DE60121280T2

DE60121280T2 - Verfahren zur Entaromatisierung von sojahaltigen Materialen

Info

Publication number: DE60121280T2
Application number: DE60121280T
Authority: DE
Inventors: Ahmad Mundelein Akashe; Jay Katcher; Azza Northbrook Hassanein
Original assignee: Kraft Foods Holdings Inc
Current assignee: Intercontinental Great Brands LLC
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: EP1210879A1; US20020102339A1; UA75330C2; RU2280374C2; DE60121280D1; PL350933A1; ES2267688T3; NO20015830D0; EP1210879B1; CA2364096A1; ATE332086T1; US20080299607A1; CZ20014248A3; NO20015830L; US6787173B2; US7771762B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein die Verarbeitung von aus Soja stammenden Materialien für den Einsatz in verschiedenen Nahrungsmittelprodukten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren der Geschmacksentziehung aus Sojamaterialien, um sie in einem weiten Nahrungsmittelbereich akzeptabel zu machen.
In den letzten Jahren haben Sojaproteine in Nahrungsmittelprodukten weithin Verwendung gefunden, um aus ihrem Einsatz Nutzen für die Gesundheit zu ziehen. Bei einigen Anwendungen, wie etwa fleischähnlichen Produkten, ist der Geschmack der Sojamaterialien nicht zu beanstanden. Bei einigen Verwendungen jedoch, wie milchähnlichen Produkten, Getränken und dergleichen, kann der in Sojamaterialien anzutreffende Geschmack ihre leichte Akzeptanz durch den Verbraucher verhindern. Um den Einsatz von Sojamaterialien auszuweiten, suchten die Erfinder somit ein Verfahren der Reduzierung der Geschmackskomponenten von Sojamaterialien. Es war jedoch zweifelhaft, dass Verfahren, die bisher zur Entfernung von Geschmackskomponenten aus anderen organischen Materialien Anwendung fanden, bei der Behandlung von Sojamaterialien erfolgreich sein würden. Da organische Materialien komplizierte Zusammensetzungen haben, musste geprüft werden, ob irgendein gegebenes Verfahren bei ihrer Behandlung zufriedenstellende Ergebnisse liefert.
Ein Beispiel der früher benutzten Verfahren zur Reinigung organischer Materialien ist in US-Patent Nr. 4,477,480 zu finden, in dem die Patentinhaber zeigen, dass Stärke mit einem Alkali behandelt werden kann, um unangenehme Geschmacksstoffe zu entfernen. Bei dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 4,761,186 dient Ultrafiltration zur Reinigung von Stärke. In beiden Fällen werden Geschmackskomponenten aus der Stärke entfernt, in dem '480-Patent durch Löslichmachung der Geschmackskomponenten, so dass sie aus der relativ unlöslichen Stärke ausgewaschen werden können. In dem '186-Patent wurde die Ultrafiltration angewandt, um die Geschmackskomponenten als Permeat zu entfernen, während die unlösliche Stärke in einer wässrigen Aufschlämmung verblieb. Demgegenüber trennt die vorliegende Erfindung Geschmackskomponenten von löslichen, hochmolekularen Sojaproteinen.
Es gibt viele Artikel und Patente, die sich auf die Verarbeitung von Sojamaterialien zur Gewinnung des Proteingehalts beziehen und die gleichzeitig die Geschmacksverbindungen verringern, um die Proteine in Nahrungsmittelprodukten akzeptabler zu machen. Diese früheren Beschreibungen waren jedoch nicht spezifisch auf die Entfernung von Geschmacksverbindungen und die Gewinnung von möglichst viel Protein gerichtet. Ein Beispiel ist das US-Patent Nr. 4,420,425, bei dem Proteinbestandteile der Soja bei einem pH von 7 bis 11, vorzugsweise etwa 8, löslich gemacht und nach Ultrafiltration durch eine Membran mit einer Molekulargewichtsgrenze von mehr als 70.000 durch Sprühtrocknung der zurückgehaltenen Sojaproteine gewonnen werden. Bei Varianten wird nur ein Teil des Proteins bei tieferen pH-Werten löslich gemacht und der Ultrafiltration mit einer Membran mit einer Molekulargewichtsgrenze von vorzugsweise mehr als 100.000 unterworfen; es wurde gefunden, dass das Produkt verbesserte Farbe und verbesserten Geschmack aufweist. Bei einem anderen Patent, dem US-Patent 5,658,714 wird eine Sojamehlaufschlämmung auf den pH-Bereich von 7 bis 10 eingestellt, um Proteine löslich zu machen, die dann durch eine Ultrafiltrationsmembran hindurchgehen, während Phytat und Aluminium vermutlich als Feststoffe zurückgehalten werden. Obgleich die Molekulargewichtsgrenze der Membran nicht angegeben wurde, wird angenommen, dass die Porengröße groß war, damit die löslichen Proteine die Membran passieren konnten. Beide Patente enthalten ausgedehnte Diskussionen der Bemühungen anderer um die Verarbeitung von Sojamaterialien.
In einer Gruppe verwandter Patente beschreibt die Mead Johnson Company Verfahren zur Löslichmachung von Sojaproteinen durch pH-Erhöhung einer wässrigen Lösung von Sojamaterialien und Gewinnung der Proteine, die einen milden Geschmack haben sollen. In US-Patent Nr. 3,995,071 wurde der pH auf 10,1 bis 14 (vorzugsweise 11 bis 12) erhöht, um Sojaproteine löslich zu machen, worauf der pH auf etwa 6 bis 10 herabgesetzt wurde, und die Ultrafiltration mit einer Membran einer Molekulargewichtsgrenze von 10.000 bis 50.000 Dalton wurde benutzt, um die Proteine zurückzuhalten, während Kohlenhydrate und Mineralien abgestoßen wurden. In dem US-Patent Nr. 4,072,670 wurde die Betonung gelegt auf die Entfernung von Phytaten und Phytinsäure durch Löslichmachung von Proteinen bei einem pH von 10,6 bis 14 und einer Temperatur von 10 bis 50°C, um die Phytate und Phytinsäure unlöslich zu machen, dann ihre Abtrennung und schließlich die Ansäuerung der Lösung auf einen pH von etwa 4 bis 5, um die Sojaproteine auszufällen. In US-Patent Nr. 4,091,120 werden Sojaproteine bei einem pH von weniger als 10, vorzugsweise 7 bis 9 löslich gemacht, und die Ultrafiltration diente zur Abtrennung der Proteine als Retentat, während Kohlenhydrate als Permeat die Membran passierten.
