DE69005725T2

DE69005725T2 - Konzentrat von löslichen Reisproteinen.

Info

Publication number: DE69005725T2
Application number: DE90113171T
Authority: DE
Inventors: John R Euber; Grant H Hartman; Gabor Puski
Original assignee: Bristol Myers Squibb Co
Current assignee: Bristol Myers Squibb Co
Priority date: 1989-07-11
Filing date: 1990-07-10
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2010-07-11
Also published as: US4990344A; EP0407981A3; CA2020831A1; ATE99496T1; AU635543B2; DK0407981T3; DE69005725D1; JP3047113B2; EP0407981A2; AU5884890A; MX163822B; ES2048904T3; JPH0349650A; CA2020831C; EP0407981B1; MY111867A

Description

BEREICH DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Nahrungsmittelzusammensetzungen auf Reisbasis und Verfahren zu ihrer Herstellung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein lösliches Reisprotein-Konzentrat und dessen Verwendung in einer vollwertigen Nahrungsformulierung für Kleinkinder. Der Verfahrensteil der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines löslichen Reisprotein-Konzentrates, das zur Verwendung in einer Formulierung auf Reisbasis für Kleinkinder geeignet ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Reis ist ein Getreide mit einem hohen Stärke- und einem niedrigen Proteingehalt, das ein Hauptnahrungsmittel in vielen Teilen der Welt ist. Reis besteht zu etwa 80% aus Kohlenhydraten und zu etwa 6-10% aus Protein. Das Reisprotein besitzt einen relativ hohen PER-Wert (Protein-Wirksamkeits- Verhältnis - Verhältnis der Gewichtszunahme zur Proteinaufnahme bei Ratten) von etwa 2,18, was annähernd dem von Rindfleisch (2,30) entspricht, einer beträchtlich teureren Proteinquelle. Aufgrund der bloßen Masse können Kinder und Kleinkinder jedoch keine ausreichende Menge Reis essen, um ihren täglichen Proteinbedarf zu decken. Weiterhin ist Reisprotein unlöslich, was es erschwert, Säuglinge mit einer Formulierung auf Reisbasis zu füttern.
Durch Versuche, die eine selektive Züchtung neuer Reissorten umfaßten, um den Proteingehalt von Reis zu verbessern, konnte der Proteingehalt von Reis etwas erhöht werden, aber nicht soweit, daß Stämme mit einem Proteingehalt, der zur Verwendung in einer Formel auf Reisbasis für Kleinkinder geeignet wäre, zur Verfügung gestellt werden konnten. Ein anderer Versuch betraf die Erhöhung des Proteingehaltes von Reismehl, wobei Reisstärke gelatiniert und mit Kohlenhydrat-abbauenden Enzymen, bekannt als Amylasen, enzymatisch verdaut wurde. Durch diese Behandlung wird die Stärke zu löslichen Sacchariden mit unterschiedlichen Molekulargewichten hydrolysiert, wie Glucose, Maltose, Oligosaccharide und Dextrine, von denen das unlösliche, Protein-angereicherte Reismehl, zum Beispiel durch Zentrifugation, abgetrennt wird. Somit wird durch teilweise Entfernung von gelösten Kohlenhydraten der Proteingehalt des behandelten Reismehls entsprechend erhöht, wodurch das, was hier als Reismehl mit hohem Proteingehalt (HPRF) bezeichnet wird, bereitgestellt wird. Der Stand der Technik auf diesem umfassenden Gebiet beinhaltet die folgenden Veröffentlichungen.
Hansen, et al., Food Technology, 35 (No. 11), Seiten 38-42 (1981) entwickelten ein Reismehl mit hohem Proteingehalt (25% Proteingehalt), indem sie das Enzym alpha-Amylase verwendeten, um das Stärkematerial von gemahlenem, gebrochenem Reis zu verdauen, wobei der Stärkegehalt abnahm, was im Vergleich zum ursprünglichen Reismehl zu einem höheren Proteingehalt führte. Beim Verfahren von Hansen, et al. wird eine 5%ige Aufschlämmung von feingemahlenem, rohem Reismehl zunächst für 30 Minuten auf 100ºC erhitzt, um eine Gelatinierung zu bewirken, sodann durch Enzymbehandlung (alpha-Amylase) partiell verdaut, zentrifugiert, und das unlösliche HPRF wird gefriergetrocknet. Es wurde berichtet, daß der Proteingehalt des HPRF dreifach gegenüber dem Ausgangsmaterial zunahm (ungefähr von etwa 8% auf 25%). Der Überstand besteht hauptsächlich aus Kohlenhydraten (98,3%).
