung zur Herstellung eines möglichst neutral schmeckenden Produktes für die Nahrungsmittelindustrie ungeeignet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren Zur Herstellung eines gereinigten Proteinhydrolysats anzugeben, das frei von Proteinen und Makropeptiden und unerwünschten Verfahrensnebenprodukten ist und eine Herstellung des gereinigten Proteinhydrolysats unter wirtschaftlich vorteilhaften Bedingungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1 durch die Verfahrensmerkmale im Kennzeichen dieses Anspruchs gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, gereinigte Proteinhydrolysate herzustellen, worunter solche Proteinhydrolysate zu verstehen sind, die keine restlichen oder durch erneute Kombination gebildeten Proteine oder Makropeptide enthalten, die in der Folge der Einfachheit halber unter dem Begriff "Proteine" zusammengefaßt werden sollen. Die erfindungsgemäß vorgesehene thermische Behandlung führt zu einer Denaturierung der im Hydrolyseprodukt enthaltenen Proteine, und diese denaturierten Proteine werden anschließend durch Ultrafiltration abgetrennt, wobei das Permeat das gereinigte Proteinhydrolysat darstellt.

Mit dem Ausdruck "wäßrige Lösung" sind sowohl echte Lösungen als auch kolloidale Lösungen gemeint. Der Ausdruck "Denaturierung" soll nicht in dem Sinn verstanden werden, daß damit eine vollständige Denaturierung gemeint ist. Gegebenenfalls kann auch eine qualitative oder quantitative teilweise Denaturierung ausreichen.

Die Ausgangsproteine können tierische Proteine sein, d. h. Proteine von Fleisch, Fisch usw., oder Milchproteine, Kasein, Lactalbumin usw., sein. Es kann sich auch um pflanzliche Proteine aus Körnern oder Blättern handeln, wie z. B. um Sojaproteine oder um Proteine aus den Blättern von Luzernen. Schließlich kommen auch Proteine mikrobiellen Ursprungs in Frage, wie z. B. Hefeproteine.

In der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Proteine einer chemischen - im allgemeinen sauren - oder enzymatischen Hydrolyse unterworfen, wobei im letzteren Fall Enzymgemische oder gereinigte Enzyme verwendet werden können. Bei Proteinen mikrobiellen Ursprungs kann es sich um den Mikroben eigene Enzyme handeln, wobei die erhaltenen Produkte dann als Autolysate bezeichnet werden. Als Beispiel für Proteine, die gemäß der Erfindung mit Vorteil verwendet werden können, soll Lactalbumin erwähnt werden. Als typische Hydrolyse soll beispielsweise die enzymatische Hydrolyse mit Pankreatin erwähnt werden.

Wie oben bereits erwähnt, enthalten die durch Hydrulyse hergestellten Produkte Proteine, und zwar in erhöhtem Maße, wenn die Hydrolyse unter akzeptablen industriellen Bedingungen ausgeführt worden ist. Die Produkte werden deshalb einer thermischen Behandlung unterworfen, welche eine Denaturierung der Proteine ermöglicht. Sie kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden, und zwar entweder bei einer hohen Temperatur von 100 bis 140°C während 10 s bis 4 min oder bei einer niedrigeren Tempeatur von 75° bis 100°C während 2 bis 60 min.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß im Falle einer enzymatischen Durchführung der Hydrolyse die thermische Behandlung eine Inaktivierung des Enzyms zur Folge haben kann. Diese Nebenwirkung wurde aber nicht systematisch untersucht, da das Enzym auf alle Fälle während der Ultrafiltration zusammen mit den Proteinen entfernt wird.

Die Ultrafiltration kann direkt nach der thermischen Behandlung durchgeführt werden, wobei die Proteine zwar denaturiert, aber nicht unbedingt ausgeflockt sind. Dies stellt einen wesentlichen Unterschied zu den herkömmlichen, unter Zentrifugierung durchgeführten Verfahren dar, bei denen ein Ruhenlassen erforderlich ist, um eine maximale Ausflockung der Proteine zu ermöglichen.

Gemäß einer Abwandlung kann man das Produkt der Hydrolyse zwischen der thermischen Behandlung und der Ultrafiltration durch eine Kolloidalmühle hindurchführen.

