DE3447576C2 - Faserige Serum-Milch-Protein-Komplexe - Google Patents
Faserige Serum-Milch-Protein-KomplexeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eßbare faserige
Proteinzusammensetzungen, die geeignet sind zur Verwen
dung als nachgebildete Fleischprodukte und Verfahren
zur Herstellung dieser Zusammensetzungen. Diese Anmel
dung steht in Bezug zu der gleichzeitig eingereichten
Anmeldung mit dem Titel "Faserige Proteinkomplexe", die
hiermit durch Referenz aufgenommen wird.
Wesentliche technologische Bemühungen wurden auf die
Herstellung und Verwendung eßbarer synthetischer Pro
teinfasern gerichtet, insbesondere einschließlich syn
thetischer Proteinfasern pflanzlichen Ursprungs wie
Sojaproteinfasern. In dieser Hinsicht schlossen Bemü
hungen, synthetische Fleischtexturen zu schaffen,
üblicherweise präparative Verfahren einschließlich
Extrusion oder das Spinnen von pflanzlichen Protein
lösungen und verschiedenen Protein-Polysaccharid-Kom
binationen ein, um fleischähnliche Fasern zu bilden,
wie es beschrieben ist in US-PS 2,682,466, 3,093,483,
3,627,536 und 4,118,520.
Wesentliche Bemühungen wurden ebenso darauf gerichtet,
Komplexe von Proteinen mit anderen polymerischen Kom
ponenten einschließlich verschiedener Polysaccharide zu
studieren. Zum Beispiel wurden Alginate komplexiert mit
Proteinen einschließlich Casein, Edestin, Hefeprotein,
Gelatine und Sojaprotein. Gelatine, Rinderserumalbumin,
Lysozym und Sojaproteine wurden komplexiert mit Natrium
dextransulfat, Sonnenblumenkeimalbumin wurde komplexiert
mit Alginat oder Pectin und Molkeprotein wurde aus
Molke durch die Verwendung verschiedener Hydrokolloide
gewonnen. Sojabohnen-Molke-Gummifasern sind auch bekannt
und es ist auch bekannt, daß bestimmte Proteine Fasern
bilden werden in Anwesenheit spezifischer Polysaccharide,
wie es in US-PS 3,792,175 offenbart ist. Jedoch sind
solche üblichen Verfahren und Fasersysteme begrenzt in
der Protein- oder Gummiverwendung und Verfahren zur
Schaffung neuer Proteinkomplexe, die in der Herstellung
von qualitativen nachgebildeten Fleischprodukten ver
wendet werden können, wären wünschenswert.
Wie es in "Filaments From Proteins", M.P. Tombs, Plant
Proteins, G. Norton, Butterworth, Boston (1978),
S. 283-288, dargestellt ist, wäre das ideale fadenbil
dende Verfahren wahrscheinlich eines, wo eine Lösung
des Proteins nach geringerer Behandlung sich spontan
abtrennt um Fäden zu bilden, vorzugsweise in geordneten
Reihen. Jedoch gab es Schwierigkeiten beim Schaffen
solcher Verfahren, bei denen bestimmte Proteine, die
für die Fadenherstellung erhältlich sind, Selbstaufbau
ungen verwenden, um Fäden zu bilden.
Milchserumprotein ist eine ernährungsmäßig wünschens
werte Proteinquelle, die während der Käseproduktion in
der Käsemolke typischerweise verloren werden kann. Es
besteht ein Bedarf für Verfahren, die Milchserumprotein
in der Produktion von funktionell und ernährungsmäßig
wünschenswerten Proteinfasern, die nützlich sind in
nachgebildeten Fleischprodukten, verwenden können.
Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
solche Verfahren für die Herstellung neuer Milchserum
proteinkomplexfasern zu schaffen, die einen wünschens
werten Geschmack und wünschenswerte Textureigenschaften
haben. Es ist eine weitere Aufgabe, neue faserige
Fleisch nachbildende Zusammensetzungen zu schaffen.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch die folgende
Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen offenbart werden, in
denen
Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines
Xanthangummi/Molkeproteinfaser-Herstellungsverfahrens
ist;
Fig. 2 eine Kurve der elektrophoretischen Mobilität gegen den
pH ist, von einer Ausführungsform eines faserigen
Xanthan-Molke-Proteinkomplexes zusammen mit ent
sprechenden Mobilitätskurven für die Faserkomponenten;
Fig. 3 ein Histogramm der elektrophoretischen Mobilität gegen
den pH und eine Kurve des spezifischen Leitvermögens
gegen den pH eines Xanthangummi-Sojaproteinisolat-
Molkeproteinkonzentrat-Ternärkomplexes ist; und
Fig. 4 eine Elektrophoresegel-Auswertung eines Ternärkomplexes
von Xanthankautschuk, Sojaisolat und Molkeproteinkon
zentrat ist, zusah mit Gelauswertungen der Sojaproteinisolat-
und der Molkeproteinkonzentratkomponenten.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur
Herstellung eßbarer Molkeprotein-Xanthangummi-Komplexfasern,
insbesondere spezifischen Molkeprotein-Xanthangummi-Faserzusammen
setzungen mit fleischähnlichem Körper und Textur. Verschiedene
Aspekte der Erfindung sind weiterhin gerichtet auf Verfahren zur
Stabilisierung der Integrität dieser Fasern, insbesondere in
Anwesenheit zugegebener Geschmacksmittel, die die
Integrität der Fasern entgegengesetzt beeinflussen. Zusätzliche
Aspekte der Offenbarung sind gerichtet auf Fleisch nachbildende
Zusammensetzungen einschließlich solcher mit besonders wünschens
werten Eigenschaften wie dem Aussehen und/oder Festigkeitsgraden,
die spezielle Fleischprodukte nachbilden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß Patentanspruch
1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstände der Unter
ansprüche. Die Molkeproteinkomponente kann leicht erhalten werden
aus Käsemolke, Molkeproteinkonzentrat oder Molkeretentat. Die
faserbildende Lösung und die davon hergestellten Fasern können
andere geeignete solubilisierte eßbare Proteinkomponenten
einschließen wie Eiweiß und/oder Sojaprotein, wie es später noch
genauer diskutiert wird. Das Molkeprotein sollte mindestens 20
Gew.-% ausmachen und vorzugsweise mindestens 30 Gew.-%, bezogen
auf das Gesamtgewicht der solubilisierten Proteinkomponente. Unter
"solubilisiertem Protein" wird verstanden ein Protein, das
hydratisiert ist, entweder indem es in wahrer Lösung (eine Phase)
oder in einer stabilisierten Dispersion existiert, die zuerst als
eine Phase erscheinen kann, aber nach einem Zeitraum sich in zwei
Phasen trennen kann. Die eßbare(n) Protein-Polymer-Komponente (n)
hat (haben) wünschenswerterweise einen isoelektrischen.
Punkt (Punkte) von mindestens etwa 3 und vorzugsweise
im Bereich von etwa 3 bis etwa 6. In dieser Hinsicht
kann typisches Molkeprotein einen isoelektrischen Punkt
von etwa 4,3 haben und getrocknetes Eiweißprotein kann
einen isoelektrischen Punkt von etwa 4,7 haben. Es ist
zu bemerken, daß verschiedene Komponenten der solubili
sierten eßbaren Proteinkomponente verschiedene isoelek
trische Punkte haben können. Es ist jedoch wichtig, daß
der isoelektrische Punkt der verschiedenen Proteinkom
ponenten, wenn sie mit der Xanthangummikomponente
komplexiert werden, faserige Niederschläge bilden in
der Vorbereitung vielfältiger Proteinfasern bei einem
vorgewählten Reaktions pH, der bestimmt wird durch den
isoelektrischen Punkt des faserigen Komplexes.
Molkeprotein ist löslich über einen breiten pH-Bereich
(z. B. 2 bis 12). Jedoch können andere Proteinkomponen
ten eine Solubilisierung bei einem pH von mindestens
etwa einer pH-Einheit von ihren isoelektrischen Punkten
entfernt erfordern und vorzugsweise bei zwei pH-Einheiten
oder mehr von ihren isoelektrischen Punkten entfernt.
Unter "Xanthangummi" wird das Heteropolysaccharid
verstanden, das durch Fermentation des Mikroorganismus
des Genus Xanthomonas produziert wird. Eine Diskussion
der physikalischen und chemischen Eigenschaften ist zu
finden in Industrial Gums, R. L. Whistler, Ed., Academic
Press, N.Y. (1973), S. 473.