Chen, et al., J. Sci. Food Agric. 35, 1128-1135 (1984) modifizierten das Verfahren von Hansen et al., um sowohl HPRF als auch Reissirup mit einem hohen Fructosegehalt aus gebrochenem Reis zu erhalten. Bei dem Verfahren von Chen, et al. vermischt man eine 20%ige Aufschlämmung des gemahlenen gebrochenen Reises mit Calciumchlorid (70 mg/kg Reis), stellt den pH-Wert auf 6,5 ein und verdaut (verflüssigt) mit alpha- Amylase am besten bei 90ºC für 90 Minuten. Insbesondere wird Termamyl 60L alpha-Amylase, erhältlich von Novo Industri, A/S, Dänemark, verwendet. Das verflüssigte Gemisch wird zentrifugiert und das unlösliche HPRF getrocknet. Der Proteingehalt des HPRF war ähnlich dem von Hansen, et al. (ungefähr dreimal so hoch wie bei dem Rohmaterial). Der Überstand wird mit Glucoamylase bei 60ºC verzuckert und dann mit Glucose-Isomerase zu Fructose isomerisiert, um einen Reissirup mit hohem Fructosegehalt, der 50% Glucose, 42% Fructose und 3% Maltose enthält, bereitzustellen.
Chang, et al., Journal of Food Science, 51 (Nr. 2), Seiten 464- 467 (1986) modifizierten weiterhin den Prozeß von Hansen, et al., um ein Reismehl mit erhöhtem Protein- und Calciumgehalt herzustellen. Nach Chang, et al., betrafen die Verfahrensbedingungen zur Herstellung von HPRF die Behandlung einer gelatinierten Reismehlaufschlämmung mit Calciumchlorid und alpha-Amylase bei 60ºC für 90 Minuten. Die hydrolysierte Stärke wird durch Zentrifugation entfernt und die unlösliche Paste wird gefriergetrocknet, was ein Reismehl mit hohem Proteingehalt, von ungefähr 38%, einem PER-Verhältnis von 2,17 und einer Aminosäurezusammensetzung ähnlich der des Reismehls von Hansen, et al., ergab.
Die enzymatische Hydrolyse von Reisstärke ist weiterhin im Zusammenhang mit der Entwicklung von Reissirup-Süßstoffen und Reismilch untersucht worden, wie in der folgenden Veröffentlichung und in den Patenten von Mitchell, et al. erwähnt worden ist.
Griffin, et al., Journal of Food Science, 54 (No. 1), Seiten 190-193 (1988) untersuchten Verfahrensmodifikationen, die erforderlich waren, um hohe Ausbeuten an verflüssigter Reisstärke aus gemahlenem Reis zu liefern, wobei eine hitzestabile alpha-Amylase und ein Anfangs-Feststoffgehalt von 30% verwendet wurden, mit dem Ergebnis, daß Reis-Maltodextrine am effizientesten bei einer Verfahrenstemperatur von 80ºC hergestellt werden konnten.
Mitchell, et al., US-Patent 4 744 922 beschreiben die Herstellung eines Reismilch-Nahrungsmittels, das man durch Verflüssigung von Vollkorn-Reispartikeln mit dem Enzym alpha- Amylase erhält, gefolgt von Verzuckerung mit einem Glucosidase- Enzym. Das Verfahren erhöht nicht den Proteingehalt, und in dem Vollkorn-Reis gefundene Minerale bleiben zurück.
In einem verwandten Patent (US-Patent 4 756 912) reinigten Mitchell, et al., teilweise das verzuckerte Produkt des US- Patentes 4 744 992, um im wesentlichen alle Reisfasern zu entfernen, während wesentliche Teile aller anderer Nahrungsbestandteile übriggelassen wurden, um einen Reissirup- Süßstoff herzustellen.
