DE4410000C1

DE4410000C1 - Verfahren zur Herstellung hellfarbiger pflanzlicher Proteinhydrolysate

Info

Publication number: DE4410000C1
Application number: DE19944410000
Authority: DE
Inventors: Edith Von Dr Kries; Eberhard Dr Eilers; Andreas Dr Sander
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: WO1995025437A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von pflanzlichen Proteinhydrolysaten verbesserter Farbqualität, bei dem man proteinhaltige Pflanzenmehle unter definierten Bedingungen extrahiert und die resultierenden Proteinisolate anschließend in Gegenwart von geeigneten Adsorbentien in an sich bekannter Weise hydrolysiert.

Stand der Technik

Abbauprodukte von Polypeptiden, sogenannte Proteinhydrolysa te, sind seit langem bekannt. Obschon sie wegen des Fehlens einer lipophilen Gruppe keine Detergenseigenschaften besit zen, werden sie wegen ihrer dispergierenden Eigenschaften und ihrer Fähigkeit, die dermatologische Verträglichkeit anioni scher Tenside durch Wechselwirkung mit den Eiweißmolekülen der Haut günstig zu beeinflussen, in einer Vielzahl von ober flächenaktiven Mitteln eingesetzt. Übersichtsartikel hierzu finden sich beispielsweise von A.Domsch et al. in Ärztl. Kosmetol. 13, 524 (1983), G. Schuster et al. in Cosmet.Toil., 99, 12 (1984) und H. Lindner in Parfüm. Kosmet., 66, 85 (1985).

Üblicherweise werden Proteinhydrolysate auf Basis von tieri schem Kollagen gewonnen. In den letzten Jahren hat sich je doch ein Trend nach pflanzlichen Produkten, beispielsweise auf Basis von Sojabohnen durchgesetzt.

Aus der französischen Offenlegungsschrift FR 2542013 (ABC) ist beispielsweise die Hydrolyse pflanzlicher Proteine mit tels besonderer Milchsäurebakterien in Gegenwart von Kohlen wasserstoffen bekannt. In der US 4757007 (Nisshin) wird die partielle Hydrolyse von Sojaproteinen mit Proteasen in Frak tionen unterschiedlicher Löslichkeit in Trichloressigsäure, Trennung der Fraktionen bei einem pH-Wert von 7, Abtrennung nichthydrolysierter Anteile und Reinigung der Produkte durch Ultrafiltration beschrieben. Gegenstand der europäischen Pa tentanmeldung EP-A 0187048 (Novo) ist der enzymatische Abbau von Sojaproteinen durch Behandlung mit speziellen Proteasen. Aus der EP-A 0298419 (Katayama) ist die Herstellung von Pro teinhydrolysaten mit einem durchschnittlichen Molekularge wicht von 500 bis 90 000 durch schrittweisen alkalischen, sauren und/oder enzymatischen Abbau von Weizen- oder Sojapro teinen bekannt. In der EP-A 0363771 (Nestl´) wird schließlich über ein Verfahren zur Herstellung von Proteinhydrolysaten berichtet, bei dem man pflanzliche Proteine mit Salzsäure hydrolysiert, nichthydrolysierte Bestandteile abtrennt, zur Zerstörung unerwünschter chlorierter Verbindungen alkalisch stellt und die resultierenden Produkte anschließend ansäuert.

Den Verfahren des Stands der Technik ist jedoch gemein, daß die resultierenden Proteinhydrolysate hinsichtlich ihrer Farbqualität nicht die Anforderungen des Marktes nach sehr wenig gefärbten Produkten erfüllen. Die Aufgabe der Erfindung hat somit darin bestanden, derartig hellfarbige Proteinhydro lysate auf pflanzlicher Basis zur Verfügung zu stellen.

Beschreibung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung hellfarbiger pflanzlicher Proteinhydrolysate, bei dem man

a) proteinhaltige Pflanzenmehle bei einem pH-Wert außerhalb des isoelektrischen Bereiches des Proteins gegebenen falls in Gegenwart von Adsorbentien extrahiert und
b) den dabei gewonnenen Proteinextrakt in Gegenwart von Ad sorbentien in an sich bekannter Weise alkalisch, sauer und/oder enzymatisch hydrolysiert.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß sich in proteinhal tigen Pflanzenmehlen enthaltene farbverursachende Bestand teile, insbesondere Phenole, aromatische Hydroxycarbonsäuren und Phythinsäure, durch eine Extraktion des Proteins außer halb des isoelektrischen Bereich mit Basen oder vorzugsweise Säuren, gegebenenfalls in Gegenwart von Adsorbentien bei 30 bis 80 und vorzugsweise 40 bis 50°C abtrennen lassen. Noch in Spuren vorhandene Farbträger lassen sich schließlich entfer nen, wenn man die nachfolgende Hydrolyse der Proteinisolate in Gegenwart beispielsweise von Aktivkohle durchführt.