Xanthangummi in wäßrigen Lösungen mit einem geeigneten
Gegenion wie Natrium ist stark negativ geladen, weil
seine Seitenketten aus geladener Glucuronsäure, Mannose
und dem Pyruvatderivat zusammengesetzt sind, wie es in
der folgenden Figur gezeigt ist:
Es wird angenommen, daß in wäßriger Lösung die stark
geladenen, sich gegenseitig abstoßenden und relativ
sperrigen Seitenketten, die regelmäßig entlang des
relativ engen Rückgrates angeordnet sind, das Xanthan
mit einer relativ linearen Struktur versehen, von der
weiterhin angenommen wird, daß sie ein wesentlicher
Faktor bei der Bereitstellung von Faserkomplexen gemäß
der vorliegenden Erfindung ist. Bei der dreidimensio
nalen Struktur von Xanthangummi ragen die geladenen
Zuckeranteile der Seitenketten des Gummis aus dem Rück
grat des Gummis im Zentrum heraus und sind so nicht nur
zugänglich für Proteine für elektrostatische Wech
selwirkung, sondern halten auch die relative Linearität
der Moleküle aufrecht, was ein Faktor in der faserigen
Fällung mit den ausgewählten Proteinpolymeren sein
kann. Unter Xanthangummi-Addukt wird ein Komplex von
Xanthangummi mit einem anderen Hydrokolloid verstanden.
Xanthangummi bildet Addukte mit anderen Hydrokolloiden
wie Johannisbrotkernmehl, von denen angenommen wird,
daß in ihnen die ausgedehnte lineare Natur des Xanthan
gummis in Lösung erhalten wird. Wünschenswerterweise
sollten die Xanthangummiaddukte mindestens etwa 60%
Xanthangummi, bezogen auf das Gesamtgewicht des Xanthan
gummis und der Adduktkomponente enthalten.
Wie es später genauer diskutiert wird, kann die Pro
teinfaser erzeugende Lösung in jeder geeigneten Art
geschaffen werden wie durch Herstellen und anschließen
des Kombinieren eines separaten Molkeproteins und von
Xanthangummi-Polymerlösungen und durch anfängliches
Herstellen einer Lösung, die beide Komponenten enthält.
Weiterhin sollte gemäß der vorliegenden Erfindung die
Faser erzeugende Lösung eine solubilisierte Molkepro
teinkomponente und eine Xanthankomponente in einem
besonderen Bereich enthalten und in dieser Hinsicht
sollten die gesamten solubilisierten Protein- und Xan
thankomponenten in dem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 4
Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der wäßrigen
Faser erzeugenden Lösung liegen. Bei niedrigeren Werten
fällt die Xanthangummi/Molkeprotein-Lösungsmischung
aus, während bei höheren Werten die Mischung eine dicke
Aufschlämmung bildet, statt einem Produkt mit einer
fleischähnlichen faserigen Textur.
Die wäßrige faserbildende Lösung kann weiterhin andere
Komponenten einschließen, einschließlich anderer
gelöster oder suspendierter Molkeproteinkomponenten,
Geschmacksmittel, Konservierungsmittel und Hydrokol
loide. Jedoch sollte die Menge dieser Komponenten nicht
die Gesamtmenge der spezifischen Proteinkomponente und
der Xanthangummi-Komponente überschreiten und in jedem
Fall sollten solche zusätzlichen Materialien nicht in
Mengen eingesetzt werden, die die Faserbildung wesent
lich stören oder verhindern, wie es später genauer dis
kutiert wird.
Weiterhin wird gemäß dem Verfahren der pH der Faser
erzeugenden Lösung auf einen pH eingestellt, bei dem
die Komponenten einen Komplex bilden, der vorzugsweise
innerhalb von 2 pH-Einheiten eines optimalen isoelek
trischen pH′s für den gewünschten Komplex liegt, um
einen faserigen Molkeprotein-Polysaccharidkomplex unter
den Bedingungen der Mischung der faserformenden Lösung
zu bilden.
Auf diese Weise können Hybridproteinkomplexe gebildet
werden, die eine faserige fleischähnliche Textur haben.
Die Faserbildung kann über einen weiten pH-Bereich, der
sich dem isoelektrischen Punkt des Xanthangummi-Molke
proteinkomplexes annähert, stattfinden. In dieser Hin
sicht kann z. B. die Molkeprotein-Xanthanfaserkomplex
bildung nahe dem neutralen pH beginnen und zunehmen,
wenn der pH auf oder nah auf den isoelektrischen Punkt
des Komplexes eingestellt wird, der üblicherweise im
Bereich von etwa 3 bis etwa 6 liegt. Die Faserbildung
ist spontan und erfordert nicht die Verwendung einer
Spinnausrüstung. Wenn die Fasern einmal geformt sind,
können sie relativ stabil gehalten werden gegenüber
einem Bereich von Salz- und pH-Bedingungen durch Hitze
behandlung, wie es später genauer diskutiert wird.
Außerdem schwitzt das faserige Netzwerk aus (scheidet
Wasser aus), was wünschenswert ist in der Minimierung
der engergieintensiven Trocknungsschritte. Die Fasern
können unter einigen Bedingungen weniger dicht sein,
als die wäßrige Phase und deshalb zur Oberfläche hoch
steigen, um durch Abschöpfen der Oberfläche des Reak
tionsgefäßes oder Ablaufen der wäßrigen Phase von unten
wie in einem Standardkäsebottich eingebracht zu werden.
Die Trennung der faserigen Proteinkomplexe von der
wäßrigen Phase, die aufgelöste Stoffe mit niedrigem
Molekulargewicht enthalten kann, entfernt tatsächlich
Salze von dem Proteinkomplex, während zur selben Zeit
die Molkeproteinkomponente konzentriert wird.
Die Einstellung des pH′s, um Fasern aus der Xanthan
gummi-Molkeproteinmischung zu bilden, kann in einer
Vielzahl von Wegen ausgeführt werden. In dieser Hin
sicht kann die Molkeproteinfaser erzeugende Lösung
bereitgestellt werden bei einem pH, der wesentlich über
dem isoelektrischen Punkt der Proteinkomplexfasern
liegt und anschließend kann der pH bis zum isoelektri
schen Punkt abgesenkt werden. Diese pH-Reduktion kann
z. B. durch Entfernung eines kationischen Gegenions (z. B.
Na⁺) des solubilisierten Xanthangummis und/oder der
Proteinkomponente wie durch Elektrodialyse, oder durch
Zugabe einer eßbaren oder einer nahrungsmittelartigen
Säure wie Salzsäure, Phosphorsäure, Essigsäure, Zitronen
säure, Ascorbinsäure, Carbonsäure oder Mischungen davon
erreicht werden. Die Säure scheint sowohl das Carboxy
lat als auch die Aminogruppen des Molkeproteins zu
protonieren, um das Protein weniger negativ geladen zu
machen, so daß die Polymerketten des sehr negativ
geladenen Xanthangummis gebunden werden, um einen
Gummiproteinkomplex zu bilden, der ein faseriges Netz
werk hat. Die Einstellung des pH′s kann auch ausgeführt
werden durch andere geeignete Techniken wie durch Kom
binieren einer wäßrigen Lösung der Proteinkomponente
bei einem vorbestimmten pH, bei dem die Proteinkomponente
solubilisiert ist, mit einer wäßrigen Lösung der Xanthan
gummikomponente bei einem vorbestimmten pH, bei dem sie
solubilisiert ist, so daß bei der Kombination die
entstehende Lösung einen vorbestimmten pH hat am oder
nahe am isoelektrischen Punkt des gewünschten faserigen
Molkeprotein-Xanthangummi-Komplexes. In dieser Hinsicht
ist es zu verstehen, daß die Molkeproteinkomponente in
wäßriger Lösung bei einem weiten pH-Bereich bei niedri
gerem oder höherem pH, als ihr isoelektrischer Punkt(e)
geschaffen werden kann und der Xanthangummi, der im
wesentlichen nur anionische Carbonsäuregruppen hat,
auch in wäßriger Lösung über einen breiten pH-Bereich
geliefert werden kann. Es ist auch zu verstehen, daß
der pH eingestellt werden kann durch selektive Anionen
entfernung aus einer kombinierten solubilisierten
Protein- und Xanthankomponentenlösung mit niedrigem pH,
um den pH auf einen Wert in der Nähe des isoelektrischen
Punktes eines gewünschten faserigen Proteinkomponente-
Xanthangummikomplexes zu erhöhen oder eine eßbare Base
von Nahrungsmittelqualität wie Natriumhydroxyd zu der
so solubilisierten sauren Mischung gegeben werden
kann.
Die faserige Komplexreaktion wird vervollständigt oder
maximiert, wenn die Gummi-Protein-Mischung auf einen pH
eingestellt wird, an dem die elektrophoretische Mobili
tät einer gewünschten Gummi-Proteinmischung im wesent
lichen 0 ist. Die elektrophoretische Mobilität kann
gemessen werden unter Verwendung üblicher analytischer
Instrumente wie eines System 3000 elektrokinetischen
Analysators, hergestellt durch PenKem, Inc. Bedford
Hills, New York.
