DE3118798A1

DE3118798A1 - Verfahren zur herstellung eines eiklar-austauschstoffes

Info

Publication number: DE3118798A1
Application number: DE19813118798
Authority: DE
Inventors: Hans Aage Sejr 2720 Vanløse Olsen
Original assignee: Novo Industri AS
Current assignee: Novo Nordisk AS
Priority date: 1980-05-13
Filing date: 1981-05-12
Publication date: 1982-03-11
Also published as: GB2076825B; JPS57115145A; GB2076825A; BE888778A; DK207980A; NL192022B; NL8102326A; NL192022C; FR2482426A1; DE3118798C2; US4431629A; FR2482426B1; JPH0150386B2

Description

Verfahren zur Herstellung eines Eiklar-Austauschstoffes

Die Erfindung betrifft einen Eiklar-Austauschstoff, der ein Proteinderivat ist und ausgezeichnete Schlag- oder Emulgiereigenschaften besitzt und der hergestellt" werden kann durch Behandlung eines Sojaprotein-Substrats mit einem proteolytischen Enzym,sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung__i/Ein Eiklar-Austauschstoff kann für eine Vielzahl von Nahrungsmitteln und Konditoreierzeugnissen wie M eringen ( deren Charakter auch als anregend bezeichnet werden kann) verwendet werden. Bei der Auswahl derartiger Eiklar-Austauschstoffe müssen zwei Hauptfaktoren in Betracht gezogen werden, nämlich ob der Eiklar-Austauschstoff einen Nährwert besitzt sowie der Grad der Schlagfähigkeit oder Emulgierbarkeit, den das Proteinderivat besitzt.

So ist in " Funcionality and Protein Structure", ACS Symposium 92, 1979, S. 125 bis 146 (J. Adler-Nissen and H. Sejr Olsen, "The Influence of Peptide Chain Length on Taste and Functional Properties of Enzymatically Modified Soy Protein") ein Proteinderivat beschrieben, das ein durch

ι υ / ο ο

-X-.L.rli'Ü!"=*·"""· .L54 612

Enzym hydrolysiertes und .durch Säure ausgefälltes Soja-Isolat ist. Aus dieser Veröffentlichung geht hervor, daß eine Reihe von Hydrolysaten von sauer ausgefälltem Soja-Protein mit Hilfe unterschiedlicher Enzyme und mit verschiedenen DH-Werten (DH ist die Abkürzung für den Hydrolysegrad, wie später näher erläutert) hergestellt werden kann, von denen festgestellt wurde, daß sowohl die Schlagfähigkeit als auch die Emulgierbarkeit dieser Soja-Proteinhydrolysate ein Optimum in einem bestimmten DH-Intervall haben . Die Schlagfähigkeit und Emulgierbarkeit dieser Soja-Proteinhydrolysate sind verhältnismäßig gut, könntenjedoch noch verbessert werden.

Es sind auch Soja-Proteinderivate mit ausgezeichneter Schlagfähigkeit bekannt, die jedoch keinen ausreichend hohen Nährwert besitzen und sogar bitter sein können, wodurch ihre Verwendung für Lebensmittel begrenzt ist (s. z.B. J. Am. Oil Chemists¹ Soc, März 1979, Bd. 56, S. 345 bis 349).

Es besteht daher Bedarf an einem Eiklar-Austauschstoff auf der Grundlage von Soja-Protein, der sowohl ausgezeichnete Schlagfähigkeit und Emulgierbarkeit als auch gute Nahrungsmitteleigenschaften (Nährwert) mit der Abwesenheit von Bitterkeit verbindet.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung eines Eiklar-Austauschstoffes auf der Basis von Soja-Protein, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein entfettetes Sojabohnenmaterial mit einem wässrigen Medium bei einem pH-Wert im Bereich von ungefähr 6,0 bis ungefähr 10,5 extrahiert, anschließend die Feststoffe von der(überstehenden) Flüssigkeit abtrennt und die Flüssigkeit ein- oder mehrmals ultrafiltriert, wodurch die Flüssigkeit oder ein Teil davon proteolytisch auf einen DH-Wert im Bereich von 1 bis 8 hydrolysiert wird_;und daß man anschließend die proteolytische Aktivität nach der proteolytischen Hydrolyse zerstört.

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Die nach der Extraktion erhaltene Flüssigkeit enthält üblicherweise den Hauptteil an Protein aus dem entfetteten Sojabohnenmaterial, das als Ausgangsmaterial diente. Das entfettete Sojabohnenmaterial kann jedoch auch als Ausgangsmaterial dienen, wenn es so vorbehandelt worden ist, daß weniger als 50 % des Proteins aus dem entfetteten Sojabohnenmaterial extrahiert worden sind.

Die "(überstehenden) Flüssigkeiten oder Fraktionen davon" können folgende Materialien sein:

1. Das Extraktionsgemisch vor der Abtrennung der Flüssigkeit;

2. die Flüssigkeit aus der Extraktion vor der Ultrafiltration;

3. das bei der ersten Ultrafiltration zurückgehaltene Material, bevor dieses einer zweiten Ultrafiltration unterworfen wird; und

4. das bei der letzten Ultrafiltration zurückgehaltene Ma-. .terial.(Retentat).

Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß der erfindungsgemäß erhaltene Eiklar-Austauschstoff die oben angegebenen Anforderungen erfüllt. Insbesondere hat es sich gezeigt, daß ein erfindungsgemäß erhaltenerEiklar-Austauschstoff eine sehr gute Schlagfähigkeit oder Emulgierbarkeit bei einem pH-Wert von ungefähr 4 besitzt. Diese Eigenschaft ist von besonderem Interesse unter Berücksichtigung der Tatsache, daß viele natürliche oder im Handel erhältliche Proteinprodukte bei einem pH-Wert von ungefähr 4 eine sehr schlechte Schlagfähigkeit oder Emulgierbarkeit besitzen (Eldridge, A.C. et al., "Stable Foams from Unhydrolyzed Soy Bean Proteins", Food Technology 17 (12) 120 - 123 (1963)). Es hat sich ferner überraschenderweise gezeigt, daß der erfindungsgemäß hergestellte Eiklar-Austauschstoff sich sehr gut in

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"· 54^:'612

der Wärme verfestigt aufgrund einer Wärmekoagulation.