UK-Patentschrift Nr. 1 580 051 lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines pflanzlichen Proteinprodukts, bei dem man eine wässrige Aufschlämmung aus entfettetem Sojamehl bildet, unlösliches Material entfernt, den pH der anfallenden geklärten Lösung in Gegenwart von 0,2 M bis 1 M eines Alkalimetallhalogenids auf 9 bis 12 einstellt, anschließend den pH des Gemisches auf 6 bis 8 verringert und dann das resultierende Gemisch ultrafiltriert, um ein Sojaproteinisolat zu erhalten.
Die jetzigen Erfinder hatten das Ziel, Verbindungen in Sojamaterialien zu entfernen, die zu Farbe und Geschmack beitragen und bei dem Einsatz von Soja in bestimmten Nahrungsmittelprodukten, wie Getränken, milchähnlichen Produkten und dergleichen, stören. Sie haben gefunden, dass aus Soja abgeleitete Materialien durch das unten zu beschreibende Verfahren mit Erfolg behandelt werden können, wobei im Wesentlichen alle Proteine gewonnen und die Verbindungen abgestoßen werden, die unerwünschte Farbe und unerwünschten Geschmack verursachen. Das Produkt ist somit für viele Nahrungsmittelprodukte geeignet.
Summarischer Abriss der Erfindung
Die Erfindung ist kurz gesagt ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Sojazusammensetzung mit einer Sojakonzentration von etwa 1 bis 20 Gew.-%, die pH-eingestellt ist, um den Proteingehalt löslich zu machen und die Geschmacksverbindungen freizusetzen. Dann wird die Zusammensetzung der Ultrafiltration mit einer Membran unterworfen, die im Wesentlichen den gesamten Proteingehalt der Soja zurückhalten kann, während Geschmacks bestandteile als Permeat entfernt werden.
Nach einem Aspekt ist die Erfindung ein Verfahren der Geschmackentziehung aus von Soja abgeleiteten Materialien, bei dem man

(a) eine wässrige Zusammensetzung eines lösliche Sojaproteine, Geschmacksstoffverbindungen und unlösliche Materialien enthaltenden Sojamaterials herstellt,
(b) erstens die Sojaproteine durch Erhöhen des pH der wässrigen Zusammensetzung von (a) in den Bereich von 9 bis 12 löslich macht und die genannten Geschmacksstoffverbindungen freisetzt,
(c) zweitens die pH-eingestellte wässrige Zusammensetzung von (b) unter geeigneten Ultrafiltrationsbedingungen an eine Ultrafiltrationsmembran mit einer Molekulargewichtsgrenze bis zu 50.000 Dalton leitet, wobei die Geschmacksstoffverbindungen durch die Membran hindurchgehen, um daduruch ein die Geschmacksstoffverbindungen und durch die Membran hindurchgegangenes Wasser enthaltendes Permeat und ein Retentat zu bilden, das die durch Permeatentfernung verarmte wässrige Zusammensetzung ist,
(d) die Geschmacksstoffverbindungen und Wasser, die in (c) abgetrennt wurden, an eine Umkehrosmosemembran leitet und durch die Umkehrosmosemembran hindurchgegangenes Wasser abtrennt,
(e) in (d) abgetrenntes Wasser und in (c) abgetrenntes Retentat zu der wässrigen Zusammensetzung der Stufe (b) zurückführt,
(f) die die Umkehrosmosemembran nach der Wasserabtrennung in Stufe (d) verlassenden Geschmacksstoffverbindungen gewinnt,
(g) einen Teil des Retentats als geschmacksentzogenes Sojamaterial abzieht, und
(h) das geschmacksentzogene Sojamaterial aus dem abgezogenen Teil der Stufe (g) gewinnt.

Nach einem anderen Aspekt ist die Erfindung ein Verfahren der Geschmacksentziehung aus von Soja abgeleiteten Materialien, bei dem man

(a) eine wässrige Zusammensetzung eines Sojamaterials herstellt, das lösliche Sojaproteine, Geschmacksstoffver bindungen und unlösliche Materialien enthält,
(b) erstens die Sojaproteine durch Erhöhung des pH der wässrigen Zusammensetzung von (a) in den Bereich von 9 bis 12 löslich macht und die Geschmacksstoffverbindungen freisetzt,
(c) zweitens die pH-eingestellte wässrige Zusammensetzung von (b) unter geeigneten Ultrafiltrationsbedingungen an eine Ultrafiltrationsmembran mit einer Molekulargewichtsgrenze bis zu 50.000 Dalton leitet, wobei die Geschmacksstoffverbindungen durch die Membran hindurchgehen, um dadurch ein die Geschmacksstoffverbindungen und durch die Membran hindurchgegangenes Wasser enthaltendes Permeat und ein Retentat zu bilden, das die durch Permeatentfernung verarmte wässrige Zusammensetzung ist,
(d) die Geschmacksstoffverbindungen aus dem Permeat gewinnt,
(e) das Retentat von (c) zu der wässrigen Zusammensetzung der Stufe (b) zurückführt,
(f) dem mit der wässrigen Zusammensetzung von (b) vereinigten Retentat Wasser zusetzt, um eine vorbestimmte Konzentration der Sojamaterialien zu erreichen, und
(g) die Stufen (c) und (d) bis (f) wiederholt, bis die Geschmacksverbindungen in dem Permeat entfernt worden sind.