Weil das Salzgleichgewicht die elektrische Ladung des
Proteins und des Xanthangummis beeinflußt und weil die
elektrische Ladung dieser Polymere ihre Wechselwirkung
miteinander beeinflußt, ist die Manipulation der Mole
kular-elektrokinetischen Eigenschaften wichtig für die
Kontrolle der Textur des komplexen Wechselwirkungspro
duktes. Durch Einstellen des pH′s der Faser erzeugenden
Lösung, die zwei oder mehr Protein und Xanthanpolyelek
trolyten von entgegengesetzter Hauptpolarität enthält,
so daß der pH unterhalb des isoelektrischen Punktes von
mindestens einer der Polyelektrolyten ist, kann eine
Reaktion zwischen den verschiedenen Polyelektrolyten
ausgeführt werden, insbesondere wenn die Netzladung
(net-charge) des Elektrolyten mit dem hohen pI positiv
ist und die von dem anderen Polyelektrolyten negativ
ist. Obwohl es wünschenswert ist, daß entgegengesetzte
Netzladungen erreicht werden, ist es nicht erforderlich.
Eine wünschenswerte Reaktion wird stattfinden, wenn die
reagierenden Arten gleichgeladen sind, aber die Ladung
zu einem Ausmaß reduziert ist, daß elektrostatische
Abstoßungen überwunden werden, um die Reaktion statt
finden zu lassen.
Die isoelektrischen Punkte der Molkeproteinkomponente
(und anderer löslicher Proteinkomponenten, die in das
Fasersystem aufgenommen werden) und der Xanthangummi-
Komponente können weit verschiedene Werte haben, z. B.
kann der isoelektrische Punkt des Molkeproteins etwa pH
4,3 sein, während Xanthangummi, weil er im wesentlichen
nur anionische Carbonsäureionenarten haben kann, eine
effektive elektrische Ladung regelmäßig bei pH 1 hat.
Molkeproteinisolat-Xanthankomplexe werden zwischenlie
gende isoelektrische Punkte haben, abhängig von den
relativen Proportionen jeder Komponente in dem Komplex.
Optimale Punkte für Hybridkomplexbildung können bestimmt
werden durch Messen der isoelektrischen Punkte von
gewünschten Komplexen, die ausgeführt werden kann durch
Messen der isoelektrischen Punktwerte separat für die
Reaktanten und Einstellung des Mischungs pH′s auf einen
Wert, der zwischen den individuellen pI′s liegt, um
eine Probe des gewünschten Komplexes zu bilden. Der pI
des so gebildeten Komplexes kann gemessen werden, um
einen gewünschten pH für die Komplexbildung zu bestimmen
als Kontrollpunkt der Reaktion um die Produktausbeuten
zu maximieren und die gewünschte faserige Nahrungsmittel
textur zu erreichen. Es ist zu verstehen, wie es später
diskutiert wird, daß der isoelektrische Punkt eines
Molkeprotein-Xanthankomplexes variieren kann abhängig
von den jeweiligen Proportionen der Komponenten in dem
Komplex.
Die Form und Größe der Gummi-Proteinfasern kann kontrol
liert werden durch den Grad der Scherung oder Mischung,
die für die faserbildende Lösung während der pH-Einstel
lung angewendet wird. Zum Beispiel können lange, große
und nicht geordnete Fasern hergestellt werden unter Be
dingungen der relativ niedrigen Schermischung, während
kurze, feine und gleichförmige Fasern erhalten werden
können unter Bedingungen der relativ hohen Schermischung,
während der Einstellung des Lösungs-pH′s auf den ge
wünschten faserbildenden Wert. Die Rate der pH-Einstel
lung, wie durch Säurezugabe, um die Komplexe zu bilden,
kann in einem großen Ausmaß variieren. Zum Beispiel
wurden Fasern gebildet durch Zugabe der Säure zu dem
Reaktionsgefäß in einem Satz ebenso wie durch langsames
Zudosieren der Säure. Die Säurezugabe kann eingestellt
werden, um dem Reaktionsschema angepaßt zu sein.
Komplexierte Xanthangummi/Molkeproteinfasern gemäß der
vorliegenden Offenbarung sind stabil in sauren und
neutralen Medien, aber können aufgelöst werden in einer
alkalischen Lösung (d. h. pH 9,0 oder höher).
Die Textur des Gummi-Protein-Komplexes kann kontrol
liert werden durch Variieren des Verhältnisses des
Gummis gegenüber dem Molkeprotein. Wie angegeben, liegt
das gewünschte Gewichtsverhältnis von Xanthangummi zu
Protein im Bereich zwischen 1 : 2 und 1 : 10. Wenn das Ver
hältnis höher ist als 1 : 2, wird der Komplex zu gummi
artig (d. h. zu viel Gummieigenschaften), während der
Komplex, wenn das Verhältnis niedriger ist als etwa
1 : 10, keine faserige Textur haben wird.
Wie ebenso angedeutet, ist die Ionenstärke der faser
bildenden Lösung ein wichtiger Parameter im Hinblick
auf die Faserbildung und in dieser Hinsicht sollte sie
weniger als etwa 1 M sein und vorzugsweise sollte sie
im Bereich von etwa 0 M bis etwa 0,1 M liegen. Unter
"Ionenstärke" ist die Konzentration mobiler Ionen zu
verstehen und sie wird durch die folgende Gleichung
definiert:
wobei µ = Ionenstärke, Ci = molare Konzentration des
Ions i und Zi = Valenz des Ions i und n die Zahl der
verschiedenen kationischen und anionischen Arten ist.
In vielen Fällen ist es schwierig, die Ionenstärke zu
berechnen. Die Schwierigkeit wird gemildert durch das
spezifische Leitvermögen der Lösung. Das spezifische
Leitvermögen der Lösung ist der Kehrwert ihres elek
trischen Widerstandes zwischen entgegengesetzten Seiten
eines Würfels mit 1 cm Kantenlänge in jeder Richtung.
Die Einheit der spezifischen Leitfähigkeit ist mho ×
cm-1 oder ohm-1 × cm-1. Die spezifische Leitfähigkeit
der Reaktionsmischung sollte geringer sein als etwa
0,09 Ohm-1 × cm-1 und vorzugsweise sollte sie im Be
reich von etwa 0,0004 bis etwa 0,002 Ohm-1 pro cm
liegen. Wünschenswerterweise können die Bereiche für
die Leitfähigkeit für die Faserbildung für verschiedene
Systeme und Komponentenkonzentrationen variieren und
können empirisch bestimmt werden.
Es ist auch zu erkennen, daß die Ionenstärke reduziert
werden kann und/oder eine Ansäuerung erreicht werden
kann durch Ionenentfernung aus der Faserlösung durch
geeignete Mittel wie Elektrodialyse und/oder Ionenaus
tauschharz. Die Ionenstärke der Ausgangsmaterialien ist
wichtig für die Faserentwicklung, insbesondere wo die
Zugabe saurer Gegenionen verwendet wird, um die Komplex
bildung zu erreichen. In dieser Hinsicht kann unver
dünnte frische Molke aus Käseherstellungsverfahren
typischerweise einen Gesamtfeststoffgehalt von etwa 6,4
Gew.-% und etwa 0,68 Gew.-% Molkeprotein (bezogen auf
das Gesamtgewicht der Molkelösung) haben und kann
typischerweise eine Leitfähigkeit von etwa 6000 Mikro
Ohm-1 pro cm bei einem pH von 6,3 haben. Es wurde
gefunden, daß ohne Verdünnung solche frische Molke
nicht Fasern mit der zugegebenen Xanthangummi bildet
nach nachfolgender Ansäuerung. Jedoch wird durch Auf
lösen des Xanthangummis in einem gleichen Volumen
Wasser, um eine Lösung mit 0,34 Gew.-% Xanthangummi und
einer Leitfähigkeit von etwa 300 Mikro Ohm-1 pro cm bei
einem pH von etwa 6 zu bilden und kombinieren gleicher
Volumen der Molke und der Xanthangummilösungen, um eine
Mischung zu bilden mit 0,34 Gew.-% Molkeprotein, 0,17
Gew.-% Xanthangummi und einer Leitfähigkeit von etwa
3200 Mikro Ohm-1 pro cm, eine Lösung geschaffen, die
sogleich Fasern bildet bei der Ansäuerung durch Zugabe
von Säure. Ebenso hat unverdünnte Magermilch eine Leit
fähigkeit von etwa 5700 Mikro Ohm-1 pro cm und es wurde
gefunden, daß sie nicht gleich Fasern bildet, wenn
Xanthangummi direkt dazugegeben wird und die Lösung
anschließend angesäuert wird. Jedoch bildet sich, wenn
der Xanthangummi in destilliertem Wasser aufgelöst wird
und mit Magermilch in gleichen Volumenmengen kombiniert
wird, um tatsächlich die Magermilch in einem Verhältnis
von 1 : 1 zu verdünnen, ein Faserkomplex gleich nach der
Ansäuerung.