Der Ausdruck "Ultrafiltration", wie er in derBeschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, umfaßt nicht nur eine Ultrafiltration im engeren Sinne, sondern auch modifizierte Ultrafiltrationen, besonders die Diafiltration.

Ein dem erfindungsgemäßen Verfahren ähnliches Verfahren, bei dem jedoch keine enzymatische Hydrolyse angewandt wird, ist beschrieben in Lebensm.-Wiss. u. Technol., 11, 57 - 64 (1978), "Continuous Pilot Plant Production of Bean Protein by Extraction, Centrifugation, Ultrafiltration, and Spray-drying" von Hans Sejr Olsen. In dieser Veröffentlichung ist die Ultrafiltration von Sojabohnen-Proteinen sowie von Fababohnen-Proteinen im Hinblick auf die optimale Reinigung des Proteinmaterials beschrieben.

Das isolierte teilweise hydrolysierte Retentat bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besitzt einen hohen Nährwert und es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß es eine außerordentlich gute Schlagfähigkeit und Emulgierbarkeit besitzt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ultrafiltration bzw. werden die Ultrafiltrationen mit Hilfe einer Membran mit einem nominellen Trennwert (cut-off value) für ein Molekulargewicht zwischen ungefähr 1000 und ungefähr 30 000 durchgeführt. Die Definition des nominellen Trennwertes für das Molekulargewicht geht hervor aus "Amicon Technical Data", Publication Nr. 435V (Amicon Ltd., 57 Queens Road, High Wycombe, Buckinghamshire, UK), S. 3: "The cut-off level refers to the molecular weight (of a globular solute) at which the membrane exhibits 90 % rejection)",{"die Trennwerte beziehen sich auf das Molekulargewicht (eines kugeligen gelösten Stoffes), bei dem die Membran eine 90 %-ige Zurückhaltung besitzt^.

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54 612

Der oben angegebene kritische Trennwert für ein Molekulargewicht von 1 000 oder 30 000 ist notwendigerweise ein Näherungswert. In erster Linie wird eine Membran, die im wesentlichen alle verzweigten oder kugeligen Moleküle mit einem Molekulargewicht über 1 000 oder 30 000 zurückhält, nicht unbedingt auch geradkettige Moleküle mit einem Molekulargewicht über 1 000 oder 30 000 im gleichen Maße zurückhalten. In zweiter Linie kann eine Membran, die in der Anfangsphase der Ultrafiltration Moleküle mit einem Molekulargewicht oberhalb 1 000 oder 30 000 nicht zurückhält, später derartige Moleküle zurückhalten, aufgrund eines gewissen Verbackens (cake formation) auf der Oberfläche der Membran.

Es kann irgendein proteolytisches Enzym angewandt werden, das einen DH-Wert zwischen 1 und 8 ergibt. Trypsin ist jedoch nicht die beste Wahl, da es nur aktiv ist, wenn es in einem Überschuß in Beziehung auf den Trypsin-Soja-Inhibitor zugesetzt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Hydrolyse an der (überstehenden) Flüssigkeit vor dem Abtrennen der Feststoffe vorgenommen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird entfettetes Sojabohnenmaterial mit neutralem Leitungswasser, zu dem bis zu einem pH-Wert von ungefähr 8,0 eine Base zugesetzt wurde, extrahiert.

Es ist ferner erfindungsgemäß bevorzugt, daß das Gewichtsverhältnis des wässrigen Mediums, das für die Extraktion angewandt wird_fund dem entfetteten Sojamaterial, d.h. das Extraktionsverhältnis so gewählt wird, daß

c • Gewicht des wässrigen Mediums, / ₂n ⁵ ^ Gewicht des Sojabohnenmaterials ^s

ι ι w / ν υ

54 612

Wenn das oben angegebene ExtraktionsverhSltnis einen Wert von mehr als 20 besitzt, können die Konzentrationen an Salzen in dem Auszug und die Ionenstärke so niedrig werden, daß die Sojaproteine, die Globulinproteine sind, nicht vollständig löslich gemacht werden können, wodurch die Extraktion zu gering wird. Wenn das oben angegebene Extraktionsverhältnis einen Wert von weniger als 5 aufweist, kann der Auszug schwierig gehandhabt werden und die Ausbeute an Auszug ist gering, wenn eine Zentrifuge zur Trennung angewandt wird. Darüberhinaus geht ein zu kleiner Anteil an nieder molekularen Verbindungen in das Permeat. Wenn das Extraktionsverhältnis jedoch innerhalb der oben angegebenen Grenzen gehalten wird, ist es möglich, ein Produkt zu erhalten, bei dem das Verhältnis Protein/Gesamtfeststoffen > 85 : 100 ist, wobei das Protein als Nx 6,25 berechnet wird.

Es ist erfindungsgemäß auch bevorzugt, daß die Feststoffe von der überstehenden Flüssigkeit mit Hilfe einer Dekantiervorrichtung und anschließend einer Feststoffe auswerfenden Zentrifuge abgetrennt werden. Das ist ein billiger und wirksamer Weg, die Trennung durchzuführen.

Ferner ist es erfindungsgemäß bevorzugt, daß die Flüssigkeit einer Ultrafiltration und anschließenden Diafiltration so unterworfen wird, daß am Ende der Anteil an Feststoffen mehr

j als 90 % beträgt.

! Erfindungsgemäß ist es besonders günstig, die Ultrafiltration

oder die Ultrafiltrationen bei einer Temperatur im Bereich j von Raumtemperatur bis zu ungefähr 60°C, vorzugsweise bei ungefähr 50⁰C durchzuführen.