Reismehl mit einem hohen Proteingehalt, das wie im Stand der Technik beschrieben, erhalten wurde, hat sich hinsichtlich der Verwendung in Formulierungen für Kleinkinder als nicht zufriedenstellend erwiesen. Über 80% des Reisproteins bestehen aus Glutelin, das bei pH-Werten, die als allgemein akzeptabel in Formulierungen für Kleinkinder betrachtet werden, völlig unlöslich ist. Folglich bilden aus solchen Proteinen hergestellte Formulierungen keine zufriedenstellenden Dispersionen, ergeben ein sehr körniges und sandiges Gefühl im Mund und neigen dazu, den Sauger zu verstopfen.
Der oben erwähnte Stand der Technik betrifft hauptsächlich die Herstellung von HPRF und/oder Reissirup-Süßstoffen. Es gibt keine Lehre hinsichtlich der Entfernung oder der Reduktion von Phytinsäure oder unerwünschten Mineralen, wie Mangan, Selen und Aluminium, die während der Verarbeitung des Reis-Rohmaterials in dem Endprodukt konzentriert werden, oder für die Bereitstellung eines solubilisierten Reisproteins, das für sterilisierte, gebrauchsfertige (RTU) Formulierungen geeignet ist.
Was Aluminium betrifft, kommt dieses Mineral in der gesamten Nahrungskette vor, und es ist bekannt, daß Nahrungsmittel pflanzlichen Ursprungs, einschließlich Reis, höhere Konzentrationen an Aluminium enthalten als Kuh- oder Muttermilch.
Kleinkinder mit einer normalen Nierenfunktion resorbieren sehr wenig diätetisches Aluminium, und folglich scheint die Menge an Aluminium, die in Formulierungen für Kleinkinder vorhanden ist, keine Probleme zu verursachen. Resorbiertes Aluminium wird bei diesen Kindern von den Nieren effizient ausgeschieden. Von Patienten mit einer verschlechterten Nierenfunktion oder von Frühgeborenen mit einer unreifen Nierenfunktion, wird angenommen, daß sie ein höheres Risiko besitzen, Aluminiumassoziierte Stoffwechselkrankheiten, einschließlich Knochenkrankheiten, zu entwickeln, weil sie ein geringeres als das normale Vermögen besitzen, systemisches Aluminium über die Nieren auszuscheiden.
Somit sind die Kleinkinder mit dem höchsten Risiko einer Aluminium-Toxizität diejenigen mit einer beeinträchtigten Nierenfunktion, einem anhaltenden Bedarf an parenteraler Ernährung und Frühgeborene mit einem erhöhten Bedarf an Calcium und Phoshor. Für diese Kleinkinder wird eine Formulierung für Kleinkinder mit einem reduzierten Aluminiumgehalt bevorzugt.
Was Selen betrifft, waren toxische Effekte dieses Minerals bei Tieren und Menschen aufgrund übermäßiger Aufnahme lange vor seiner Wirkung bei der Ernährung bekannt. Was letzteres betrifft, ist Selen nun als essentielles Spurenelement sowohl bei Tieren als auch beim Menschen erkannt worden. Zwei Selen- Mangelkrankheiten beim Menschen sind in Volksrepublik China beschrieben und untersucht worden, die Keshan- und die Kaschin- Beck-Krankheit. Die Sicherheitsgrenze zwischen einem Mangel und einer Toxizität der Selenaufnahme ist enger als für die meisten anderen Spurenelemente.
Nahrungsbestandteile sind die Hauptquelle von Selen, entweder über pflanzliche oder über tierische Proteinquellen. Im allgemeinen liegt die Aufnahme von Selen über die Nahrung in verschiedenen Teilen der Welt innerhalb des Bereiches von 20 bis 300 mcg pro Tag. Die Selenaufnahme von Kleinkindern ist wegen ihres schnellen Wachstums sind ihren erhöhten Stoffwechselerfordernissen von besonderem Interesse. Die geschätzte sichere und ausreichende tägliche diätetische Aufnahme von Selen ist unten gezeigt. Geschätzter sicherer und ausreichender täglicher diätetischer Aufnahme-Bereich von Selen* Altersgruppe (Jahre) mcg Tägliche Selenaufnahme Kleinkinder Kinder Jugendliche und Erwachsene *U.S. National Academy of Sciences, National Research Counsel (1980), Recommended Dietary Allowances, Food and Nutrition Board, Committee on Dietary Allowances, Washington, DC. S. 195.