Wie angegeben, können Salzkomponenten, die zur Ionen
stärke der fasererzeugenden Lösung beitragen, direkt
eingeführt werden oder indirekt als Gegenionen, um die
Proteinkomponente und die Xanthangummikomponente zu
solubilisieren und während der Einstellung des pH′s der
Faser erzeugenden Lösung wie durch Zugabe einer Säure
oder Base zu der Lösung. Zum Beispiel kann die Bildung
von Xanthangummi/Molkeproteinfasern in Anwesenheit von
1,0 molarem Natriumchlorid in der Faser erzeugenden
Lösung gehemmt werden. Dies zeigt, daß die Ionen die
elektrostatische Wechselwirkung zwischen dem Xanthan
gummi und dem Molkeprotein stören. Im Gegensatz dazu
kann bei niedrigen Konzentrationen von Natriumchlorid
wie im Bereich von etwa 5 bis etwa 10 mmol Konzentra
tion in der faserbildenden Lösung der Gummi und das
Protein festere, weniger gummiartige und trockenere
fleischähnliche Fasern bilden, als die, die ohne Zugabe
von Natriumchlorid hergestellt werden.
Ein typisches Verfahren zur Herstellung der Fasern von
Xanthangummi/Molkeproteinkomplexen kann wie folgt be
schrieben werden:
- (1) Es wird eine wäßrige Lösung von Molkeprotein allein oder in Kombination mit anderen löslichen Proteinen hergestellt. Wenn Käsemolke verwendet wird, sollte die Molke am besten verdünnt werden mit Wasser wie z. B. 1 : 1, bezogen auf das Volumen, oder elektrodialysiert oder diagefiltert werden, um Mineralsalze zu entfernen,
- (2) Xanthangummi (in gelöster Form, wenn es angebracht ist) wird in die Proteinlösung unter Rühren zuge geben, um eine Faser erzeugende Lösung zu bilden, die drei Gewichtsprozent Gesamtfeststoffgehalt hat und ein gewünschtes Verhältnis von Gummi zu Pro tein (z. B. 1 : 2 bis 1 : 10 Gummi/Protein-Gewichts verhältnis),
- (3) die Gummi-Protein-Mischung wird auf den pH ange säuert (mit einmolarer Salzsäure oder einer anderen Säure), wo das elektrochemische Potential der Gummi-Protein-Mischung im wesentlichen 0 ist, um einen faserigen Gummi-Protein-Komplex zu erzeugen,
- (4) die Fasern werden von der Molke abgetrennt und mit Wasser gewaschen und zentrifugiert oder gepreßt durch eine Käsepresse, um Fasern zu erhalten, die etwa 80 Gew.-% Feuchtigkeit enthalten und
- (5) die Fasern werden auf eine Temperatur von minde stens etwa 70°C erhitzt und vorzugsweise auf die Temperatur des kochenden Wassers (z. B. etwa 100°C), um ein stabilisiertes, fleischartiges faseriges Produkt zu schaffen. Die Fasern sollten mindestens etwa 17 Gew.-% und vorzugsweise etwa 25 Gew.-% Milchserum- (Molke) Protein enthalten, bezo gen auf das Gesamtgewicht des Feststoffgehalts (nicht wäßrig) der Fasern.
Nachdem die Proteinfaserherstellung im allgemeinen be
schrieben wurde, sollen verschiedene Aspekte der Erfin
dung weiter beschrieben werden im Hinblick auf Verfah
ren, die in Fig. 1 dargestellt sind. Wie in Fig. 1 ge
zeigt, wird eine wäßrige Molkeproteinlösung wie geeig
net verdünnte Käsemolke, Molkeproteinkonzentrat
und/oder Molkeultrafiltrations-Retentatlösung 10 mit
einer Molkeproteinkonzentration von 0,68 Gew.-% verwen
det. Ebenso kann eine Xanthangummilösung 12 hergestellt
werden durch Auflösung von Keltrol-Xanthangummi, einem
Produkt von Kelco Inc., in Wasser mit einem Pegel von
etwa 0,17 Gew.-%. Die Lösungen 10, 12 können im
gewünschten Verhältnis kombiniert werden, um eine
fasererzeugende Lösung 14 zu schaffen mit etwa 0,34
Gew.-% Molkeprotein und 0,085 Gew.-% Xanthangummi bei
einem pH von etwa 5.
Der pH, die Ionenstärke, das Gummi-Protein-Verhältnis,
Prozent Gesamtfeststoffe, die Temperatur, die Art des
Mischens und Rührens und das Maß der Ansäuerung sind
wichtige Faktoren für die Synthese von Fasern aus
Xanthangummi-Protein-Komplexen unter Verwendung der
fasererzeugenden Lösung 14. Eine pH-Einstellung kann
ausgeführt werden durch Zugabe von Salzsäure, um die
Proteinkomponente zu protonieren, so daß die Abstoßung
zwischen den zwei Polymeren minimiert werden kann und
so daß eine elektrostatische Wechselwirkung stattfinden
kann, um Fasern 16 zu schaffen und eine Molkephase 18,
die abgetrennt werden kann durch geeignete Mittel.
Die Gewichtsprozent Gesamtfeststoffe der fasererzeugen
den Gummi/Proteinlösung 14 in Wasser können üblicher
weise variiert werden im Bereich von etwa 0,1 Gew.-%
bis etwa 4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht. Wenn die
Gewichtsprozent der gesamten aufgelösten Xanthan-Pro
tein-Feststoffe geringer sind als etwa 0,1 Gew.-%, kann
der Komplex ausfallen, ohne eigentliche Faserbildung.
Auf der anderen Seite kann, wenn die Gewichtsprozent
der so gelösten Feststoffe höher als etwa 4% sind, die
Gummi-Protein-Mischung eine dicke Aufschlämmung bilden
wieder ohne eigentliche Faserbildung. Der Wassergehalt
der fasererzeugenden Lösung (ebenso wie die Ionenstärke)
ist wichtig für die komplexierten Polymere, um ein
faseriges Netzwerk zu bilden.
Die Temperatur, bei der die Protein-Gummi-Wechselwir
kung ausgeführt wird, ist ebenso wichtig. Eine hohe
Temperatur ist im allgemeinen nicht erwünscht für die
Bildung der Fasern des Xanthangummi-Molkeprotein-Kom
plexes. Weichere und feinere Fasern können erhalten
werden, wenn der Gummi und das Protein erhitzt werden
auf oder über 70°C bevor die zwei Polymere gemischt und
angesäuert werden. Es könnte sein, daß höhere Tempera
turen zur Änderung der Struktur des Xanthan-Moleküls
von einer starren Strebe zu einer zufallsverteilten
Spirale führen, wobei die Faserbildung entgegengesetzt
beeinflußt wird, aber in jedem Fall sollte die Faser
bildung bei einer Temperatur von etwa 4°C bis etwa
100°C ausgeführt werden.
Die Art des Mischens oder der Bewegung der faserbilden
den Lösung bei der Einstellung des pH′s ist ebenso ein
wichtiger Faktor bei der Bildung von Fasern. Verschie
dene Arten von Flügeln und/oder verschiedene Geschwin
digkeiten beim Rühren können verwendet werden, um ver
schiedene Formen und Größen der Fasern zu schaffen. Zum
Beispiel können große lange Fasern erhalten werden bei
Verwendung eines Hobart-Mischers bei einer geringen
Geschwindigkeit (z. B. 90 RPM) während des Ansäuerns
der faserbildenden Lösung. Andererseits können feine
kurze Fasern erhalten werden beim Rühren der Gummi-
Protein-Mischung in einem Waring Mischer bei einer
mittleren Geschwindigkeit bei der Ansäuerung.
Die Molke 18, die von der Faserzusammensetzung 16 abge
trennt wird, kann anorganische Salze enthalten, die von
dem pH-Einstellungsschritt stammen und kann etwas un
reagierten Xanthangummi oder andere Komponenten enthal
ten. Die anorganischen Salze können entfernt werden,
zumindest teilweise durch geeignete Mittel wie durch
die Verwendung selektiv permeabler Membranen, Elektro
dialyse und/oder Ionenaustauschharze, um eine deioni
sierte Molke 22 zu schaffen, die verwendet werden kann
bei der Bereitstellung der Protein- und Gummilösungen
10, 12. Das Faser-Zusammensetzungsprodukt 20 hat einen
ausgeprägten faserigen Charakter.