Die proteolytische Hydrolyse wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise durch Zusatz eines mikrobiologischen proteolytischen Enzyms für Nahrungszwecke durchgeführt. Als Beispiele für derartige Enzyme können KEUTRASE (erzeugt

von dem . Mikroorganismus B. subtilis) und ALKALASE von NOVO INDUSTRI A/S erwähnt werden. Es können jedoch auch Derivate solcher Enzyme, insbesondere destabilisierte proteolytische Enzyme, wie sie in der DK-Anmeldung 2674/80 beschrieben sind, für das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die proteolytische Hydrolyse durch Zugabe einer bakteriellen Protease, die gebildet worden ist von B. licheniformis, durchgeführt. Ein bevorzugtes Beispiel für ein solches proteolytisches Enzym ist das Handelsprodukt ALKALASE (subtilisin Carlsberg), der NOVO INDUSTRI A/S. Dieses Enzym ist im Stande, die Proteinkette mit so hohen Hydrolysegeschwindigkeiten zu spalten, daß der minimale DH-Wert im allgemeinen schnell erreicht wird. Es ist bevorzugt, daß die proteolytische Hydrolyse mit einer Bnzymaktivität von mindestens 5 Anson-Einheiten/kg Protein durchgeführt wird. Wenn eine geringere Aktivität angewandt wird, wird die Hydrolysezeit im allgemeinen unangemessen hoch und es tritt leicht Fäulnis auf. Die oben erwähnte Enzymaktivität, die in Anson-Einheiten angegeben ist, wird nach dem modifizierten Anson-Verfahren bestimmt, wie es beschrieben ist in den Novo Enzyme Information IB 058e-GB (die original Anson-Methode ist beschrieben in Journal of General Physiology, 22, 70 - 89 (1939)). Eine der Enzymzubereitungen, die in den folgenden Beispielen angewandt wird, ist ALKALASE 0,6 L,eine flüssige Zubereitung mit einer proteolytischen Aktivität von 0,6 Anson-Einheiten/g der Zubereitung.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird die proteolytische Hydrolyse durchgeführt durch Zugabe einer bakteriellen Protease, die gebildet worden ist, mit Hilfe von B. licheniformis und anschließend acyliert mit Hilfe eines AcylierungsmittelSs, wie in der DK-Anmeldung 2674/80 beschrieben. Auf diese Weise

* Einheit der

ο i ιυ/Jü

kann die Inaktivierung des proteolytischen Enzyms unter sehr milden Bedingungen durchgeführt werden, die das Protein gar nicht denaturieren, wie im Einzelnen in der DK-Anmeldung 2674/8Ο angegeben ist»

Es ist ferner bevorzugt, daß die Konzentration an Substrat (Protein) mindestens 2,5 Gew.-96 beträgt. Dadurch wird es möglich, das Enzym optimal auszunutzen.

Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die proteolytische Hydrolyse bis zu einem DH-Wert im Bereich von 3 bis 8 durchgeführt.

Die Inaktivierung wird vorzugsweise durchgeführt durch Einstellung des pH-Werts mit einer Säure, vorzugsweise Salzsäure, auf mindestens 2 pH-Einheiten unterhalb des Optimums des proteolytischen Enzyms, das zur partiellen Hydrolyse angewandt wird, wobei dieser pH-Wert mindestens 30 min. bei 50⁰C aufrecht erhalten wird. Nach einer solchen Behandlung ist die proteolytische Aktivität vollständig inaktiviert und der pH-Wert der so behandelten Flüssigkeit oder Fraktion der Flüssigkeit,, kann erneut ungefähr auf den Neutralwert eingestellt werden.

Ferner ist es bevorzugt, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das inaktivierte Hydrolysegemisch in eine überstehende Flüssigkeit, die den Hauptteil des So^aproteins enthält und eine feste Phase getrennt wird, vorzugsweise durch Zentrifugieren.

Besonders günstig ist es, wenn zwei Ultrafiltrationen durchgeführt werden und die proteolytische Hydrolyse an dem Retentat, das bei der ersten Ultrafiltration entsteht, durchgeführt wird. Vorteilhafterweise wird das teilweise hydrolysierte Retentat, das keine proteolytische Aktivität mehr be-

COQ ύ , J O

Ψ - Λ -

sitzt, in fester Form isoliert. Die Isolierung des partiell hydrolysierten Retentats kann mit Hilfe von Sprühtrocknen durchgeführt werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Schlag- oder Emulgiermittel, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.

In der Beschreibung und den Ansprüchen wird der Ausdruck "entfettetes Sojamaterial^B im allgemeinen so verwendet, daß er entfettetes Sojabohnenmehl, entfettete Sojabohnenflocken, weiße Flocken oder ähnliches umfaßt.

Da der bei der Extraktion angewandte pH-Wert, d.h. ein pH-Wert im Bereich von ungefähr 6,0 bis ungefähr 10,5 deutlich über 4,5 (dem isoelektrischen Punkt der Mehrzahl der Sojaproteine) liegt, gehen üblicherweise während der Extraktion nahezu alle Sojaproteine in Losung, wenn das Rohmaterial nicht wärmebehandelt worden ist oder kein denaturiertes Protein enthält.

Die besonders bevorzugte Membran für die Ultrafiltration(en) ist eine Membran vom Typ GR6-P, des De Danske Sukkerfabrikker A/S, wie in den Beispielen 2 bis 4 angegeben. Mit Hilfe dieser Membran können Ultrafiltrationen bei 50°C,der bevorzugten Ultrafiltrationstemperatur_f durchgeführt werden und diese Membran kann auch gründlich gereinigt werden, bevor sie wieder verwendet wird, ohne daß nachteilige Wirkungen auf die Membran auftreten. Darüberhinaus ist diese Membran stabil und besitzt einen geeigneten Trennwert für das Molekulargewicht nach einer kurzen Anfangs-"Verbackzeit" innerhalb der in Anspruch 2 angegebenen Grenzen. Schließlich können bei Anwendung dieser Membran ein Hydrolysat mit einer außerordentlich hohen Schaumstabilität und Meringen mit einer Dichte und Textur erhalten werden, die besonders ähnlich sind der Dichte und Textur von Meringen, die auf der Basis von natürlichem Eiklar

- 10 -

ο i |ö/i)O 4- 612

hergestellt worden sind.