Die Stufe der pH-Einstellung in den Bereich von 9 bis 12 kann mit einem Alkali, wie Natrium-, Kalium- oder Calciumhydroxid erfolgen, um den Proteingehalt löslich zu machen und die Freisetzung der Geschmacksstoffverbindungen zu veranlassen und die Abtrennung dieser Verbindungen durch Ultrafiltration zu ermöglichen.
Das Verfahren zur Geschmacksentziehung aus Sojamaterialien kann ein kontinuierliches Verfahren umfassen, bei dem ein pH-eingestelltes wässriges Gemisch von Sojamaterialien an eine Ultrafiltrationsmembran geleitet wird, um die Geschmackskomponenten abzutrennen. Das Geschmackskomponenten und Wasser enthaltende Permeat wird an eine Umkehrosmosemembran geleitet, um das Permeat zu entwässern, und das abgetrennte Wasser wird zur Vereinigung mit zurückgeführtem Retentat und frischen pH-eingestellten Sojamaterialien zurückgeführt. Ein Teil des Retentats wird kontinuierlich entfernt, und die geschmacksentzogenen Sojamaterialien werden gewonnen.
Alternativ kann die Erfindung ein Verfahren zur Geschmacksentziehung aus Sojamaterialien in einem Chargenverfahren oder halbkontinuierlichen Verfahren umfassen, bei dem ein pH-eingestelltes wässriges Gemisch von Sojamaterialien an eine Ultrafiltrationsmembran geleitet wird, das Permeat zur Gewinnung der Geschmackskomponenten abgetrennt wird und das Retentat zur Vereinigung mit frischen pH-eingestellten Sojamaterialien zurückgeführt wird. Periodisch oder kontinuierlich wird Wasser zugesetzt, um das an das Permeat verlorene Wasser zu ersetzen und die Konzentration der Sojamaterialien in dem vereinigten Strom auf einen vorbestimmten Wert einzustellen. Das Verfahren wird fortgesetzt, bis alle Geschmacksstoffverbindungen entfernt worden sind.
Die bei dem Verfahren der Erfindung benutzte Ultrafiltrationsmembran wird eine Molekulargewichtsgrenze bis zu 50.000 Dalton, vorzugsweise 1.000 bis 50.000, insbesondere etwa 10.000 Dalton haben und ist vorzugsweise eine Polyethersulfonmembran oder keramische Membran.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine graphische Darstellung der Intensität von Sojageschmacksmerkmalen.
2 ist eine graphische Darstellung der Intensität geschmacksentzogener Sojamilch im Vergleich zu einer Kontrollprobe.
3 ist eine graphische Darstellung der Intensität einer anderen Gruppe von Sojageschmacksmerkmalen.
4 ist eine graphische Darstellung der Intensität eines geschmacksentzogenen Sojakonzentrats und einer Kontrollprobe im Vergleich zu der Probe der 3.
5 ist eine graphische Darstellung der Intensität eines geschmacksentzogenen Sojakonzentrats und einer Kontrollprobe.
6 ist eine graphische Darstellung, die die Änderung der Konzentration der Geschmacksverbindungen zwischen einer geschmacksentzogenen Sojaprobe und einer Kontrollprobe zeigt.
7 ist eine graphische Darstellung, die die Änderung der Konzentration der Geschmacksverbindungen zwischen einer geschmacksentzogenen Sojaprobe und einer Kontrollprobe zeigt.
8 ist ein Blockdiagramm eines Verfahrens unter Benutzung der Erfindung.
9 ist eine graphische Darstellung der Intensität der Geschmacksmerkmale von Sojaisolat.
10 ist eine graphische Darstellung der Intensität des geschmacksentzogenen Sojaisolats im Vergleich zu einer Kontrollprobe.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Von Soja abgeleitete Materialien
Sojabohnen sind wertvolle Ausgangsstoffe für Öl und nach der vorliegenden Erfindung für Proteine. Sojabohnen enthalten etwa 40% Proteine, die nach Ultrazentrifugierung als 2, 7, 11S und 15S klassifiziert wurden (siehe auch US-Patent Nr. 4,420,425). Diese Fraktionen können auch andere Materialien enthalten, und sie haben einen breiten Molekulargewichtsbereich. Es ist bekannt, dass Sojaprodukte unerwünschte Gerüche und Geschmäcke haben, die entfernt werden sollten, um die Sojamaterialien in Nahrungsmittelprodukten weithin einsetzbar zu machen. Es wird angenommen, dass Lipoxygenasen die Oxidation gewisser mehrfach ungesättigter Fettsäuren katalysieren und dabei Wasserstoffperoxide bilden, die zu flüchtigen Carbonylverbindungen abgebaut werden, die mit den unangenehmen Gerüchen und Geschmäcken von aus Soja abgeleiteten Materialien behaftet sind. Einige der mit Soja-Geschmacksstoffen verbundenen Verbindungen sind unten in Tabelle C in Beispiel 10 beschrieben.
Während der Proteingehalt der aus Soja abgeleiteten Materialien bei Verwendung in Nahrungsmittelprodukten als eine wertvolle Fraktion angesehen wird, werden lösliche Kohlenhydrate als unerwünscht betrachtet. Ihre Entfernung aus Sojaproteinfraktionen ist eine Aufgabe bei vielen Verfahren, bei denen die Proteine gewonnen werden.
Phytate sind Verbindungen, die in Sojaproteinen ebenfalls als unerwünscht angesehen werden. Diese Verbindungen sind Calcium-Magnesium-Kalium-Salze der Inosit-Hexaphosphorsäure. Diese Verbindungen chelieren vermutlich Metallionen und werden nicht leicht durch den menschlichen Körper absorbiert. Man nimmt an, dass sie sich mit Sojaproteinen verbinden und die Verdauung stören. Wie oben erwähnt war die Entfernung von Phytaten eine Aufgabe der Arbeiter auf dem Gebiet der von Soja abgeleiteten Materialien.