Pflanzenmehle

Im Hinblick auf die Durchführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dieses nicht an die Natur des eingesetzten Pflanzenmehles gebunden. In der Praxis wird sich die Auswahl der Einsatzstoffe jedoch in erster Linie nach Verfügbarkeit und Proteingehalt richten. Typische Beispiele sind daher Mandelmehl, Getreidemehl, insbesondere Weizenmehl, Kartof felmehl und vorzugsweise Sojamehl sowie deren Gemische. Ty pischerweise verfügen die genannten, kommerziell verfügbaren Mehle über einen Proteinanteil von ca. 40 bis 50 Gew.-%.

Extraktionsverfahren

Das erfindungsgemäße Verfahren schließt die Erkenntnis ein, daß pflanzliche Proteine in der Umgebung ihres isoelektri schen Punktes bzw. Bereiches ein Löslichkeitsminimum aufwei sen. Demzufolge kann die Extraktion des Proteins aus den proteinhaltigen Pflanzenmehlen bei einem pH-Wert entweder unterhalb oder oberhalb des isoelektrischen Bereiches des Proteins durchgeführt werden. In der Praxis kommt beispiels weise eine alkalische Extraktion bei pH-Werten im Bereich von 8 bis 14 und vorzugsweise 8,5 bis 10 in Betracht. Im Hinblick auf die Farbqualität der resultierenden Hydrolysate hat sich jedoch eine saure Extraktion bei pH-Werten im Bereich von 1 bis 3 und vorzugsweise 2 bis 2,5 als besonders vorteilhaft erwiesen.

Zur Durchführung der Extraktion wird das Pflanzenmehl zu nächst in einer ausreichenden Menge Wasser gegebenenfalls unter Erwärmen dispergiert und dann mit einer Säure oder Ba se, vorzugsweise Salzsäure, Citronensäure oder Natronlauge auf den gewünschten pH-Wert eingestellt. Das Protein geht dabei in Lösung, während Kohlenhydrate, Fette und vor allem die unerwünschten potentiellen Farbträger im unlöslichen Rückstand verbleiben, der beispielsweise über Filternutschen, Filterpressen oder Separatoren vom Wertfiltrat abgetrennt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Extraktion mehrfach durchführt, d. h., das Protein wird aus dem bei der ersten Extraktion erhaltenen Filtrat gefällt, gewaschen, in Wasser redispergiert, mit Säure oder Base erneut in Lösung gebracht und der Rückstand wieder abgetrennt. Dieses Verfah ren kann grundsätzlich in beliebiger Anzahl wiederholt wer den, in der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß mehr als drei Durchläufe zu keiner meßbaren Farbverbesserung in den End produkten führen. Zur Steigerung der Ausbeute können die verbleibenden unlöslichen Rückstände, gegebenenfalls nach Vereinigung, erneut extrahiert werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in einem pH-Wert-Wechsel während der Ex traktion. Hierunter ist zu verstehen, daß man die Extraktion in zwei Stufen, d. h. zunächst im alkalischen Bereich und dann im sauren Milieu oder umgekehrt durchführt. Falls gewünscht, können die Proteinhydrolysate vor der Hydrolyse durch Ultra- und/oder Diafiltration weiter gereinigt werden; ein derarti ger Schritt kann sich auch an die Hydrolyse anschließen.

Der Feststoffgehalt der nach der Extraktion erhältlichen wäßrigen Lösungen wird durch die Menge an Wasser bestimmt, die zur Dispergierung erforderlich ist und liegt in der Regel bei 5 bis 40, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%. Bezogen auf den Feststoff liegt der Anteil an Pflanzenproteinen oberhalb von 80, vorzugsweise bei 90 bis 98 Gew.-%.

Adsorbentien

Zur Entfernung von Restspuren an unerwünschten Farbverursa chern hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die durch Ex traktion vorgereinigten Proteinisolate zusammen mit geeig neten Adsorbentien in die Hydrolyse einzusetzen. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung können die Adsor bentien auch bereits auf der Stufe der Extraktion zugesetzt werden. Als Adsorbentien kommen beispielsweise Kieselgele, Aluminiumoxide und vorzugsweise Aktivkohlen in Betracht, die in Mengen von 0,1 bis 15, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-% - be zogen auf den Stickstoffgehalt der Proteinisolate - einge setzt werden können.