Der Hydrolysegrad (DH) wird definiert durch die Gleichung

Anzahl der gespaltenen Peptidbindungen ^{DH =} Gesamtzahl der Peptidbindungen ^{x 10}° *

Es wird verwiesen auf J. Adler-Nissen, J. Agric. Food Chem. Bd. 24, Nr. 6, (1976) S. 1090 - 1093, wo eine genauere Diskussion der Definition des DH-Wertes angegeben ist.

Die Anzahl der gespaltenen Peptidbindungen kann gemessen werden mit Hilfe des TNBS-Verfahrens. Das TNBS-Verfahren ist beschrieben von J. Adler-Nissen, "Determination of the Degree of Hydrolysis of Food Protein Hydrolyzates by Trinitrobenzenesulfonic Acid", J. Agric. Food Chem., Bd. 27, S. 6, 1256-1262 (1979).

Der DH-Wert kann bestimmt werden, wenn der Verlauf der Hydrolyse mit Hilfe des pH-STAT-verfahrens verfolgt wird, wie es beschrieben ist von CF. Jacobsen, J. Leonis, K. Linderstr^m-Lang, M. Ottesen, "The pH STAT and its use in Biochemistry", .. D. Glick, (Edit.), "Methods of Biochemical Analysis", Bd. IV, S. 171 - 210, Interscience Publishers Inc., New York (1957). In diesem Zusammenhang wird auf Fig. 1 der Zeichnungen verwiesen, in der der DH-Wert gegen die Zeit aufgetragen ist, für ein erfindungsgemäßes Verfahren (natives Protein) und für ein durch Säure ausgefälltes (denaturiertes) Protein.

Aus dem oben Gesagten geht hervor, daß der DH-Wert eine wichtige Rolle bei dem erfindungsgemäßen Verfahren spielt, inz-dem die Hydrolyse durch den DH-Wert gesteuert wird: Nur wenn der DH-Wert einen kritischen Wert erreicht hat, sollte die Hydrolyse abgebrochen werden. Der DH-Wert ist sozusagen der Hauptparameter der Hydrolyse. Wenn der DH-Wert zu hoch ist, werden bittere Produkte gebildet; wenn der DH-Wert zu niedrig ist,

* natürlich auch

- 11 -

311e 7

■ 34 612

wird keine nennenswerte Verbesserung der Schlagfähigkeit und Emulgierbarkeit erreicht. In diesem Zusammenhang wird auf Fig. 2 verwiesen, in der die Schlagfähigkeit gegen den DH-Wert aufgetragen ist.

Die Emulgierbarkeit und die Ausdehnung beim Aufschlagen werden entsprechend dem oben erwähnten Artikel,in dem ACS Symposium 92, (S. 129 - 130, "Emulsifying Capacity" and "Whipping Expansion") gemessen, mit der Ausnahme, daß der pH-Wert der Proteindispersion auf 4,0 bzw. 7,0 eingestellt wird.

Die Schaumstabilität soll auf die folgende Weise gemessen werden: B Gramm Schaum werden in einen Kunststoffzylinder mit einem Durchmesser von 7 cm und einer Höhe von 9 cm gegeben, der am Boden mit einem Drahtnetz mit einer Maschenweite von 1 χ 1 mm versehen ist. Dieser Zylinder wird auf einen Trichter mit einer Auslaßöffnung mit einem Durchmesser von 1 cm gegeben und der Trichter auf einen Meßzylinder (100 ml) aufgesetzt. Die gesamte Anordnung wird 30 min. bei Raumtemperatur stehen gelassen, woraufhin das Gewicht der abgelaufenen Flüssigkeit in dem Meßzylinder bestimmt wird (A Gramm). Die Schaumstabilität F.S. (%) ist definiert durch die Formel

F. S. = χ 100 %

Die Backeigenschaften eines Teigs zur Herstellung von Meringen werden folgendermaßen bestimmt1 Zu 100 ml, enthaltend 12 Gew.-# (N χ 6,25) des erfindungsgemäß hergestellten Schlagoder Emulgiermittela mit einem pH-Wert von 7,0 werden zu 100 g Saccharose gegaibeiu Die Saccharose wird durch leichtes Rühren bei Raumtemperatur vollständig gelöst. Die Lösung wird dann mit der Geschwindigkeit III (259 UpM) 10 min. in einem Hobart-

ö / y 8

612

Mischer (Modell N-50) mit einem Dräitquirl geschlagen. Unmittelbar anschließend werden 10 ml Proben des Schaums auf 10 verschiedene Stellen eines Aluminiumblechs mit einer Spritze aufgetragen. Es wird 1 h bei 130⁰C gebacken. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden das Gewicht und das Gesamtvolumen der Merengen bestimmt und die Dichte berechnet.

Die Überlegenheit bezüglich der Schlagfähigkeit und Schaumstabilität des erfindungsgemäß hergestellten Eiklar-Austauschstoffes im Vergleich mit der Schlagfähigkeit und Schaumstabilität eines entsprechenden bekannten Eiklar-Austauschstoffes, der aus säuregefälltem Sojaisolat hergestellt worden ist, gehen aus den folgenden Beispielen hervor, die das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern. Auch die Überlegenheit der Backeigenschaft von Backgemischen bzw. Teigen, die den erfindungsgemäß hergestellten Eiklar-Austauschstoff enthalten^ mit den Backeigenschaften von Backgemischen, die bekannte Eiklar-Austauschstoffe enthalten, gehen aus den folgenden Beispielen hervor. Der erfindungsgemäße Eiklar-Austauschstoff besitzt auch ausgezeichnete Emulgiereigenschaften.