Ultrafiltrationsmembranen
Filtration wird benutzt, um viele Materialien zu trennen. Bei der vorliegenden Erfindung dient die Ultrafiltration zur Entfernung von Geschmacksverbindungen aus von Soja abgeleiteten Materialien. Die Ultrafiltration soll Teilchen entfernen, die eine Größe von 10 bis 1000 Angström (0,001 bis 0,1 μm), entsprechend allgemein Teilchen mit einem Molekulargewicht zwischen 10.000 und 1.000.000, haben und die auch durch die Gestalt dieser hochmolekularen Teilchen die Materialien beeinträchtigen können. Sojaproteine haben einen Molekularbereich zwischen etwa 3.000 und 600.000. Es kann eine Membran ausgewählt werden, die alle Sojaproteine oder nur einen ausgewählten Teil passieren lässt. Bei der vorliegenden Erfindung werden die Sojaproteine unter den gewählten Betriebsbedingungen durch die Ultrafiltrationsmembran zurückgehalten, während die niedermolekularen Geschmacksverbindungen durch die Membran hindurchgehen und abgetrennt werden, so dass die Farbe und der Geschmack der zurückgehaltenen Sojaprateine und begleitenden Feststoffe verbessert werden.
Eine Ultrafiltrationspolymermembran kann als eine anisotrope (ungleichmäßige) Schicht definiert werden. Eine Seite ist eine Poren enthaltende Haut, die die Größe der Moleküle bestimmt, die die Membran passieren können. Die Unterstützung der Oberflächenhaut ist eine schwammige Struktur, die sich zu der entgegengesetzten Seite erstreckt. Diese Membranen werden üblicherweise durch Koagulation von Polymeren in einem wässrigen Bad hergestellt. Typische Polymere, die eingesetzt werden, sind Polysulfone, Zelluloseester, Poly(vinylidenfluorid), Poly(dimethylphenylenoxid), Poly(acrylnitril), die zu Membranen vergossen werden können. Oft werden die Membranen zu Hohlrohren ausgebildet, die zu Bündeln zusammengestellt werden, durch die die zu filtrierende Lösung hindurchgeht. Alternativ können ebene Membranenfolien und Spiralausbildungen benutzt werden. In der kommerziellen Praxis wird Druck angewandt, um den Durchgang der niedermolekularen Verbindungen durch die Membran zu erleichtern. Die Membran muss den angewandten Drucken standhalten können, weshalb es wichtig ist, dass die schwammige Trägerstruktur gleichmäßig ist, damit ein Reißen der Oberflächenhaut und Umgehen der Membran vermieden wird.
Neben den eben beschriebenen polymeren Membranen wurden andere Materialien zur Herstellung von Ultrafiltrationsmembranen benutzt, wie keramische Stoffe und gesinterte Metalle. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine besondere Membranart beschränkt. Im Allgemeinen muss die Membran die Geschmacksverbindungen durchlassen können, die vermutlich Molekulargewichte von weniger als 1.000 Dalton haben. Wichtiger ist, dass die Membranen im Wesentlichen alle löslich gemachten Sojaproteine zurückhalten können. Somit wird die Membran der Erfindung eine Molekulargewichtsgrenze bis zu etwa 50.000 Dalton, vorzugsweise etwa 1.000 bis 50.000, bevorzugter 10.000 bis 30.000 haben.
Verfahren
Das Verfahren der Erfindung umfasst die folgenden Stufen:

• Herstellen eines wässrigen Gemisches des aus Soja abgeleiteten Materials;
• Hinzufügen einer Base, um den pH des wässrigen Gemisches auf 9 bis 12 zu erhöhen, um die Sojaproteine löslich zu machen und die Geschmacksverbindungen freizusetzen;
• Leiten des pH-eingestellten Gemisches an eine Ultrafiltrationsmembran mit einer Molekulargewichtsgrenze bis zu 50.000, Entfernen der Geschmacksverbindungen als Permeat und Entfernen der verbleibenden Sojaproteine und anderen Sojamaterialien als Retentat;
• Neutralisieren des Retentats und Gewinnen der Sojaproteine.

Die erste Stufe erfordert wenig Diskussion. Alle Arten von Sojamaterialien werden als potentielle Soja-Ausgangsstoffe für den Einsatz in Nahrungsmittelprodukten angesehen. So werden Sojamaterialien, die Proteine enthalten, zu einem wässrigen Gemisch, im Allgemeinen einer Aufschlämmung von Sojafeststoffen, vereinigt. Der Proteingehalt ist für Nahrungsprodukte nötig, aber – wie oben diskutiert – sind vermutlich Geschmacksverbindungen enthalten, die freigesetzt werden müssen, damit sie abgetrennt werden können. Die Abtrennung von Geschmacksverbindungen wird in einem wässrigen Gemisch vorgenommen, in dem Proteine und Geschmacksverbindungen gelöst sind. Die Konzentration der Sojamaterialien in dem wässrigen Gemisch wird in dem Bereich von 1 bis 20 Gew.-% liegen. Im Allgemeinen ändert sich die Konzentration der Sojamaterialien nach der pH-Einstellung während der anschließenden Ultrafiltrationsstufe, da Wasser mit dem Permeat entfernt wird. Das Wasser wird entweder periodisch oder kontinuierlich ersetzt. Bei der Diafiltration wird z. B. Wasser in einem Chargenverfahren oder einem halbkontinuierlichen Verfahren zugesetzt, um die zurückgehaltenen Proteine allmählich zu verdünnen.
Wie aus den Beispielen ersichtlich, ist die zweite Stufe wichtig, wenn die Geschmacksverbindungen zu entfernen sind. Die Sojaproteine werden durch Zugabe einer Base zu dem wässrigen Gemisch zur Erreichung eines pH von 9 bis 12 löslich gemacht. Im Allgemeinen wurde gefunden, dass ein pH von 9 nötig ist, um alle Proteine löslich zu machen, während ein pH von mehr als 12 wahrscheinlich einen unerwünschten Abbau der Proteine verursacht. Während theoretisch eine beliebige Base eingesetzt werden könnte, werden Natrium- oder Kaliumhydroxid, insbesondere Kaliumhydroxid bevorzugt. Andere Basen, die angewandt werden können, sind Calcium-, Magnesium- und Ammoniumhydroxid. Man nimmt an, dass Löslichmachung der Sojaproteine ihre räumliche Form verändert und in mancher Weise zur Freisetzung der Geschmacksverbindungen führt, die von den Sojaproteinen gebunden oder in sie eingebettet sein können, wenn die Proteine in einer neutralen oder sauren Lösung sind. Die Geschmacksverbindungen, die relativ niedrige Molekulargewichte im Vergleich zu den Sojaproteinen haben, können die Poren der Ultrafiltrationsmembran passieren, während im Wesentlichen alle löslich gemachten Sojaproteine zu groß sind und zurückgehalten werden.