Die elektrophoretische Mobilität von Molke, Xanthan
gummi und dem Molkeprotein-Xanthangummi-Komplex wurde
bestimmt durch elektrokinetischen Analysator (System
3000 elektrokinetischer Analysator von Pen Kem Inc.)
bei 25°C durch Verdünnen eines Aliquots der Mischung
von Molke, Xanthangummi oder der Mischung davon um das
20fache mit Wasser und Messen der elektrophoretischen
Mobilitäten dieser Lösungen als einer Funktion des pH′s
(eingestellt mit verdünnter Salzsäure oder Natrium
hydroxydlösung).
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die elektrophoretische Mo
bilität (in Einheiten von 1 × 10-8 m²/Volt/sec) für den
Molkeprotein-Xanthangummi-Komplex 202 zwischen den ent
sprechenden Kurven für Käsemolke 204 und Xanthangummi
206. Die entsprechenden isoelektrischen Punkte sind die
pH-Werte bei 0 Mobilität.
Ebenso gemessen und dargestellt in Fig. 3 ist eine
Kurve von elektrophoretischer Mobilität gegen den pH
302 für einen Xanthangummi-Sojaproteinisolat-Molkepro
teinkonzentrat (1 : 3:3 Gewichtsverhältnis) -Ternärkom
plex, zusammen mit einer spezifischen Leitfähigkeit
pH-Kurve 304 für den verdünnten Komplex. Die Mobili
tätseinheiten sind 1 × 10-8 m² pro Volt pro Sekunde und
die spezifischen Leitfähigkeitseinheiten sind 1×10+2
Ohm-1 pro cm.
Obwohl das Verfahren von Fig. 1 insbesondere beschrie
ben wurde im Hinblick auf Molkeprotein-Xanthangummi-
Komplexfasern, können andere wasserlösliche Proteine
ebenso in die Molkeproteinkomplexe eingeführt werden,
um fleischähnliche Fasern zu bilden. In dieser Hinsicht
kann z. B. Kasein, wie es durch Magermilchpulver oder
als Natriumkaseinat geliefert wird, Pflanzenproteine
wie Erdnußproteinisolat oder Sojaproteinisolat und Ei
protein, wie es durch Eiweiß geliefert wird, verwendet
werden in Kombination mit dem Molkeprotein als der
solubilisierten Proteinkomponente, um faserige Hybrid
protein-Komplexe zu bilden, die relativ angenehm sind
und in Farbe und Textur sich unterscheiden.
Ein wünschenswertes Merkmal der vorliegenden Offenba
rung ist, daß verschiedene Proteine verwendet werden
können mit Molkeprotein und Xanthangummi, um verschie
dene Protein-Gummikomplexe zu bilden. Zum Beispiel
können die faserigen Ternärkomplexe von Soja-Xanthan
gummi-Molkeprotein-Isolat geschaffen werden, in denen
das Verhältnis der Proteinkomponenten variiert wird, um
gewünschte faserige Produkte mit einer entsprechenden
Varietät der Eigenschaften zu schaffen. Wie auch ange
geben, kann die solubilisierte Xanthangummikomponente
ein Xanthangummiaddukt enthalten wie durch faserige
Hybridproteinkomplexe durch Mischen von Xanthangummi
mit anderen Gummiarten wie Johannisbrotkernmehl. Wün
schenswerterweise werden die verschiedenen Gummiarten
zuerst zusammengemischt und anschließend mit einem
Protein gemischt, um eine faserbildende wäßrige Lösung
zu erzeugen. Die vielfachen Gummiarten können kombiniert
werden mit einer solubilisierten Molkeproteinkomponente
in dem gewünschten Gewichtsverhältnis um eine faserer
zeugende Lösung der Komponenten zu bilden, die dann
unter geeigneten Scherbedingungen angesäuert werden
kann, um einen vielfältigen Gummi-Protein-Komplex zu
erzeugen mit einer fleischähnlichen faserigen Textur.
Solche Xanthan-Polysaccharid-Mischungen können nicht
nur aus Gründen der Wirtschaftlichkeit, um die Kosten
der Xanthangummikomponente des resultierenden Produk
tes zu minimieren, ausgesucht werden, sondern auch um
die Textur der Fasern zu variieren. Ebenso können die
faserigen verschiedenen Gummiarten - verschiedene
Protein-Komplexfasern einschließlich Molkeprotein
hergestellt werden unter Verwendung geeigneter Ausgangs
komponenten.
Die Verwendung verschiedener Protein-Komponenten und
Komponenten-Mischungen erlaubt die Herstellung synthe
tischer fleischähnlicher Proteinfasern, die in Farbe,
Festigkeit und Geschmack abhängig von den Komponenten
und den Verfahrensvariationen unterschiedlich sind. Die
Faserkomplexe von pflanzlichen Proteinen wie Sojaiso
laten mit Molkeprotein sind funktionell nahrhaft und
können im wesentlichen vollständig unerwünschte Pflan
zenprotein-Geschmackskomponenten unterdrücken.
Bei der Bildung können die komplexierten Xanthangummi-
Proteinfasern sogleich von der verbleibenden wäßrigen
Phasenkomponente in jeder geeigneten Art abgetrennt
werden, wie durch Filtration und Zentrifugation. Zum
Beispiel können die Fasern eingebracht werden durch
Abtrennen von der wäßrigen Phase, Waschen mit Wasser
und Pressen in einer Käsepresse, um fleischähnliche
Fasern zu schaffen, die im allgemeinen etwa 60 bis etwa
80 Gew.-% Feuchtigkeit enthalten und üblicherweise etwa
65 Gew.-% Feuchtigkeit enthalten. Die preßgetrockneten
Fasern können aromatisiert werden, indem sie in ein ge
eignetes Aromatisierungsmittel eingetaucht werden wie
Hummer-, Krabben-, Hühnchen- oder Rindfleischextrakt,
um gewünschte, kaubare, fleischähnliche Produkte mit
fleischnachbildendem Geschmack und Textur zu erhalten.
Bei saurem pH sind die basischen Gruppen des Proteins,
nämlich Lysin-, Arginin- und Histidinreste protoniert
und positiv geladen. Im Gegensatz dazu ist der Xanthan
gummi noch negativ geladen bei dem Reaktions- oder
Wechselwirkungs pH. Als Ergebnis beeinflussen sich
Gummi und Protein gegenseitig spontan durch elektrosta
tische Anziehung, die durch den pH, die Ionenstärke,
den isoelektrischen Punkt des Proteins und den pKa des
Gummis kontrolliert wird.
Die Fasern des Xanthangummi-Molkeprotein-Komplexes
neigen dazu, zu erweichen und werden leicht schleimig
über einem pH von 5,5, vielleicht, weil der Gummipro
teinkomplex sehr negativ geladen ist und mehr Ladungs
eigenschaften des Xanthangummis bei oder überhalb eines
pH von 5,5 hat. Eine wichtige Tatsache im Zusammenhang
mit der vorliegenden Erfindung ist, daß das Erweichen
und die Schleimigkeit verhindert werden kann, wenn die
Fasern erhitzt werden auf erhöhte Temperatur wie durch
Kochen in Wasser am isoelektrischen Punkt des Gummipro
teinkomplexes für wenige Minuten. Es scheint, daß die
Behandlung das Protein oder den Komplex als Ganzes
denaturiert, so daß die Dissoziation und/oder Auflösung
des Gummiproteinkomplexes verhindert wird. Eine derar
tige Hitzebehandlung kann einige Geschmackskomponenten,
die charakteristisch sind für das Ausgangsprotein,
freisetzen, aber dies kann korrigiert werden oder mini
miert durch Kochen der Fasern in Anwesenheit eines
thermostabilen Fleischgrundstoffs oder anderer Aromati
sierungsmittel.
Wie angegeben, können die Fasern des Xanthangummi-Molke
protein-Komplexes erweichen, wenn sie mit Aromatisie
rungsmitteln aromatisiert werden wie den üblichen Aro
matisierungsmitteln auf Basis von Fleisch. Da die
Faserbildung von Xanthangummi und dem Protein haupt
sächlich durch elektrostatische Anziehungskraft bestimmt
wird, können der pH und die Ionenstärke der Aromatisie
rungsmittel das Erweichen verursachen und in dieser
Hinsicht neigen Aromatisierungsmittel dazu, große
Mengen Salze zu enthalten oder sie haben einen pH, der
nachteilig für die Integrität der Fasern ist.