Die Selenmenge in Reis hängt von der Lage ab, wo er angebaut wird. Somit ist es vernünftig, den Gehalt in verarbeitetem Reis, der zur Herstellung von Formulierungen für Kleinkinder verwendet wird, allgemein zu verringern. Die in dieser Patentanmeldung beschriebene Verfahrenstechnik zur Herstellung von löslichem Reisprotein liefert eine etwa 25-30%ige Verringerung der Menge an Selen, das mit dem Protein assoziiert ist, wobei das Risiko minimiert wird, daß der Selengehalt höher ist als der empfohlene, sichere und ausreichende Bereich.
Phytinsäure (der Hexaorthomonophosphatester von Myo-inositol) ist die hauptsächliche Speicherform von Phosphat und ist in Pflanzen, insbesondere in Getreidepflanzen (einschließlich Reis) und Legumen allgegenwärtig verteilt. Es ist bekannt, daß unter bestimmten Bedingungen Phytinsäure in der Nahrung die Resorption von diätetischen Mineralen wie Zink, Calcium, Magnesium und Eisen, verringern kann.
Phytinsäure kommt nicht in Formulierungen für Kleinkinder vor, die auf Muttermilch oder Kuhmilch basieren, wird aber in Formulierungen auf Sojabasis gefunden. Lonnerdal, et al., Am J Clin Nutr 1988; 48:301-6, zeigte, daß die geringe Bioverfügbarkeit von Zink aus einer Soja-Formulierung im Vergleich zu einer Kuhmilch-Formulierung eine Funktion der Phytinsäure-Konzentration ist, und durch die Entfernung von Phytinsäure überwunden werden kann.
Da der Phytinsäuregehalt auf Proteinbasis von Reis fast so hoch ist wie von Soja, ist es wichtig, den Phytinsäuregehalt von Formulierungen auf Reisbasis für Kleinkinder zu reduzieren. Der Stand der Technik ist jedoch nicht auf das Problem der Phytinsäure-Reduktion bei der Reismehl-Verarbeitung gerichtet. Die in dieser Patentanmeldung beschriebene Verfahrenstechnik zur Herstellung von löslichem Reisprotein reduziert den Phytinsäuregehalt auf einen extrem niedrigen Gehalt.
Was Mangan betrifft, beschreibt das US-Patent 4 830 861 der Anmelder Puski, et al., veröffentlicht am 16. Mai 1989, (worauf hiermit Bezug genommen wird) ein Verfahren zur Herstellung von HPRF mit einem für Kleinkinder sicheren und ausreichenden Mangangehalt aus kommerziell erhältlichem Reismehl, das typischerweise etwa 150-260 mcg Mangan pro Gramm Protein enthält.
Bei den üblichen Verfahren nach dem Stand der Technik, die eine Gelatinierung und einen enzymatischen Verdau des Reismehls beinhalten, kommt es zusammen mit einem erhöhten Proteingehalt zu einer gleichzeitigen Anreicherung von Mangan bis zu einer Höhe, die wesentlich größer ist als die, die für eine täglich diätetische Aufnahme als sicher und ausreichend betrachtet wird. Das Mangan assoziiert anscheinend mit dem Protein und verbleibt eher bei dem abgetrennten HPRF als bei den gelösten Sacchariden.
Während Mangan als essentielles Element bei der Säugernahrung betrachtet wird, ist weiterhin bekannt, daß Kleinkinder nur relativ kleine Mengen benötigen. Der Level in Muttermilch beträgt im allgemeinen weniger a%s 32 Mikrogramm pro Quart und pädiätrische Ernährungsforscher bevorzugen Formulierungen für Kleinkinder mit einem verhältnismäßig niedrigen Mangangehalt. Der National Academy of Sciences-Food und Nutrition Board (NAS- FNB) hat die durchschnittliche tägliche Aufnahme und die geschätzte sichere und ausreichende tägliche diätetische Aufnahme in den USA wie folgt bestimmt.