Hydrolyseverfahren

Die Hydrolyse der durch Extraktion vorgereinigten Proteiniso late kann in an sich bekannter Weise auf alkalischem, saurem und/oder enzymatischem Wege erfolgen, wobei letzterer bevor zugt ist. Hierzu wird üblicherweise eine alkalische wäßrige Suspension des Proteinisolats mit geeigneten Enzymen, bei spielsweise Proteasen, und dem Adsorbens versetzt und über einen Zeitraum von 1 bis 24 h im Temperaturoptimum der ein gesetzten Enzyme, beispielsweise bei 50 bis 70°C abgebaut. Wird der Aufschluß in Gegenwart von Calciumoxid bzw. -hy droxid als Base durchgeführt, bilden sich Calciumpeptide, die vom Rückstand abfiltriert werden müssen. Werden die Alkali peptide gewünscht, empfiehlt es sich, die Calciumpeptide mit Soda- oder Pottaschelösung zu behandeln und das schwerlös liche Calciumcarbonat anschließend abzutrennen. Es ist eben falls möglich, das Calcium in Form von Calciumsulfat oder Calciumoxalat zu fällen. Die Abtrennung der schwerlöslichen Salze erfolgt vorzugsweise in Gegenwart von Filterhilfsmit teln über Filternutschen oder Filterpressen. Es werden wäß rige Proteinhydrolysatlösungen erhalten, die nach Bedarf beispielsweise unter Einsatz von Fallstromverdampfern auf konzentriert werden können. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Hydrolysate weisen ein mittleres Mo lekulargewicht im Bereich von 100 bis 30 000, vorzugsweise 100 bis 10 000 und insbesondere 2000 bis 5000 auf sowie einen Feststoffgehalt von etwa 5 bis 50 Gew.-%.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen pflanz lichen Proteinhydrolysate zeichnen sich durch eine besonders vorteilhafte Farbqualität aus.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ihre Verwen dung als Inhaltsstoffe oberflächenaktiver Mittel, beispiels weise als Schmutzdispergatoren in flüssigen Waschmitteln oder die Hautverträglichkeit verbessernde Komponenten in kosmeti schen Mitteln.

Ein letzter Gegenstand der Erfindung betrifft schließlich ihre Verwendung zur Herstellung von hellfarbigen pflanzlichen Folgeprodukten wie beispielsweise N-acylierten, N-alkylier ten, veresterten sowie N-acylierten bzw. N-alkylierten und außerdem veresterten Proteinhydrolysaten.

Die folgenden Beispiele sollen den Gegenstand der Erfindung näher erläutern.

Beispiele I. Herstellung der Proteinisolate Beispiel 1

In einem 10-m³-Rührkessel wurden 400 kg Sojamehl (Proteinge halt: ca. 48 Gew.-%) vorgelegt und in 4000 l Wasser suspen diert. Durch Zugabe von konz. Salzsäure wurde der pH-Wert der Lösung auf 2,5 abgesenkt, wobei das Protein in Lösung ging. Anschließend wurde die wäßrige Lösung vom Rückstand abge trennt.

Beispiel 2

Die wäßrige Proteinlösung aus Beispiel 1 wurde durch Zugabe von Natronlauge auf einen pH-Wert von 4,5 eingestellt und das Sojaprotein ausgefällt. Der Rückstand wurde mehrmals gewa schen, in Wasser redispergiert und durch Zugabe von Salzsäure (pH-Wert = 2,5) gelöst.

Beispiel 3

Analog Beispiel 1 wurden 400 kg Mandelmehl (Proteingehalt ca. 42 Gew.-%) in 4000 l Wasser suspendiert, mit Salzsäure auf einen pH-Wert von 2 eingestellt und anschließend über einen Separator getrennt.

Beispiel 4

Analog Beispiel 1 wurden 400 kg Weizenprotein (Proteingehalt ca. 40 Gew.-%) und 20 kg Aktivkohle in 4000 l Wasser suspen diert, mit Salzsäure auf einen pH-Wert von 2 eingestellt, 0,5 h bei 40°C gerührt und über einen Separator getrennt.

Beispiel 5

Analog Beispiel 1 wurden 400 kg Kartoffelprotein (Proteinge halt ca. 45 Gew.-%) in 4000 l Wasser suspendiert, mit Salz säure auf einen pH-Wert von 2 eingestellt und anschließend filtriert.