Die Ultrafiltration kann in bekannter Weise im geschlossenen Kreislauf ausgeführt werden, wobei ein Pufferbehälter zu Hilfe genommen wird, in den das Retentat zurückgeführt wird. Die Ultrafiltration kann auch mit mehreren hintereinander geschalteten Membranen oder Ultrafiltrationsvorrichtungen durchgeführt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Retentat während der Ultrafiltration verdünnt. Diese Ultrafiltrationstechnik unter gleichzeitiger Verdünnung wird als "Diafiltration" bezeichnet. Das Verdünnungsmittel, in erster Linie Wasser, wird dem Pufferbehälter zugegeben oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ultrafiltrationsvorrichtungen eingespeist.

Die Temperatur, bei der die Ultrafiltration ausgeführt wird, kann frei gewählt werden. Aus bakteriologischen Gründen und zur Beschleunigung der Ultrafiltration wird es jedoch bevorzugt, die Ultrafiltration bei einer Temperatur zwischen 55 und 80°C durchzuführen.

Das Permeat der Ultrafiltration, welches von Proteinen frei ist, stellt das gereinigte Proteinhydrolysat dar. Gegebenenfalls kann dieses Permeat, beispielsweise durch Eindampfen, konzentriert und abschließend getrocknet werden, um ein trockenes gereinigtes Hydrolysat zu erhalten.

Das Retentat der Ultrafiltration kann zu einer Hydrolysestufe zurückgeführt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unterwirft man eine Proteinlösung, die vorher aus bakteriologischen Gründen therisch behandelt worden ist, einer chemischen - beispielsweise sauren - Hydrolyse oder einer enzymatischen - beispielsweise mit Pankreatin - Hydrolyse, wobei das Hydrolyseprodukt in idealer Weise einen Trockenfeststoffgehalt zwischen 3 und 15% aufweist. Im Falle der enzymatischen Hydrolyse arbeitet man vorteilhafterweise beim optimalen pH-Wert des Enzyms, wobei der pH-Wert der Proteinlösung fortlaufend eingestellt wird, beispielsweise mit Hilfe von Kalk oder Phosphorsäure. Das Hydrolyseprodukt wird dann durch Einspritzen von Dampf oder in einem Wärmeaustauscher thermisch behandelt, beispielsweise während 1 min bei 130°C. Das thermisch behandelte Hydrolyseprodukt kann dann direkt einer Ultrafiltrationsvorrichtung mit Membranen, die eine Schnittzone zwischen 1000 und 10 000 aufweisen, zugeführt werden, man kann aber auch die Proteine vorher ausflocken lassen oder das thermisch behandelte Hydrolyseprodukt vorher durch eine Kolloidalmühle hindurchführen.

Je nach der Zusammensetzung können die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten gereinigten Hydrolysate in verschiedene diätetische, besonders in für Kinder und Rekonvaleszenten geeignete diätetische Nahrungsmittelpräparate einverleibt werden. Sie können aber auch in leicht resorbierbare Nahrungsmittel für unter Allergien leidende Personen einverleibt werden.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. Darin sind die Teile und Prozentangaben in Gewicht ausgedrückt, sofern nichts anderes angegeben ist.

Beispiele 1 bis 6

Es wird eine Proteinlösung in Wasser aus Molkepulver (durch Ultrafiltration von 85% der Proteine isoliertes Lactalbumin: Beispiele 1 bis 5; durch Ausfällen von 70% der Proteine isoliertes Lactalbumin: Beispiel 6) hergestellt. Dabei wird eine Auflösungstemperatur zwischen 30 und 50°C angewendet.

Hierauf wird während 10 bis 30 s zur Sterilisation der Lösung Dampf mit 115°C eingespritzt, worauf nach Abkühlung auf 55°C der pH-Wert mit Ca(OH)₂ auf 7,2 eingestellt und Pankreatin in einer Menge von 8% zugegeben wird. Die Hydrolyse wird dann während 5 h bei 50 bis 55°C ablaufen gelassen.