Die dritte Stufe könnte chargenweise durchgeführt werden ähnlich den unten in den Beispielen 1–5 berichteten Laborversuchen, bei denen die Geschmacksverbindungen und Wasser die Membran passieren und durch fließendes Wasser entfernt wurden. Bei kommerziellen Anwendungen des Verfahrens der Erfindung würde man jedoch das pH-eingestellte wässrige Gemisch kontinuierlich an einer Ultrafiltrationsmembran zirkulieren.
Ein Verfahren zur Geschmacksentziehung aus Sojamaterialien durch Ultrafiltration kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Es werden zwei Verfahren beschrieben, die kontinuierliche Verarbeitung und die chargenweise Verarbeitung (einschließlich des halbkontinuierlichen Betriebs). Es wird erwartet, dass großtechnische Verfahren sich des chargenweisen oder halbkontinuierlichen Betriebs bedienen, die für die Produktion von Sojaprodukten von Nahrungsmittelqualität besser geeignet sein sollten. Ein kontinuierliches Verfahren ist allgemein in 8 gezeigt. Bei einem kontinuierlichen oder chargenweisen Verfahren wird der pH eines wässrigen Gemisches der Sojamaterialien eingestellt, um Sojaproteine löslich zu machen und Geschmacksverbindungen freizusetzen, und dann wird das Gemisch an eine Ultrafiltrationsmembran geleitet, die durch ihre Poren den Durchtritt der niedermolekularen Geschmacksmaterialien zusammen mit Wasser (des Permeats) erlaubt, wobei die höher molekularen Sojamaterialien (das Retentat) zur Rezirkulation zurückbleiben.
Das Verfahren der 8 umfasst eine zusätzliche Verarbeitung des Permeats, um unter Benutzung einer Umkehrosmosemembran einen Teil des Wassers für die Rückführung zur Vereinigung mit dem Retentat und frischen Sojamaterialien zu gewinnen.
Bei einem Chargenverfahren, wie dem in den Beispielen 6–8 unten beschriebenen wird eine Charge Sojamaterial in einen Behälter gebracht, der pH wird eingestellt, und das Material wird einer Ultrafiltrationsmembran zugeführt. Das Permeat wird mit einer Umkehrosmosemembran getrennt, das Wasser passiert die Umkehrosmosemembran, und das Retentat wird dem Behälter zugeführt. Mit Fortschreiten des Verfahrens verarmt das Sojamaterial an den niedermolekularen Geschmacksverbindungen und Wasser und wird konzentrierter an den gewünschten Sojaproteinen.
Das Verfahren wird fortgesetzt, bis alle Geschmacksverbindungen entfernt worden sind und das Retentat genügend geschmacksfrei ist, um das Produkt zu werden, das weiter verarbeitet werden kann, wie es für die anschließende Endverwendung erforderlich ist. Ein chargenweises Verfahren oder halbkontinuierliches Verfahren kann auch die Konzentrierung des Permeats mit Rückführung von abgetrenntem Wasser ähnlich der in 8 gezeigten Rückführung umfassen.
Die Ultrafiltrationsmembran wird mit einer Druckdifferenz an der Membran betrieben, die die Wanderung der Geschmacksverbindungen, des Wassers und der anderen die Poren der Membran passierenden Materialien unterstützt, aber nicht die physikalische Festigkeit der Membran übersteigt. Ein typischer mittlerer Druck für solche Membranen ist 50 psi (345 kPa). Der Transmembrandruck (innen gegen außen) wird 15 psi (103 kPa) sein. Die Strömungsgeschwindigkeit des Beschickungsstroms wird eine ausreichende Verweilzeit für eine signifikante Permeatentfernung ergeben; sie wird aber auch zur Schaffung von Turbulenz hoch genug sein, so dass der Zugang des Beschickungsstroms zu den Membranporen nicht durch feste Ablagerungen auf den Membranwandungen behindert wird. Der Fachmann versteht, dass geeignete Betriebsparameter durch Versuche mit den zu trennenden Materialien bestimmt werden.
Die nun folgenden Beispiele 1 bis 5 sind nur zu beispielhaften Zwecken enthalten und beschreiben keine Verfahren, die in den Bereich der Ansprüche fallen.
BEISPIEL 1
Sojaproteinisolat (Protein Technology International) wurde in Leitungswasser auf eine Konzentration von 10 Gew.-% gewässert. Die wässrige Zusammensetzung wurde mit einem Magnetrührer gemischt, bis das gesamte Sojaproteinisolat vollständig dispergiert war. Der pH des Gemisches wurde unter Verwendung von Natriumhydroxid auf 11,0 eingestellt. Dann wurde die pH-eingestellte Zusammensetzung in ein Dialyserohr (Spectrum, Inc.) mit einer Molekulargewichtsporengröße von 3500 gebracht, und Leitungswasser wurde etwa 4 Stunden ununterbrochen über die Außenseite des Rohres geleitet. Die in dem Dialyserohr verbliebene Zusammensetzung wurde in ein Becherglas gegossen, neutralisiert und hinsichtlich Aroma und Geschmack bewertet. Die dialysierte Zusammensetzung wurde mit einer Probe verglichen, die in annäherend gleicher Weise behandelt wurde, aber einen pH von 6,7 hatte, und mit einer zweiten Probe, die weder dialysiert noch pH-eingestellt war. Die Blindbewertung durch mehrere Einzelpersonen zeigte, dass nur die pH-eingestellte und dialysierte Probe einen signifikant verbesserten Geschmack und ein signifikant verbessertes Aroma hatte.