Beispiel 1

Sojaproteinisolat wurde aus entfettetem weißem Sojamehl (Aarhus Oliefabrik A/S) hergestellt nach dem Ultrafiltrationsverfahren, das beschrieben ist von Hans Sejr Olsen in Lebensm.-Wiss. u. Technol. 1M_, 57-64 (1978). Es wurde eine Reihe von enzymatischen Hydrolysaten hergestellt, genau wie in dem erwähnten Artikel in ACS Symposium Series 92 (S. 127). Diese Reihe bestand aus Hydrolysaten mit einem DH-Wert von

0 % (nicht mit Enzym behandelt, nicht erfindungsgemäß), DH

1 56, DH 2 56, DH 3 %, DH 4 % und DH 6 56 (die Hydrolysate mit 1 56 ^C DH ^T 6 % sind erfindungsgemäß mit Enzymen behandelt).

* angegeben

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1" 1 P 7 ^c; P - Ϊ2Γ - ** *··*···' *-* -54 612

Die Ausdehnung beim Schlagen gegen den DH-Wert ist in Fig. 2 der Zeichnungen sowohl für säuregefälltes Protein (Werte aus der erwähnten ACS-Veröffentlichung) als auch für ultrafiltriertes Protein gezeigt.

Die Ausdehnung beim Schlagen in Abhängigkeit von dem pH-Wert für ein Hydrolysat mit einem DH-Wert von 6 %, das durch Ultrafiltration von Sojaproteinisolat erhalten worden war, wurde untersucht. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 der Zeichnungen angegeben, aus der die besonders gute Ausdehnung beim Schlagen bei pH 4 hervorgeht.

Beispiele 2 bis 4

Aus Gründen der Kürze und besseren Vergleichbarkeit werden die folgenden drei Beispiele im halbtechnischen Maßstab hauptsächlich als Fließschemata und Tabellen angegeben, bei denen drei Herstellungsverfahren nach der Erfindung angegeben sind und die Ergebnisse in Werten für die Schlagfähigkeit.

In diesen drei Beispielen wurden die gleichen Vorrichtungen angewandt, nämlich;

Zentrifuge: Feststoff auswerfende Zentrifuge (Westfalia SB 07). ültrafiltrationsvorrichtungι DDS-Modul , 35, Membranfläche

2,5 m². Membran GR6-P der De Danske Sukkerfabrikker A/S.

Ausgangsmaterial: Entfettetes weißes Sojamehl (Aarhus

Oliefabrik A/S).

Enzym: ALKALASE 0,6 L der NOVO Industri A/S.

In den Beispielen 2 bis 4 wurde die Hydrolyse mit einer proteolytischen Aktivität von 12 Anson-Einheiten/kg Protein durchgeführt. In den Beispielen 2 und 4 wurden 11,5 kg entfettetes

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- 1V

8 / y

612

weißes Sojamehl bei einem pH-Wert von 8 mit Hilfe von 108,5 1 Wasser extrahiert.

In den folgenden Beispielen wurden nur 150 ml Proteinlösung für die Bestimmung der Ausdehnung beim Schlagen angewandt, aufgrund der unglaublich hohen Ausdehnung der Proteinhydrolysate beim Schlagen.

Zum Vergleich mit bekannten Verfahren sind auch Ergebnisse angegeben, die mit Proteinen ohne Durchführung der Hydrolysestufe und mit sauergefällten Proteinen, die bis zn einem DH-Wert von 3 % hydrolysiert wurden, in den Tabellen der folgenden Beispiele angegeben. Daraus gehen die überlegenen Eigenschaften des erfindungsgemäß hergestellten Proteinhydrolysate hervor.

Beispiel 2

Die Herstellung im halbtechnischen Maßstab wurde entsprechend dem Fließschema 1 durchgeführt. Die Schlageigenschaften in Tabelle 1 zeigen die Wirkung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens .

- 15 -

/f.

"54 612

TABELLE 1

Protein	Ausdehnung beim Schlagen	bei pH = 7,0	Schaumstabilität <*)	bei pH =7,0
Beispiel 2	bei pH =4,0	833	bei pH = 4,0	20,3
Ohne Hydro lyse (ultra filtriertes Sojaprotein· isolat)	1900	433	100	0
Sauer ausge fällt, hy drolysiert auf DH = 3 %	833	833	48,4	0
900	47,8

Es zeigte sich, daß das nach Beispiel 2 hergestellte Produkt, wenn es als Eiklar-Austauschstoff in einem Teig zur Herstellung von Meringen bzw. Baisers verwendet wurde, Backeigenschaften ähnlich wie natürliches Eiklar besaß. Die Dichte-Messungen von leichten Meringen, die mit jedem der drei in Tabelle 1 angegebenen Proteine erhalten worden waren_fund Merengen, die aus frischem Eiklar hergestellt worden waren, sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben.

- 16 -

- yt-

₆₁₂

TABELLE 2

Protein	Dichte der Heringe (g/cm3)	+ Standardabweichung
Beispiel 2	0,11	+ 0,01
Ohne Hydrolyse (ultrafiltrier- bes Sogaprotein- isolat)	0,15	+ 0,01
Sauer ausgefällt, iydrolysiert auf DH = 3 %	0,30	+ 0,02
Biklar	0,12	± 0,01

Darüberhinaus war der Geschmack der erfindungsgemäß hergestellten Meringen sehr rein und es konnte keine Bitterkeit oder kein bohnenartiger Geschmack festgestellt werden.

- 17 -

-yf-

A. 612

Fließschema 1; entfettetes weiBes Sojamehl (52,4 % (Nx6,25))

Wasser 108,5 kg NaOH

Alkalase 0,6 L κ

NaOH

Konz. HCl NaOH

Wasser

20 1

11,5 kg

Vermischen, erwärmen auf 50 C und Einstellung des pH-Wertes auf 8,0

Enzymatische Hydrolyse bei pH 8 und 50°C;

DH = 6 96; Hydrolyse zeit 75 min.