Hierauf wird der pH-Wert durch Zusatz von H₃PO₄ auf 6,7 nachgestellt, worauf die in der folgenden Tabelle angegebene thermische Behandlung durchgeführt wird.

Die Ultrafiltration erfolgt in einer Abcor-Vorrichtung, die mit HFM 180 SG-Membranen ausgerüstet ist, jedoch mit Ausnahme von Beispiel 6, wo eine Ucarsep 2L-Vorrichtung (Union Carbide)-Vorrichtung verwendet wird, die mit NRT-Membranen bestückt ist.

Die erhaltenen Resultate sind in der folgenden Tabelle angegeben, in der auch der durch die Ultrafiltration erreichte Konzentrierungsgrad 3mal oder 2mal) enthalten ist. Die Diafiltration wird mit konstantem Volumen durchgeführt.

Vergleichsbeispiele

• a) Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren (Lactalbumin: 9%) wird wiederholt, wobei jedoch eine thermische Behandlung angewendet wird, bei der praktisch keine Denaturierung auftritt 90°C/5 s). Die Ultrafiltration unter den gleichen Bedingungen ist zwar möglich, jedoch beträgt die Permeationsmenge nur 20 l/m²/h.
• b) Beispiel 3 (Lactalbumin: 13%) wird wiederholt, wobei jedoch die unter a) angegebene nicht-denaturierende, thermische Behandlung angewendet wird. Die Permeationsmenge bei der Ultrafiltration beträgt nur 15 l/m²/h.

Beispiele 7 bis 10

Durch Auflösen eines Pulvers bei 30 bis 50°C werden die folgenden Proteinlösungen hergestellt:

Beispiel  7 Lactalbumin 8%ige Lösung Beispiel  8 Kasein10%ige Lösung Beispiel  9 Sojaisolat11%ige Lösung Beispiel 10 Fischproteinkonzentrat 8%ige Lösung Beispiel 11 Hefeproteinkonzentrat12%ige Lösung

In Beispiel 7 wird das (durch Ultrafiltration isolierte) Lactalbumin unter den Bedingungen der Beispiele 1 bis 6 hydrolysiert, wobei jedoch ein Gemisch aus 3% Pankreatin und 0,8% neutrale Protease bakteriellen Ursprungs (NOVO®) verwendet wird.

Das Fischproteinkonzentrat (Kabeljau) ist ein Konzentrat mit einem Proteingehalt von 94%.

Das Hefeproteinkonzentrat wird durch Fermentation von CANDIDA UTILIS auf Melassen erhalten. Es enthält 55% Protein.

Die angewendeten thermischen Behandlungen und die Ultrafiltrationsbedingungen sind wie folgt:

Beispiel  7 130°C/ 1 min,UF/65°C/2× Beispiel  8 130°C/ 1 min,UF/70°C/2× Beispiel  9 130°C/ 1 min,UF/70°C/3× Beispiel 10  98°C/30 min,UF/65°C/2× Beispiel 11  98°C/30 min,UF/65°C/2×

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines gereinigten Proteinhydrolysats, bei dem man eine wäßrige Proteinlösung einer chemischen oder enzymatischen Hydrolyse unterwirft, das erhaltene Hydrolyseprodukt einer thermischen Behandlung während 10 s bis 4 min bei 100 bis 140°C oder während 2 bis 60 min bei 75 bis 100°C unterzieht und danach von unterwünschten hochmolekularen Bestandteilen abtrennt, dadurch gekennzeichnet, daß man die bei der thermischen Behandlung gebildeten denaturierten Proteine durch Ultrafiltration mit Membranen mit einer Schnittzone zwischen 1000 und 10 000 von dem als Permeat erhaltenen gereinigten Proteinhydrolysat abtrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ultrafiltration bei einer Temperatur von 55 bis 80°C durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ultrafiltration unter Verdünnung des Retentats als Diafiltration durchführt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen der thermischen Behandlung und der Ultrafiltration das Hydrolyseprodukt durch eine Kolloidmühle hindurchführt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Enzym für die enzymatische Hydrolyse Pankreatin verwendet.

6. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellten gereinigten Proteinhydrolysats zur Herstellung von Nahrungsmitteln.