BEISPIEL 2
Ein ähnlicher Test wurde mit Sojamilch (Devansoy Farms, Carrol, Iowa) durchgeführt, die in eine 10 Gew.-%ige wässrige Zusammensetzung überführt und dann pH-eingestellt und über Nacht wie in Beispiel 1 dialysiert wurde. Nach der Behandlung war der pH der Probe 8,8, und das Aroma und der Geschmack waren signifikant verbessert.
BEISPIEL 3
Beispiel 2 wurde mit Sojamilch wiederholt, die frisch hergestellt wurde durch Einweichen und Abziehen der Bohnen und dann Mahlen und Trennen der Sojamilch von dem Mehl. Nach pH-Einstellung und Dialyse wie zuvor beschrieben wurde gefunden, dass der Geschmack und das Aroma der Sojamilch signifikant verbessert waren.
BEISPIEL 4
Beispiel 3 wurde wiederholt unter Benutzung eines Dialyserohres mit einer Porengröße von Molekulargewicht 6000, und es wurden ähnliche Ergebnisse erhalten.
BEISPIEL 5
Beispiel 2 wurde wiederholt mit trockenem Sojamehl (Cargill). Das Sojamehl wurde zu einer 10 Gew.-%igen Zusammensetzung gewässert und dann wie zuvor beschrieben pH-eingestellt. Nach Dialyse über Nacht hatte die zurückbleibende Zusammensetzung in dem Dialyserohr einen pH von 8,7, und Aroma und Geschmack waren signifikant verbessert.
BEISPIEL 6
In einem großen Mischtank wurden 33 Pfund (15 kg) Sojamilch Sun Rich mit 15 Gew.-% Feststoffen mit 66 Pfund (30 kg) Wasser zu 100 Pfund (95 kg) Aufschlämmung verdünnt, die 5 Gew.-% Sojafeststoffe enthielt. Eine 1 N NaOH-Lösung wurde zur Löslichmachung der Sojaproteine langsam zugesetzt, bis ein pH von 11 erreicht war.
Eine Diafiltration der alkalisierten Sojalösung erfolgte dadurch, dass die Lösung aus dem Mischtank durch zwei parallele Hohlfasermembranen (A/G Technology Corporation) mit einer Molekulargewichtsgrenze von 10.000 Dalton und einer Oberflächengröße von 3,3 m² gepumpt wurde. Der Transmembrandruck an den Membranen war 20–50 psi (138–345 kPa). Das durch die Membran hindurchgegangene Material (Permeat) wurde gesammelt. Das zurückbleibende Material (Retentat) wurde kontinuierlich zu dem Mischtank zurückgeführt. Als 50 Pfund (22,7 kg) Permeat gesammelt worden waren, enthielt der Mischtank 50 Pfund (22,7 kg) Sojalösung. Dem Mischtank wurden weitere 50 Pfund (22,7 kg) Wasser zugesetzt. Diese Wäsche mit Zusatz von Wasser zu dem Mischtank wurde fünfmal wiederholt, worauf die Lösung in dem Mischtank auf etwa 10 Gew.-% Feststoffe konzentriert wurde, da Wasser mit dem Permeat entfernt wurde, und dann wurde die zurückgehaltene Sojalösung mit 2 Gew.-%iger Zitronensäure auf einen pH von 7,0 neutralisiert.
Die neutralisierte Lösung wurde von einer auf Geschmackssinn geschulten Personengruppe bewertet und mit einer Kontrollprobe aus Sojamilch Sun Rich verglichen, die mit Wasser auf 10 Gew.-% verdünnt, aber sonst nicht behandelt worden war. Die Sojalösungen wurden in einer blinden und zufälligen Reihenfolge vorgelegt, die Ergebnisse sind in den graphischen Darstellungen der 1 und 2 gezeigt.
1 zeigt die mittlere Intensitätsbewertungszahl für 10 Eigenschaften. Die Bewertungsgruppe schätzte bestimmte Eigenschaften bedeutender ein als andere. Bei Vergleich mit der Sojalösung, die wie oben beschrieben behandelt worden war, waren die hervortretenden Eigenschaften alle mit einer 95%igen statistischen Sicherheit verringert worden. Die Eigenschaften, die in der Kontrollprobe weniger hervortretend waren (nämlich braun, süß, sauer, salzig und bitter), wurden mit Ausnahme für „süß" verringert, das im Wert anstieg, aber die Mittelwerte der Bewertungsgruppe erreichten keine 95%ige statistische Sicherheit.
Aus den Ergebnissen ist klar, dass die Sojalösung durch Entfernung der Geschmackskomponenten geschmacksneutraler gemacht wurde.
BEISPIEL 7
10 Pfund (4,55 kg) eines Sojaproteinkonzentrats (Central Soya) wurden 15–30 Minuten in einem Tank unter hoher Rührung mit 190 Pfund (86,4 kg) Wasser gemischt, um das Sojaprotein zu wässern. Dann wurde 1 N NaOH zugesetzt, um das Sojaprotein bei einem pH von 11 löslich zu machen. In ähnlicher Weise, wie sie in Beispiel 6 beschrieben wurde, wurde die Sojaaufschlämmung durch eine Spiralmembran (Gea Niro Inc.) mit einer Molekulargewichtsgrenze von 10.000 Dalton gepumpt. Der Transmembrandruck an der Membran wurde unter 50 psi (344,7 kPa) gehalten. Der Druckabfall durch die Membran wurde unter 15 psi (103,4 kPa) gehalten. Wie in Beispiel 6 wurden 5 Wasserzugaben gemacht, als das von der Membran abgezogene Permeat die Hälfte des Ausgangsvolumens in dem Mischtank erreichte. Nach 5 Wasserzugaben wurde der pH der gewaschenen Sojalösung durch Zugabe von 0,5 N HCl auf 7,5 eingestellt und dann zur sensorischen Bewertung gefriergetrocknet.