Weil angenommen wird, daß die Komplexe von Xanthangummi
und der Molkeproteinkomponente, wie sie anfangs in
wäßriger Lösung gebildet werden, hauptsächlich elektro
statisch sind und deshalb empfindlich für pH und Ionen
stärke, sind Verfahren für die Stabilisierung der Bin
dung zwischen den zwei Biopolymeren, so daß der Komplex
stabil ist unter verschiedenen Verfahrensbedingungen,
die bei der Herstellung oder Lagerung verschiedener
Nahrungsmittelprodukte verwendet werden, wichtig für
die Entwicklung und die kommerzielle Verwendung der
synthetischen Fasern. Fasern, die gemäß der vorliegen
den Erfindung hergestellt werden, können hergestellt
werden, die relativ mild, fest, weiß und kaubar sind.
Diese eßbaren Faserzusammensetzungen können aromati
siert werden, um Fleisch nachbildende Zusammensetzungen
herzustellen, wie nachgebildetes Hühnchen-, Schweine-,
Krabben- und Hummerfleisch, das wiederum verwendet
werden kann, um Nahrungsmittelgerichte unter Verwendung
der jeweiligen Fleischarten herzustellen wie Krabben-
und Hummersalate. Jedoch können solche Fasern dazu
neigen, weich und breiartig zu werden oder sogar ihre
faserige Struktur verlieren, wenn sie mit verschiede
nen Aromatisierungsmitteln aromatisiert werden, insbe
sondere mit den handelsüblichen Aromatisierungsmitteln,
die Salz (NaCl) enthalten. Gemäß der vorliegenden Of
fenbarung werden Methoden geschaffen zur Stabilisie
rung der Faserkomplexe, um zu verhindern, daß die
Fasern erweichen unter verschiedenen Verfahrensbedin
gungen.
Die Hitzebehandlung der Protein-Gummikomplexfasern
führt nicht nur zur Stabilisierung der Fasern, um ihre
Festigkeit zu erhalten, sondern kann auch verwendet
werden, um die Fasern zu pasteurisieren. Zusätzlich
können durch Variieren der Temperatur und der Zeit des
Erhitzens verschiedene Grade der Festigkeit und Sta
bilität der Fasern erhalten werden, wie es gewünscht
ist.
Der Feuchtigkeitsgehalt der abgetropften wird im allge
meinen im Bereich von 75 bis etwa 90%, z. B. etwa 80%
sein und es ist wünschenswert, Aromatisierungsmittel
zuzugeben, wenn die Fasern diese Menge an Feuchtigkeit
enthalten. Jedoch können die Fasern, wenn sie ausgefällt
sind oder nach der Hitzestabilisierung im wesentlichen
im Feuchtigkeitsgehalt reduziert werden, um ein Faser
produkt mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt (z. B. weniger
als etwa 30 Gew.-% Wasser) zu schaffen, das seine
Faserintegrität behält. Diese Fasern können rehydrati
siert werden, um eine Textur zu erhalten, die ähnlich
der der abgetropften ist.
Der Feuchtigkeitsgehalt der gepreßten Fasern wird im
allgemeinen im Bereich von etwa 60 bis etwa 80 Gew.-%,
wie etwa 65 Gew.-% sein. Faserzusammensetzungen mit
reduziertem Feuchtigkeitsgehalt, wie weniger als etwa
25 Gew.-%, können geschaffen werden, die eine längere
Lagerbeständigkeit haben und leichter zu handhaben sind
für den Transport und die Lagerung. Jedoch können die
Fasern zerbrechlich und spröde werden bei sehr niedri
gem Feuchtigkeitsgehalt, z. B. wenn sie lyophilisiert
werden, um weniger als etwa 4 Gew.-% Feuchtigkeit zu
enthalten. Als Ergebnis kann eine geeignete Menge des
Feuchtigkeitsgehalts zurückgehalten werden, um die
Faserfestigkeit und strukturelle Integrität zu erhal
ten.
Wie angedeutet, können die Xanthan-Protein-Faserzusam
mensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung aromati
siert werden, um den Geschmack einer ausgewählten na
türlichen Fleischzusammensetzung nachzubilden, insbe
sondere nach der Hitzestabilisierung des Faserkomplexes.
Die Fasern des Protein-Xanthangummi-Komplexes können
auch aromatisiert werden durch Mischen von geschmolze
nem verarbeiteten Käse mit dem faserigen Komplex. Dies
schafft ein Produkt mit einer fleischähnlichen, kau
baren Textur mit Käsegeschmack. Eine andere Art von
Produkt kann hergestellt werden durch Mischen von
Würfeln oder Scheiben von Käse mit fleischaromatisier
ten Fasern, um eine cheesburgerartige Frikadelle zu
erhalten.
Die aromatisierten und gepreßten Frikadellen können
heiß fixiert werden durch Erhöhen der Temperatur der
Mischung aus gemischter Faser und Bindemittel auf oder
nahe auf die Kochtemperatur von Wasser. Ein solches
Erhitzen kann erreicht werden mit Hilfe von üblichen
Heißluft-, Strahlungs-, Übertragungs- oder Mikrowellen
ofen. Zum Beispiel kann eine Frikadelle heißfixiert
werden durch Kochen in einem 700 Watt-Mikrowellenofen
eine Minute pro jeweils 200 g Frikadelle. Die Erhitzungs
temperatur und -zeit kann variiert werden abhängig von
den physiochemischen Eigenschaften der Fasern ebenso
wie von der gewünschten Textur und Erscheinung der
Frikadelle. Die Hitzefixierung ist nicht erforderlich
für alle Anwendungen von gepreßten Fasern. Zum Beispiel
können gepreßte Frikadellen paniert werden und direkt
im schwimmenden Fett gebraten werden ohne den Hitzefi
xierungsschritt.
Fasern von Molkeprotein-Xanthangummi-Binär- oder Molke-
Sojaprotein-Xanthangummi-Ternärkomplexen wurden in
kochendes Wasser (etwa 3mal dem Gewicht der Fasern)
zugegeben und für 5 Minuten gekocht. Temperatur und
Zeit der Hitzebehandlung können variiert werden abhän
gig davon, wie fest die Faser sein soll. Nach dem
Kochen wurden die Fasern sofort gefiltert unter Verwen
dung eines 1 × 1 mm Siebes und mit kaltem Leitungswas
ser (etwa 4 × das Gewicht der Fasern) gewaschen. Das
Volumen des für das Waschen verwendeten Wassers kann
variiert werden abhängig davon, wie viel Fremdstoffe
mit den Fasern assoziiert sind und wie fest die Fremd
stoffe eingeschlossen und gebunden sind. Die gekochten
und gewaschenen Fasern werden entwässert, getrocknet
und sind fertig für die Herstellung von Fleischanalogen
und eßbaren Seetierprodukten. Die Fasern enthalten
normalerweise etwa 80% Feuchtigkeit, die durch
Zentrifugation oder Pressen reduziert werden kann.
Wie angegeben, wurde gefunden, daß Protein in Käsemolke
bei geeigneter Einstellung der Ionenstärke sofort einen
Komplex mit Xanthangummi (Fig. 2) bildet. Als Ergebnis
kann das Molkeprotein gewonnen werden durch die
Protein-Polysaccharid-Komplexreaktion unter Verwendung
von Xanthangummi. Die Einstellung der Ionenstärke von
Käsemolke wie durch Verdünnung mit Wasser vor der
Zugabe des Xanthangummis ist notwendig, da ansonsten
die Xanthan-Molkemischung ein gelartiges Material statt
Fasern bildet. Ohne Verdünnung kann die Xanthan-Molke-
Mischung zu konzentriert sein, um die Polysaccharid-
und Molkeprotein-Moleküle reorientieren und sich ein
stellen zu lassen, um Fasern bei der angezeigten Ionen
konzentration zu bilden und/oder daß die Ionenstärke
der Mischung zu hoch war, um die ionische Bindung
zwischen den zwei biopolymeren stattfinden zu lassen.
Nach der Ansäuerung und dem Rühren können die Fasern
abgeschöpft, abgetropft und gepreßt werden, um eine
faserige Masse mit einem klaren Überstand zu bilden.
Das Protein, das im Überstand zurückbleibt, kann quan
titativ bestimmt werden durch die Methode von Lowry,
wobei die Prozent Ausbeute berechnet werden aus dem
Verhältnis des Proteins, das in dem Überstand zurück
bleibt zu dem Protein in der Käsemolke. Die Protein
ausbeute war am höchsten, wenn 0,68% (g/v) Xanthan
gummi in der Käsemolke dispergiert waren bei Ansäuerung
und Rühren (Tabelle 1). Obwohl 0,68% (g/v) Xanthan
gummi die höchste Ausbeute ergab, ergab 0,34% (g/v)
Xanthan festere und weniger gummiartige Fasern mit
ziemlich guter Ausbeute:
Die Bildung von Molkeproteinfasern aus einer Frisch
käsemolke wurde erreicht durch Dispergieren von Xanthan
gummi in der Molke, die dann angesäuert wurde auf den
pH 3,0 mit einmolarer Salzsäure. Die Prozentausbeute
der Molkeproteine wurde bestimmt durch Messen der
Proteingehalte in den Überständen der Molke (behandelt
mit und ohne Xanthangummi und dann zentrifugiert) unter
Verwendung der quantitativen Proteinmethode von Lowry,
die die Genauigkeit des Systems begrenzt.