Inaktivierung bei pH = 4,0 bei 50⁰C und Einstellung des pH-Wertes auf 7,0

Zentrifugieren bei bei pH = 7	50⁰C	Γ	Ι	15	1
Zentrifugat >	85	L 50°C,
	20	1
Ultrafiltration bed 3,0 kp/cm	Diafiltration bei 50°C, 3,0 kp/cm²
Retentat I	Retentat II

Gefriertrocknen

Feststoffe

Permeat I 65 1

Permeat II> 20 1

In diesem Fließschema sowie in den folgenden Fließschemata bedeuten die in Klammern angegebenen Werte Analysenergebnisse.

- 18 -

Jl I Q I OQ

Beispiel 3

Die Herstellung im halbtechnischen Maßstab wurde entsprechend dem Fließschema 2 durchgeführt. Die Schlageigenschaften sind in Tabelle 3 und die Backeigenschaften in Tabelle 4 angegeben.

TABELLE 3

Protein	Ausdehnung· beim Schla- ^gen (%)	beipH = 7_;0	Schaumstabilität (%)	bei PH = 7,0
Beispiel 3	bei pH = 4,0	1317	beipH = 4_;0	50
Ohne Hydrolyse (ultrafiltriertes Sojaproteinisolat)	1817	433	92_;8	0
Sauer ausgefällt, hydrolysiert auf DH = 3 96	833	833	48_r4	0
900 "	47_;8

" *" 54 612

TABELLE 4

Protein	Dichte der Meringe (g/cm³)	- Standardabweichung
Beispiel 3 '	0,096	i 0,004
Ohne Hydrolyse (ultrafiltriertes Sojaproteinisolat)	0,15	- 0,01
Sauer ausgefällt, hydrolysiert auf DH = 3 % '	0,30	- 0,02
.Eiklar	0,12	± 0,01

- 20 -

uv.

6"ί

Fließschema 2: entfettetes weißes Sojamehl (52,4 % (Nx6,25))

11,5 kg

UO

Wasser 108,5 kg

Extraktion bei pH « 6,5 (10 - 20°C) 30 min.

Zentrifugieren I

Feststoffe I

Alkalase 0,6 L

Konz. HCl

Enzymatische Hydrolyse bei pH = 8 und 50°C

DH = 6 %)Hydrolysezeit 90 min.

Inaktivierung bei pH = 4,0 bei 50 C und Einstellung des pH-Wertes auf 7,0

Zentrifugieren II	5,9 kg
Zentrifugat II N

Ultrafiltration I bei 3f0 ίφ/crn
Retentat I >

Feststoffe II

Permeat I ν 105 1

Gefriertrocknen

·_ 21 _

.54 612

Beispiel 4

Die Herstellung im halbtechnischen Maßstab wurde entsprechend dem Fließschema 3 durchgeführt. Die Schlageigenschaften sind in Tabelle 5 und die Backeigenschaften in Tabelle 6 angegeben.

TABELLE 5

Protein	Ausdehnung beim Schla gen	bei pH =■ 7,0	Schaumstabilität	belpH = 7,0
Beispiel 4	bdpH = 4,0	2484	I beipH = 4_;0	69₇2
Ohne Hydrolyse (ultrafiltriertes Sojaproteinisolat)	2066	433	100	0
Sauer ausgefällt, hydrolysiert auf DH = 3 %	833	833	48, 4	0
900	47,8

ό I I ö

TABELLE 6

Protein	Dichte der Meringe (g/cin )	t Standard- at)weichung
Beispiel 4	0_Λ17 .	* 0^02
Ohne Hydrolyse (ultrafiltriertes Sojaproteinisolat)	0,15	- 0,01
Sauer ausgefällt, hydrolysiert auf DH = 3%	0j30	- 0,02
Eiklar	0,12	* 0,01

QIIpTQQ

¹I '.^:i 5^:4^:"612^:"! '

Fließschema 3: entfettetes weißes Sojamehl Wasser

108,5 1
NaOH

Extraktion bei pH » 8,0 (10 - 20°C) 30 min.

Zentrifugieren I ungefähr 15°C

Feststoffe I_x

Zentrifugat I

Ultrafiltration I bei 50⁰C und 3,0 Kp/cnT Permeat I

57

Retentat I

20 1

Wasser

Dia

filtration

II

bei 50⁰C und 3,0 fcp/W Permeat TI

28,5

Retentat II

11,5

Alkalase Q.6l^Enzymatische Hydrolyse bei pH =

-und 50⁰C DH = 6 % 105 min.

* Protein-Konzentration 8 %

Konz. HCl
NaOH

Inaktivieren bei pH = 4,0 und 50°C und Einstellung des pH-Wertes auf7,0

Zentrifugieren II Feststoffe II

Zentrifugat II 24,0 1

Ultrafiltrati bei 50⁰C und 3,0

on III, Permeat III 22

Retentat III 6,5 1

Gefriertrocknen - 24

! I U / O U

"54 6Ί2

Beispiele 5 bis 8

Die folgenden vier Beispiele (5 "bis 8) zur Herstellung im halbtechnisehen Maßstab wurden entsprechend dem folgenden Fließschema 4 durchgeführt.

Fließschema 4

Sojamehl oder weiße Sojaflocken

Wasser NaOH

Wasser

Enzyme

Konz. HCl NaOH

Extraktion bei pH = 8,0 (10 - 20⁰C 30 min.

Zentrifugieren I

Zentrifugat I

Ultrafiltration I bei 50°C und 1-3 kp/cm²

Retentat I

Enzymatische Hydrolyse im TAT

pH-STAT
DH = 5 (N χ 6,25)

bei 5 %

Inaktivierung bei pH =4,0 und 50⁰C.