Beispiel 6

Analog Beispiel 1 wurden 400 kg Sojamehl unter Zusatz von 20 kg Aktivkohle in 4000 l Wasser suspendiert, mit Natronlauge auf einen pH-Wert von 9 eingestellt und bei 45°C 1 h lang gerührt, wobei das Sojaprotein in Lösung ging. Anschließend wurde die wäßrige Lösung vom Rückstand über einen Separator abgetrennt. Der Rückstand wurde erneut extrahiert und die vereinigten Extrakte gemeinsam weiterverarbeitet.

Beispiel 7

Die wäßrige Proteinlösung aus Beispiel 6 wurde durch Zugabe von Salzsäure auf einen pH-Wert von 4,5 eingestellt und das Sojaprotein ausgefällt. Der Rückstand wurde mehrmals gewa schen, in Wasser redispergiert und wiederum durch Zugabe von Natronlauge (pH-Wert 10) gelöst.

II. Herstellung der Proteinhydrolysate

In einem 15-m³-Rührkessel wurden 9000 l Wasser vorgelegt und bei 55 bis 60°C mit 3 kg Natriumsulfit und 30 kg Aktivkohle versetzt. Anschließend wurden 1000 kg Sojaisolat (gemäß Bei spiele 1 bis 7) zugesetzt und zu einer 10gew.-%igen Suspen sion verrührt. Danach wurde der pH-Wert der Reaktionsmischung durch Zugabe von Calciumoxid auf 9,5 eingestellt und 5 kg Al calase zugegeben. Der enzymatische Abbau wurde bei 60°C über einen Zeitraum von 2 h durchgeführt.

Nach Abschluß des enzymatischen Hydrolyseschrittes wurde der pH-Wert der Mischung durch Zugabe von Salzsäure auf 4,2 ein gestellt. Anschließend wurde der Reaktionsansatz auf 80°C erhitzt, mit weiteren 10 kg Aktivkohle und 120 kg Filter hilfsmittel (Perlite® P50) versetzt und 30 min gerührt.

Anschließend wurde das Reaktionsprodukt über eine Filterpres se filtriert und das Filtrat mit Calciumoxid auf einen pH- Wert von 11,5 eingestellt. Nach einer Verweilzeit von 30 min bei 90°C wurde die Lösung filtriert, mit Sodalösung versetzt und die ausgefallenen Calciumsalze abermals über eine Filter presse abgetrennt. Das Filtrat wurde in einem Fallstromver dampfer bis zu einem Gehalt von 41% Brix aufkonzentriert und nach einer Lagerzeit von 3 Tagen abschließend blank fil triert.

Die Lovibond-Farbzahlen der Proteinhydrolysate wurden in ei ner 1-cm-Küvette gemäß DIN ISO 4630 nach 4-wöchiger Lagerung des Hydrolysates bei 40°C bestimmt. Als Vergleichswerte die nen die Farbzahlen von Hydrolysaten, die auf Basis der Iso late nach den Beispielen 1 bis 7, jedoch ohne Einsatz von Ak tivkohle in der Extraktion und/oder Hydrolyse erhalten wur den. Die Ergebnisse sind in der Tabelle zusammengefaßt:

Tabelle

Claims

1. Verfahren zur Herstellung hellfarbiger pflanzlicher Pro teinhydrolysate, bei dem man

a) proteinhaltige Pflanzenmehle bei einem pH-Wert au ßerhalb des isoelektrischen Bereiches des Proteins gegebenenfalls in Gegenwart von Adsorbentien extra hiert und
b) den dabei gewonnenen Proteinextrakt in Gegenwart von Adsorbentien in an sich bekannter Weise alka lisch, sauer und/oder enzymatisch hydrolysiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Sojamehl, Mandelmehl, Getreidemehl und/oder Kartof felmehl einsetzt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Extraktion bei einem pH-Wert un terhalb des isoelektrischen Bereiches des Proteins durchführt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Extraktion bei einem pH-Wert ober halb des isoelektrischen Bereiches des Proteins durch führt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Extraktion mehrfach durchführt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Extraktion in zwei Stufen, zunächst im alkalischen Bereich und dann im sauren Mi lieu oder umgekehrt durchführt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß man als Adsorbens Aktivkohle in Mengen von 0,1 bis 15 Gew.-% - bezogen auf den Stickstoffgehalt des Proteinisolates - einsetzt.

8. Verwendung der hellfarbigen pflanzlichen Proteinhydroly sate nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7 als Inhaltsstoffe für oberflächenaktive Mittel.

9. Verwendung der hellfarbigen pflanzlichen Proteinhydroly sate nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von hellfarbigen pflanzlichen N-acylierten, N-alkylierten, veresterten sowie N-acylierten bzw. N- alkylierten und außerdem veresterten Proteinhydrolysa ten.