Bei der Aufarbeitung, die in Tabelle 1 dargestellt ist,
waren die Prozent Xanthangummi für die Frischmolke so
gewählt durch Vorgabe des Proteingehalts in der
frischen Molke mit 0,68%. Die Überstände wurden erhal
ten durch Zentrifugieren der Käsemolke (behandelt mit
und ohne Xanthangummi) bei 10.000 g, pH 3,0 und 15°C
für 20 Minuten. Die Absorption des Überstandes in dem
Lowry′s Reagenz, die in Tabelle 1 angegeben ist, wurde
gemessen an einem Varian Spektrophotometer bei 500 nm
Wellenlänge und 25°C und die Proteinkonzentration wurde
berechnet aus der entsprechenden Absorption unter Ver
wendung von Rinderserumalbumin als Proteinreferenz.
0,1% Xanthangummi in dem Lowry′s Reagenz ergaben eine
unwesentliche Absorption 0,024. Die % Ausbeute, die in
Tabelle 1 angegeben sind, wurden berechnet aus den
Verhältnissen der Proteinkonzentrationen der Überstände
der mit Xanthangummi behandelten Molke zu den nicht
behandelten.
Die Farbe der Fasern der Molkeprotein-Xanthangummi-
oder Molkeprotein-Sojaisolat-Xanthangummi-Komplexe
wurde bestimmt an einem Gardner XL 805 Colorimeter. Der
Geschmack und die Textur der Fasern wurden subjektiv
ausgewertet.
Bei der Bearbeitung, die in Tabelle 2 berichtet wird,
waren alle Proben lyophilisiert mit Ausnahme der sprüh
getrockneten Käsemolke und die Proteinzusammensetzung
war berechnet, bezogen auf die Kjeldahl Stickstoffana
lyse. Die Prozent Kohlenhydrat wurden berechnet durch
"Differenz", wenn es nicht anders angegeben ist und die
Lactosezusammensetzung wurde bestimmt unter Verwendung
von Hochdruckflüssig- und Gaschromatographie.
Der faserige Soja-Molkeprotein-Xanthangummi-Ternärkom
plex, der in Tabelle 2 dargestellt ist, wurde herge
stellt aus drei Teilen Sojaisolat, drei Teilen Molke
protein und einem Teil Xanthangummi, bezogen auf das
Gewicht. Das Xanthangummi/Gesamtproteinverhältnis,
bestimmt durch Lowry′s Verfahren und die Phenolschwe
felsäuremethode (zur quantitativen Analyse von Protein
bzw. Kohlenhydraten) war 1/7. Basierend auf der Gelelek
trophorese sind 45,9% des Gesamtproteins aus der
Molke. Die analytischen Werte des lyophilisierten
Überstandes waren Feuchtigkeit 8,7%; Protein 48%
(7,66×(6,25+6,38)/2).
Der faserige Sojaprotein-Xanthangummi-Komplex, der in
Tabelle 2 dargestellt ist, wurde hergestellt aus 6
Teilen Sojaisolat und einem Teil Xanthangummi, bezogen
auf das Gewicht und der faserige Molkeprotein-Xanthan
gummi-Komplex wurde hergestellt aus 0,34% (g/v) Xan
thangummi, aufgelöst in frischer Käsemolke unter An
säuerung und Rühren. Da die Lactosezusammensetzung 6%
ist, wird der berechnete Xanthangummi (35-6)%=29% sein.
Milchsäure ist weniger als 0,01 Gew.-%, bezogen auf das
Trockengewicht, falls sie vorhanden ist. Die gekochten
Molkeprotein/Gummifasern wurden fünf Minuten gekocht,
gewaschen, abgetropft und lyophilisiert.
In der Bearbeitung, die dargestellt ist in Tabelle 2,
wurde der Überstand erhalten aus der Komplexreaktion
der frischen Molke und des Xanthangummis nachdem der
faserige Molkeprotein-Xanthangummi-Komplex isoliert
worden war. 76,7% der berechneten Kohlenhydrate (79,4%)
war Lactose. Die Milchsäure war 0,42% (Prozentangaben
sind hier, wenn nicht anders angegeben, Gewichtspro
zent). Gelelektrophorese in Kombination mit Kjeldahl
Stickstoffanalyse erwies sich als geeignet für die
Identifizierung und Quantifizierung der verschiedenen
Proteine in den Fasern. Soja- und Molkeproteine der
Ternärkomplexfasern wurden abgetrennt auf SDS (Natrium
dodecylsulfat) und das Verhältnis von Soja/Molkeprotein
wurde berechnet aus den Gesamtpeakintensitätsdifferen
zen der Gelauswertungen (Fig. 4) des Sojaisolats, des
Molkeproteinkonzentrats und des Xanthan-Soja-Molkepro
teinternärkomplexes. In dieser Hinsicht sind in Fig. 4
Elektrophoresegelauswertungen einer Faser von Xanthan
gummi-Sojaproteinisolat-Molkeprotein-(1 : 3:3)-Ternärkom
plex 402, Sojaproteinisolat 404 und Molkeproteinisolat
406 dargestellt. Hauptproteinkomponenten des Molkepro
teinkonzentrats waren β-Lactoglobulin und alpha-Lactal
bumin, die Molekulargewichts von 18400 bzw. 13400
hatten, während das Sojaprotein Fraktionen mit größerem
Molekulargewicht hatte. Die Banden über 18400 Dalton
entsprachen den Sojaproteinfraktionen mit der Ausnahme,
daß eine Bande bei 68000 Rinderserumalbumin entsprach.
Da das Gesamtprotein in den Fasern bekannt war, basie
rend auf der Kjeldahl Stickstoffanalyse, wurde die
Zusammensetzung jedes Proteins in den Fasern dann
berechnet. Zum Beispiel ergaben Fasern, die hergestellt
waren aus 1 : 3:3 Xanthangummi/Molkeproteinkonzentrat/Soja
isolat ein Molke/Sojaproteinverhältnis von 46 : 54,
bezogen auf die Gesamtpeakintensitätsdifferenzen der
Gelauswertungen (Fig. 4). Weil das Gesamtprotein in den
Fasern, bezogen auf die Kjeldahl Stickstoffanalyse,
77,5% war, während der Umwandlungsfaktor für das Faser
protein mit (6,25+6,38) /2 angenommen wurde, wurden die
Zusammensetzungen von Molke und Sojaproteinen in den
Fasern berechnet als 35,6% bzw. 41,9%.
Proteine, die zur Herstellung des faserigen Protein-Xan
thangummikomplexes verwendet wurden, enthalten oft
freie Kohlenhydrate oder sind selbst Glycoproteine, in
denen die Kohlenhydrate kovalent an die Proteine gebun
den sind. Als Ergebnis ist es schwierig, durch die
reguläre analytische Differenzmethode oder die übliche
Kohlenhydratmethode exakt zu wissen, wie viel Xanthan
gummi und wie viel Kohlenhydrat in dem Fasersystem
enthalten sind.
Wie angegeben, können andere Proteine verwendet werden
in Kombination mit Molkeprotein, um geeignete eßbare
Produkte zu schaffen. Fasern aus Soja-Molkeprotein-Xan
thangummi (3 : 3:1 Gewichtsverhältnis) Ternärkomplex
gaben einen wünschenswerteren Geschmack als solche aus
Sojaprotein-Xanthangummi (6 : 1) Binärkomplex, solche aus
Molkeprotein-Xanthangummi (6 : 1) Binärkomplex oder der
Fasermischung der zwei Binärkomplexe, weil der Milch-
und Bohnengeschmack in den Xanthan-Molkeprotein bzw.
Xanthan-Sojaprotein-Binärkomplexen vorhanden war und in
der Fasermischung, aber nicht in dem Ternärkomplex
wahrnehmbar war. Der Ternärkomplex war auch fester als
der Xanthan-Molkeprotein-Binärkomplex und weißer (Tabelle
3) als der entsprechende Xanthan-Sojaprotein-Binärkom
plex:
Bei der Arbeit, die in Tabelle 3 wiedergegeben ist,
wurden die Molkeprotein-Xanthanfasern hergestellt aus
frischer Molke, während die wpc (Molkeproteinkonzentrat)-
Xanthan-(6 : 1 Gewichtsverhältnis)-Fasern hergestellt
wurden aus einem Molkeproteinkonzentrat, das 84%
Protein enthielt. Diese Fasern wurden gekocht und ab
getropft. Sie wurden in kleinere Stücke gebrochen und
gegen den Boden der Agtronbecher gepreßt und an einem
Gardner XL 805 Colorimeter abgelesen.