Einstellung des pH-Wertes auf 7,0

Sprühtro cknen

Zentrifugieren	II	f
Zentrifugat II >	/
Ultrafiltration II bei 50°C and 1-3 kp/cm²
Retentat II >

Feststoffe I

Permeat I Feststoffe II

Permeat II

- 25 -

Aus Gründen der Kürze und Einfachheit werden die Beispiele hauptsächlich durch Tabellen beschrieben, die vier Herstellungsverfahren angeben, die entsprechend dem Fließschema 4 durchgeführt wurden mit den folgenden Variationen entsprechend den folgenden Verfahrenscharakteristika:

a. Hersteller von Sojamehl oder weißen Flocken

b. Zentrifugen.

c. Art der Ultrafiltrations-Moduls.

d. Art der Membranen in Beziehung auf die Trennwerte.

e. Art des Enzyms.

In den Beispielen 5 bis 8 wurden die Hydrolysen jeweils mit einer proteolytischen Aktivität von 18 Anson-Einheiten/kg Protein durchgeführt. In den Beispielen 5 bis 8 wurden 50 kg entfettetes Sojamehl bei einem pH-Wert von 8 mit Hilfe von 500 1 Wasser extrahiert.

Eine Feststoff ausstoßende Zentrifuge Westfalia SB07, (kurz: Westfalia) und der Alfa Laval-Dekanter Typ NX-314 (kurz: Alfa Laval) wurden entsprechend dem Fließschema auf die folgende Weise angewandt:

Zentrifugation I: Entweder Westfalia oder Alfa Laval

und anschließend Westfalia. Zentrifugation II: Westfalia.

Das Sprühtrocknen wurde in einer Niro Atomizer Typ S-12 Anlage durchgeführt unter Anwendung eines Zerstäubernades und bei einer Lufteintrittstemperatur von maximal 180°C und einer Austrittstemperatur von maximal 90 C.

Beispiel 5

Die Charakteristika des Verfahrens sind in der folgenden Ta-

ι ο / y ö

belle 7 angegeben.

TABELLE 7

Soόa-Rohmaterial.	Entfettetes weißes- Sojamehl (Aarhus Oliefabrik)
ültrafiltrations -Medial	ROMICON-Hohl fasern (Alfa-Laval) Membran fläche 4 _} 8 m²
Membran	Typ, PM30 Trennwert - 30 000
Enzym _t	Alcalase 0, 6 L

In Tabelle 8 sind die Massen und Volumina von Phasen angegeben, die bei unterschiedlichen Operationen erhalten wurden. 50 kg Sojamehl wurden mit Hilfe von 500 1 HpO bei einem pH-Wert von 8,0 extrahiert.

- 27 -

■ cn * * " *

"54 6'12

TABELLE 8

Phasen	Masse (kg) und Volumen (1)
Zentrifugat I Feststoffe I	330 1 251 kg
Retentat I Permeat I	41 1 299 1
Zentrifugat II Feststoffe II	130 1 29 kg
Retentat. II Permeat II	27 1 103 1

Die Schlag- und Backeigenschaften sind in Tabelle 9 angegeben. Sie können mit den Schlag- und Backeigenschaften verglichen werden, die in den Beispielen 2, 3 und 4 erhalten wurden.

O [ I O / OO

'-ti*

54 612

TABELLE 9

Ausdehnung "beim Schlagen Schaumstabilität	bei pH = 4,0	1567 %	0,08 g/cm* +0,01
Dichte der Meringe	bei pH = 7,0	1233 %
bei pH = 4,0	100 % ■
bei pH = 7,0	1 %

Beispiel 6

TABELLE 10

Soja-Rohmaterial	Weiße Flocken 90 von Cargill
Zentrifugation	Dekanter NX 314 während der Extraktion
Ultrafiltration	ROMICON-Hohlfasern (Alfa-Laval) Membranfläche 4,8 m?-
Membran	Typ PM30 Trennwert: . 30 000
Enzym	Alcalase 0,6 1

60 kg weiße Sojaflocken wurden mit Hilfe von 600 1 Wasser bei pH = 8,0 extrahiert.

""54 612*

TABELLE

11

Phasen	Masse (kg) oder Volumen (1)
Zentrifugat I (Dekanter) Feststoffe I (Dekanter)	560 1 103 kg
Zentrifugat I (Zentrifuge) Feststoffel (Zentrifuge)	450 kg 118 kg
Retentat I Permeat I	50 1 440 1
Zentrifugat II Feststoffe II	140 1 131 kg
Retentat II Permeat II	20 1 95 1

TABELLE 12

Ausdehnung	beim Schlagen	Meringe	bei	pH = 4,0	2167 %
		bei	pH = 7,0	1400 %
Schaumstabilität	bei	pH = 4,0	97 %
	bei	pH = 7,0	49 %
Dichte der	O	,09 + 0,01	g/cm⁵

- 30 -

ι ι a y y a

54 612 "■

Beispiel 7 TABELLE

Soja-Rohmaterial	Weiße Sojaflocken (533 WF09) (Aarhus Oliefabrik)
Ultrafiltration	DDS-Modul 35 ₂ Membranfläche 2,5 m
Membran	Typ GR81P Trennwert: 10 000
Enzym	Alcalase 0,6 1

50 kg weiße Sojaflocken wurden mit 500 1 Wasser bei pH 8,0 extrahiert.