Das geschmacksentzogene Sojaproteinkonzentrat wurde durch eine geschulte sensorische Bewertungsgruppe in sechs Eigenschaften bewertet. Die Mittelwerte für jede Eigenschaft sind für die Kontrollprobe (unbehandelt) in 3 angegeben. Bei diesem Beispiel wurde eine Differenz zwischen dem geschmacksentzogenen Sojakonzentrat und der Kontrollprobe gefunden, aber keines lag bei der 95%igen statistischen Sicherheit, obgleich alle Werte niedriger lagen. Dies ist in 4 gezeigt. Auch sind die Ergebnisse einer benutzten Blindkontrollprobe enthalten, die nach der geschmacksentzogenen Probe bewertet wurde. In diesem Fall wurde gefunden, dass die Blindkontrollprobe stärkere Geschmackseigenschaften als die ursprüngliche Kontrollprobe der 3 hat. Es wird angenommen, dass das darauf beruhte, dass die Blindkontrollprobe in diesem Beispiel nach der geschmacksentzogenen Probe getestet wurde und die Bewertungsgruppe den Eindruck hatte, bei der zweiten Bewertung der Kontrollprobe einen relativ stärkeren Geschmack zu haben. Bei Vergleich mit der Blindkontrollprobe zeigte die geschmacksentzogene Probe jedoch signifikante Unterschiede bei drei Geschmackseigenschaften bei 90- bis 95%iger statistischer Sicherheit, wie in 5 gezeigt ist.
BEISPIEL 8
Die für den Geschmacksentzug aus Sojaproteinen benutzte Membran sollte eine Molekulargewichtsgrenze von 10.000 Dalton haben, die sich in den Beispielen 6 und 7 als wirksam gezeigt hat. Eine Membran mit höherer Molekulargewichtsgrenze kann falls gewünscht eingesetzt werden, aber bei einer Molekulargewichtsgrenze von 50.000 Dalton gingen einige wertvolle Proteine mit dem Permeat verloren, wie in diesem Beispiel gezeigt wird.
5 Pfund (2,27 kg) trockenes Sojaisolat (Supro-670 PTI) wurden mit 95 Pfund (43,2 kg) Wasser wie in Beispiel 7 zu einer Aufschlämmung gemischt, die 5 Gew.-% Sojafeststoffe enthielt. Zur Erhöhung des pH auf 11 und Löslichmachung der Sojaproteine wurde 1 N NaOH zugesetzt. Die Diafiltration mit 5 Wasserzusätzen wurde ähnlich wie in dem Beispiel 6 und 7 beschrieben und mit den Hohlfasermembranen des Beispiels 6 durchgeführt. Proben des Permeats wurden in Intervallen von 5 Minuten abgenommen, neutralisiert und zur Proteinanalyse eingefroren.
Die Permeatproben wurden durch Elektrophorese auf den Gesamtproteingehalt analysiert; die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben:
TABELLE A
Es ist ersichtlich, dass die Membran mit einer Grenze von 10.000 Dalton mehr Protein als die Membran mit einer Grenze von 50.000 Dalton zurückhält. Der Wert für die Membran mit 10.000 Dalton bei 35 Minuten ist vermutlich fehlerhaft.
BEISPIEL 9
Proben von Sojamaterialien, denen nach dem Verfahren der Beispiele 6–8 Geschmack entzogen worden war, wurden durch Protein-Gelelektrophorese analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Molekulargewichtsverteilung der zurückgehaltenen Sojamaterialien im Wesentlichen die gleiche wie die des ursprünglichen Sojamaterials war. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben:
TABELLE B
BEISPIEL 10
Es wurden Analysen für die chemischen Bestandteile durchgeführt, die mit den Geschmackseigenschaften verbunden sind, die in den vorstehenden Beispielen durch die sensorische Bewertungsgruppe bestimmt wurden. Zwei Proben von Sojaproteinisolaten wurden geprüft. Bei einer Probe war der Geschmack durch das in Beispiel 7 beschriebene Verfahren entzogen worden; bei der zweiten Probe war der Geschmack nicht entzogen worden.
In einem ersten Test wurde ein Gramm einer Kontrollprobe mit 15 g Wasser verdünnt, 2 μl von 300 ppm 4-Heptanon wurden als interner Standard zugesetzt, und das Gemisch wurde 30 Minuten bei 60°C mit 100 ml/Min Helium gereinigt. Eine geschmacksentzogene Probe wurde ähnlich wie die Kontrollprobe hergestellt, wobei abweichend der pH durch Zugabe einer NaOH-Lösung auf 10 angehoben wurde, um die Proteine löslich zu machen. Die flüchtigen Verbindungen wurden durch GC/MS (HP GC5890/MSD5972) analysiert. Die Ergebnisse für verschiedene Verbindungen sind in den 6 und 7 gezeigt. Die geschmacksentzogene Sojaprobe enthielt kleinere Mengen der Geschmacksverbindungen.
In einem zweiten Test wurden Proben von 3 g mit 30 g Wasser verdünnt, und 2 μl von 300 ppm 4-Heptanon wurden als interner Standard zugesetzt. Die resultierenden Gemische wurden 20 Min bei 60°C mit 100 ml/Min Helium gereinigt, um die flüchtigen Verbindungen zu entfernen. Die flüchtigen Verbindungen wurden durch Gaschromatographie analysiert, und der Geruch der Verbindungen wurde nach menschlichen Kriterien beurteilt. Die mit spezifischen chemischen Verbindungen verbundenen Gerüche sind in der folgenden Tabelle beschrieben:
TABELLE C: Geruchseigenschaften herabgesetzter Verbindungen nach Geschmacksentzugsverfahren
BEISPIEL 11
Die Verwendung von Sojamaterialien für Nahrungsmittelprodukte wurde dadurch erläutert, dass man geschmacksentzogenes Sojamaterial einem Balance Bar^®, einem Produkt der Kraft Foods, zusetzte und den Geschmack mit einem gleichwertigen Balance Bar verglich, der das gleiche Sojamaterial, jedoch ohne Geschmacksentzug enthielt. Bei einer Probe war das gesamte Sojamaterial ein trockenes Sojaisolat (Supro-661 von PTI), in der zweiten Probe waren 50% des Sojamaterials durch das Diafiltrationsverfahren der Beispiele geschmacksentzogen und 50% waren nicht geschmacksentzogen. Eine Geschmackstestgruppe bevorzugte die zweite Probe 8 zu 3 mit der Bewertung 6,11 auf einer Skala von 1 bis 10 gegenüber einer Bewertung von 3,5 für die erste Probe.