In Tabelle 3 ist L-Wert = 0 = Reinschwarz, 100 = Rein
weiß; A-Wert = positive Werte sind rot, während nega
tive Werte grün sind; B-Wert = positive Werte sind
gelb, während negative Werte blau sind.
Fasern aus Molkeprotein-Xanthangummi-Komplex sind weich
aber weiß (Tabelle 3). Sie werden sehr fest nach dem
Kochen und sind relativ mild mit einem leichten Milch
geschmack. Sie können aromatisiert werden mit verschie
denen Aromatisierungmitteln, um verschiedene Fleisch
analoge und Seetierprodukte zu erhalten.
Die Gelelektrophorese läßt vermuten, daß die Ternärkom
plexbildung des Milch-, Nichtmilch-Proteins und des
Polysaccharids eine synergistische Wirkung auf die Ge
samtfunktionalität (z. B. Farbe, Geschmack und Textur)
der Proteine (Tabelle 3) zeigt. Eine ähnliche syner
gistische Wirkung wurde erhalten von dem Ternärkomplex
aus Eialbumin, Sojaprotein und Xanthangummi, wie es in
der parallelen Anmeldung, auf die oben Bezug genommen
wurde, beschrieben ist.
Die Fasern aus Molkeprotein-Xanthangummi oder Molke-
Sojaprotein-Xanthangummikomplexen waren im wesentlichen
fester nach einer Hitzebehandlung wie Kochen. Die Lac
tosezusammensetzung des Protein-Polysaccharidkomplexes,
hergestellt aus Käsemolke und Xanthangummi, war ver
mindert von 6% auf weniger als 0,1% durch Kochen
(Tabelle 2). Dies zeigt, daß die Hitzebehandlung nicht
nur die Festigkeit der Fasern verbessert, sondern auch
wirksam die Lactose von dem Komplex trennt. Das Ergebnis
läßt auch vermuten, daß die Lactose physikalisch einge
schlossen wird in das Fasernetzwerk bei der Komplexbil
dung.
Fasern aus Molkeprotein-Xanthangummi-Komplex und Molke-
Sojaprotein-Xanthangummi-Ternärkomplex können aromati
siert werden mit geeigneten Aromatisierungsmitteln, um
verschiedene Fleischanaloge und Seetierprodukte zu er
halten. Die entsprechenden nichtfaserigen Protein-Xan
thangummi-Komplexe könnten verwendet werden für andere
Nahrungsmittelanwendungen. Xanthangummi in dem nicht
faserigen Komplex muß nicht entfernt werden und könnte
als ein Stabilisator für die Milch- und Nichtmilchpro
teine dienen. Der faserigen Milch-Nichtmilch-Polysaccha
rid-Ternärkomplexes wurde weiterhin verwendet durch
Aromatisieren der Ternärkomplexfasern mit Haarmann und
Reimer′s "Hähnchengeschmack" und Henningsen′s "Hähnchen
fett" gepreßt und hitzefixiert, um Hühnchenfrikadellen
auf Basis Protein-Polysaccharidfaser zu erhalten, die
eine gute Fleischtextur und einen annehmbaren Geschmack
haben.
Die gekochten, gewaschenen und abgetropften Fasern
eines Xanthan-Proteinkomplexes wurden gemischt mit 2%
(g/g, Aromatisierungsmittel, bezogen auf abgetropfte
Fasern) Haarmann und Reimer′s "Hühnchengeschmack"
(R-6598) in einem Hobart-Mischer bei der geringsten
Geschwindigkeit 30 Sekunden lang. Zu den aromatisierten
Fasern wurden dann 5% (g/g) Kraft′s getrocknete Eiweiße
zugegeben. Die Mischung wurde 30 Sekunden in dem Mischer
gerührt. 5% (g/g) Henningsen′ s Hühnchenfett wurde mit
der Mischung 30 Sekunden in dem Mischer gemischt oder
bis alles Fett in dem System dispergiert war. Die
Mischung wurde bei Raumtemperatur 30 Minuten stehenge
lassen, 30 Minuten gepreßt auf einer Käsepresse bei 1,9
bar (28 psi) und in einem Mikrowellenofen (bei Kochein
stellung) eine Minute für jeweils 200 g Frikadelle
gekocht. Die Frikadelle ist fertig zum Servieren wie
sie ist oder sie kann in Würfel geschnitten und unter
Umrühren gebraten oder mit Gemüse gekocht werden, um
verschiedene Gerichte herzustellen.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung eßbarer Proteinfasern aus
Molkeneiweiß und einer Xanthangummikomponenten,
dadurch gekennzeichnet,
daß man eine Lösung schafft, die eine solubilisierte eß bare Proteinkomponente, die mindestens 20 Gew.-% Molke protein, bezogen auf das Gesamtgewicht an solubilisiertem Protein und eine solubilisierte Xanthangummi/Hydrokolloid- Komponente, ausgewählt aus Xanthangummi, Xanthan gummi/Hydrokolloid-Addukten und Mischungen davon, enthält,
wobei das Gewichtsverhältnis des Xanthangummis zur Pro teinkomponente im Bereich von 1 : 2 bis etwa 1 : 10 liegt, worin das Gesamtgewicht der solubilisierten eßbaren Pro teinkomponente und der solubilisierten Xanthangummi/Hydro kolloid-Komponente, bezogen auf das Gesamtgewicht der wäßrigen Proteinfaser erzeugenden Lösung im Bereich von 0,1 bis 4 Gew.-% liegt und worin die Ionenstärke der Lö sung auf einen Wert zwischen 0 M und weniger als 1 M ein gestellt ist,
daß der pH-Wert der Faser erzeugenden Lösung, während die Faser erzeugende Lösung gemischt wird, auf den iso elektrischen Punkt eines erwünschten Xanthanproteinkom plexes so eingestellt wird, daß das elektrochemische Po tential der Gummiproteinmischung im wesentlichen 0 ist, wobei die pH-Einstellung bei einer Temperatur im Bereich von 4°C bis 100°C erfolgt, um die Proteinfasern und eine Molkelösung zu schaffen,
und daß die Fasern von der Molkelösung abgetrennt werden.
daß man eine Lösung schafft, die eine solubilisierte eß bare Proteinkomponente, die mindestens 20 Gew.-% Molke protein, bezogen auf das Gesamtgewicht an solubilisiertem Protein und eine solubilisierte Xanthangummi/Hydrokolloid- Komponente, ausgewählt aus Xanthangummi, Xanthan gummi/Hydrokolloid-Addukten und Mischungen davon, enthält,
wobei das Gewichtsverhältnis des Xanthangummis zur Pro teinkomponente im Bereich von 1 : 2 bis etwa 1 : 10 liegt, worin das Gesamtgewicht der solubilisierten eßbaren Pro teinkomponente und der solubilisierten Xanthangummi/Hydro kolloid-Komponente, bezogen auf das Gesamtgewicht der wäßrigen Proteinfaser erzeugenden Lösung im Bereich von 0,1 bis 4 Gew.-% liegt und worin die Ionenstärke der Lö sung auf einen Wert zwischen 0 M und weniger als 1 M ein gestellt ist,
daß der pH-Wert der Faser erzeugenden Lösung, während die Faser erzeugende Lösung gemischt wird, auf den iso elektrischen Punkt eines erwünschten Xanthanproteinkom plexes so eingestellt wird, daß das elektrochemische Po tential der Gummiproteinmischung im wesentlichen 0 ist, wobei die pH-Einstellung bei einer Temperatur im Bereich von 4°C bis 100°C erfolgt, um die Proteinfasern und eine Molkelösung zu schaffen,
und daß die Fasern von der Molkelösung abgetrennt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasern einen pH von mindestens 3 haben.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasern stabilisiert werden durch Erhitzen auf eine
Temperatur von mindestens 70°C.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasern gemischt werden mit einem Salz enthaltenden
Aromatisierungsmittel, um eine aromatisierte Fleisch nach
bildende Zusammensetzung zu schaffen, die mindestens 1
Gew. -% Natriumchlorid enthält, die ihre Faserintegrität
behält
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasern eine Härte von mindestens 100 kg bei einem
Wassergehalt von mindestens 50 Gew.-% haben.
6. Eßbarer Proteinkomplex, hergestellt nach den Ansprüchen 1
bis 5.
7. Verwendung des Proteinkomplexes nach Anspruch 6 für eine
nachgebildete Fleischzusammensetzung, die zusätzlich ein
Bindemittel und ein Aromatisierungsmittel enthält.
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