TABELLE

Phasen	Masse (kg) oder Volumen (1)
Zentrifugat I Feststoffe I	280 1 244 kg
Retentat I Permeat I	43 1 237 1
Zentrifugat II Feststoffe II	103 1 24 kg
Retentat II Permeat II	10 1 93 1

- 31 -

^{: :} -J5A 612^: .:

TABELLE 15

Ausdehnung beim Schlagen	bei pH = 4,0	2067 %	0,16 + 0,01
Schaumstabilität	bei pH = 7,0	1900 %
Dichte der Meringe	bei pH = 4,0	54 %
bei pH = 7,0	11 %

Beispiel 8

TABELLE 16

Soja-Rohmaterial	Weiße Sojaflocken (533 WF09) (Aarhus Oliefabrik)
Ultrafiltration	DDS-Modul 35 _P Membranfläche 2,5 m
Membran	Typ GR-81P Trennwert: 10 000
Enzym	Neutrase 0,5 1

- 32 -

TABELLE 17

Phasen	Masse (kg) oder Volumen (l)
Zentrifugat I Feststoffe I	295 1 252 kg
Retentat I Permeat I	55 1 240 1
Zentrifugat II Feststoffe II	120 1 31 kg
Retentat II Permeat II	30 1 90 1

TABELLE 18

Ausdehnung	beim Schlagen	Meringe	bei	pH = 4,0	1067 %	0,14 + 0,03 g/cm³
		bei	pH = 7,0	733 %
Schaumstabilität	bei	pH = 4,0	82 96
	bei	pH = 7,0	0 %
Dichte der

Claims

* *· It MO T* * * * * * BW-ING, FRANZ'VUtflITHOFF PATENTANWÄLTE " * *■·!»·· *· * WUESTHOFF.v.PECHMANN-BEHRENS-GÖEtZ' '"SS^StSiZA^ DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BBHRENS MANDATAIXES AGRE£s PRES L'OFFICE EUROPEEN DES BREVETS DIPU-ING.; DIPL1-VIRTSCh1-ING1XUPEXT GOBTZ 1A-54 612 D-8000 MÜNCHEN 90 NOVO INDUSTRI hweigerstrasse 2 te ie fon : (089) 66 2o ji telegramm: protectpatent telex: 524070 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Eiklar-Austauschstoffes auf der Grundlage von Sojaprotein,

dadurch gekennzeichnet, daß man ein entfettetes Sojabohnenmaterial mit einem wässrigen Medium bei einem pH-Wert im Bereich von ungefähr 6,0 bis ungefähr 10,5 extrahiert, den Feststoff von der Flüssigkeit abtrennt und die Flüssigkeit ein- oder mehrmals ultrafiltriert und die Flüssigkeit oder eine Fraktion davon proteolytisch bis zu einem DH-Wert im Bereich von 1 bis 8 hydrolysiert und anschließend die proteolytische Aktivität zerstört.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß man die Ultrafiltration oder Ultrafiltrationen mit Hilfe einer Membran mit einem nominalen Trennwert für das Molekulargewicht zwischen ungefähr 1 000 und ungefähr 30 000 durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrolyse an der Flüssigkeit vor dem Abtrennen der Feststoffe durchführt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß man das entfettete Sojabohnenmaterial mit neutralem

— 2 —

O ·ί i O / ν¹

fc ·

- 2 - 5*f

zu dem eine Base bis zu einem pH-Wert von ungefähr 8,0 zugesetzt worden ist, extrahiert.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Gewichtsverhältnis von dem für die Extraktion angewandten wässrigen Medium zu dem entfetteten Sojabohnenmaterial, d.h. das Extraktionsverhältnis so gewählt wird, daß

5 s Gewicht des wässrigen Mediums ^ ** ^ Gewicht des Sojabohnenmateriais ^

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Feststoff von der Flüssigkeit mit Hilfe einer Dekantiervorrichtung und anschließend einer Feststoffe ausstoßenden Zentrifuge abgetrennt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit einer Ultrafiltration unterworfen wird und anschließend einer Diafiltration, so daß der Anteil an Trockensubstanzen in dem Proteinendprodukt 90 % beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet ,

daß die Ultrafiltration oder die Ultrafiltrationen bei einer Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis zu ungefähr 60°C, vorzugsweise bei ungefähr 50⁰C, durchgeführt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die proteolytische Hydrolyse durch Zusatz eines mikro-

9 «a

- 3 - 54

biologischen proteolytisehen Enzyms für Nahrungsmittel durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9»
dadurch gekennzeichnet , daß die proteolytische Hydrolyse durchgeführt wird durch Zusatz einer bakteriellen Protease, die erzeugt worden ist von - B. licheniformis.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9»
dadurch gekennzeichnet , daß die proteolytische Hydrolyse durchgeführt wird durch Zusatz einer bakteriellen Protease, die erzeugt worden ist von B. licheniformis und anschließende Acylierung mit Hilfe eines Acylierungsmittels.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die proteolytische Hydrolyse mit einer Enzymaktivität von mindestens 5 Anson-Einheiten/kg Protein durchgeführt wird.

13· Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Konzentration des Konzentrats (Proteins) mindestens 2,5 Gev.-% beträgt.

14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die proteolytische Hydrolyse bis zu einem DH-Wert im Bereich von 3 bis 8 durchgeführt wird.

15· Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Inaktivierung durchgeführt wird durch Einstellung des pH-Wertes mit einer Säure auf mindestens 2 Einheiten

J i 10/30

- 4 - 54"

unter dem Optimum für das proteolytische Enzym, das zur Durchführung der partiellen Hydrolyse angewandt wird, vorzugsweise mit Hilfe von Salzsäure_; und dieser pH-Wert mindestens 30 min. bei 50⁰C aufrechterhalten wird.

16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das inaktivierte Hydrolysegemisch in eine Flüssigkeit, die den Hauptteil des Sojaproteins enthält, und eine feste Phase getrennt wird, vorzugsweise mit Hilfe einer Zentrifuge.

17. Verfahren nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß zwei ültrafiltrationen durchgeführt werden und die proteolytische Hydrolyse an dem Retentat der ersten Ultrafiltration durchgeführt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das partiell hydrolysierte Retentat, das keine proteolytische Aktivität mehr besitzt, in fester Form isoliert wird.

19· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung des teilweise hydrolysierten Retentats durch Sprühtrocknen durchgeführt wird.

20. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 19 zur Herstellung eines schlagfähigen und/oder Emulgiermittels.