BEISPIEL 12
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 6 wurden Proben aus Sojaisolat verglichen, die nach dem Verfahren der Erfindung geschmacksentzogene Probe und die an Proteinen konzentrierte Sojaisolat-Kontrollprobe wurden in Wasser zu einer 10 Gew.-%igen Lösung gewässert. 9 zeigt die Ergebnisse, die von einer geschulten sensorischen Bewertungsgruppe für die Kontrollprobe gefunden wurden. Die geschmacksentzogene Probe wurde von der Bewertungsgruppe mit der Kontrollprobe verglichen. Wie aus 10 ersichtlich ist, wurde gefunden, dass viele charakteristische Eigenschaften der Kontrollprobe verringert worden waren. Es wurde jedoch gefunden, dass sich der mit „oxidiert" bezeichnete Geschmack verstärkt hatte.

Claims

Verfahren der Geschmacksentziehung aus von Soja abgeleiteten Materialien, bei dem man (a) eine wässrige Zusammensetzung eines lösliche Sojaproteine, Geschmacksstoffverbindungen und unlösliche Materialien enthaltenden Sojamaterials herstellt, (b) erstens die Sojaproteine durch Erhöhen des pH der wässrigen Zusammensetzung von (a) in den Bereich von 9 bis 12 und Freisetzen der Geschmacksstoffverbindungen löslich macht, (c) zweitens die pH-eingestellte wässrige Zusammensetzung von (b) unter geeigneten Ultrafiltrationsbedingungen an einer Ultrafiltrationsmembran mit einer Molekulargewichtsgrenze bis zu 50.000 Dalton vorbeileitet, wobei die Geschmacksstoffverbindungen durch die Membran hindurchgehen, um dadurch ein die Geschmacksstoffverbindungen und durch die Membran hindurchgegangenes Wasser enthaltendes Permeat und ein Retentat zu bilden, das die durch Permeatentfernung verarmte wässrige Zusammensetzung ist, (d) die in (c) abgetrennten Geschmacksstoffverbindungen und Wasser an einer Umkehrosmosemembran vorbeileitet und durch die Umkehrosmosemembran hindurchgegangenes Wasser abtrennt, (e) in (d) abgetrenntes Wasser und das in (c) abgetrennte Retentat zu der wässrigen Zusammensetzung der Stufe (b) zurückführt, (f) die die Umkehrosmosemembran nach der Wasserabtrennung in Stufe (d) verlassenden Geschmacksstoffverbindungen gewinnt, (g) einen Teil des Retentats als geschmacksentzogenes Sojamaterial abzieht, und (h) das geschmacksentzogene Sojamaterial aus dem abgezogenen Teil der Stufe (g) gewinnt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das geschmacksentzogene Sojamaterial kontinuierlich von dem Retentat abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das geschmacksentzogene Sojamaterial periodisch von dem Retentat abgezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit der Stufe der Zugabe von Frischwasser zu der wässrigen Zusammensetzung der Stufe (b).
Verfahren der Geschmacksentziehung aus von Soja abgeleiteten Materialien, bei dem man (a) eine wässrige Zusammensetzung eines lösliche Sojaproteine, Geschmacksstoffverbindungen und unlösliche Materialien enthaltenden Sojamaterials herstellt, (b) erstens die Sojaproteine durch Erhöhen des pH der wässrigen Zusammensetzung von (a) in den Bereich von 9 bis 12 und Freisetzen der Geschmacksstoffverbindungen löslich macht, (c) zweitens die pH-eingestellte wässrige Zusammensetzung von (b) unter geeigneten Ultrafiltrationsbedingungen an einer Ultrafiltrationsmembran mit einer Molekulargewichtsgrenze bis zu 50.000 Dalton vorbeileitet, wobei die Geschmacksstoffverbindungen durch die Membran hindurchgehen, um dadurch ein die Geschmacksstoffverbindungen und durch die Membran hindurchgegangenes Wasser enthaltendes Permeat und ein Retentat zu bilden, das die durch Permeatentfernung verarmte wässrige Zusammensetzung ist, (d) die Geschmacksstoffverbindungen aus dem Permeat gewinnt, (e) das Retentat von (c) zu der wässrigen Zusammensetzung der Stufe (b) zurückführt, (f) dem mit der wässrigen Zusammensetzung von (b) vereinigten Retentat Wasser zusetzt, um eine vorbestimmte Konzentration an Sojamaterialien zu erreichen, und (g) die Stufen (c) und (d) bis (f) wiederholt, bis die Geschmacksstoffverbindungen in dem Permeat entfernt worden sind.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem in Stufe (f) periodisch Wasser zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem in Stufe (f) kontinuierlich Wasser zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Sojamaterial wenigstens eine Spezies aus der aus Sojamilch, Sojaproteinisolat, Sojakonzentrat und Sojamehl bestehenden Gruppe ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die wässrige Zusammensetzung von (a) eine Konzentration an Sojamaterial in dem Bereich von 1 bis 20 Gew.-% hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Ultrafiltrationsmembran eine Grenze in dem Bereich von 1.000 bis 50.000 Dalton hat.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Ultrafiltrationsmembran eine Grenze in dem Bereich von 10.000 bis 30.000 Dalton hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Ultrafiltration bei einer Temperatur in dem Bereich von 10 bis 60°C und bei einem geeigneten Druck durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Ultrafiltrationsmembran eine Polymermembran oder keramische Membran ist