Diätetische Aufnahme

Durchschnittliche tägliche Aufnahme in den USA

Kleinkinder 10-300 ug/Tag
Kinder, 3- 5 Jahre 1,400 ug/Tag
Kinder, 10-13 Jahre 2180 ug/Tag
Erwachsene 2500-9000 ug/Tag

Geschätzte sichere und ausreichende tägliche diätetische Aufnahme

Kleinkinder 0-6 Monate 500-700 ug/Tag
Kleinkinder 6-12 Monate 700-1000 ug/Tag
Kinder und Jugendliche 1000-3000 ug/Tag
Erwachsene 2500-5000 ug/Tag
Ein Quart einer Formulierung für Kleinkinder enthält typischerweise etwa 14-20 g Protein. Wie vorher erwähnt, wird in dem HPRF des Standes der Technik im wesentlichen das ganze Mangan, das in dem Reismehl vorhanden ist, was typischerweise einen Mangangehalt von 150-260 ug pro g Protein besitzt, zurückbehalten. Somit wird die Menge an Mangan in einem Quart einer auf Reisprotein basierenden Formulierung für Kleinkinder, die 14 und 20 g Protein enthält, für einzelne Mangangehalte in Reismehl wie folgt berechnet. BERECHNUNG 1 Mangan pro Quart Formulierung aus Reismehl (Gramm Protein x mcg Mangan pro Gramm) Mangangehalt des Reismehls (ug/g Protein) ug Mangan pro Quart g Protein/qt.
Unter der Annahme, daß eine Nahrung für Kleinkinder ein Quart der Formulierung pro Tag umfaßt, kann Reismehl als Proteinquelle maximal etwa 50 ug Mangan/g Protein enthalten (geschätzte, maximale, sichere und ausreichende, tägliche diätetische Mangan-Aufnahme von 700 ug/Tag für Kleinkinder von 0-6 Monaten, dividiert durch 14 g Protein). Folglich können Reismehle nicht verwendet werden, um HPRF herzustellen, das für Formulierungen für Kleinkinder geeignet ist, ohne den Mangangehalt zu reduzieren, weil sie beträchtlich mehr Mangan enthalten, wie unten in Tabelle 1 gezeigt wird. TABELLE 1 Mangangehalt von handelsüblichen Reismehlen Quelle Mangan, ug/g Protein Riceland Foodsa California Rice Growers Associationb Riviana Rice Flourc Coor's rice flourd a. Stuttgart, AR b. Sacramento, CA c. Houston, TX d. ADM Milling, Rice Div., Weiner, AR
Das Verfahren von Puski, et al., US-Patent 4 830 861 liefert HPRF mit einem wesentlich reduzierten Mangangehalt, durch:
(1) Vermischen von Reismehl und Wasser bei einem pH-Wert von 3,4 bis 4,6,
(2) Abtrennung des unlöslichen, gewaschenen Reismehls,
(3) Resuspendierung des gewaschenen Reismehls und Einstellung auf einem pH-Wert, der für das Enzym alpha-Amylase geeignet ist,
(4) Behandlung mit dem Enzym alpha-Amylase für eine ausreichende Zeit, um die Stärke zu etwa 5-50 Dextrose-Äquivalenten (DE) zu hydrolysieren,
(5) Einstellen des Gemisches auf einen pH-Wert von 3,4- 4,6,
(6) Abtrennung des Reis-Sirups von dem unlöslichen HPRF mit niedrigem Mangangehalt.
Das unlösliche Reismehl mit einem niedrigen Mangan- und einem hohen Proteingehalt ist geeignet als Grundbestandteil für Nahrungsmittel, aber eine weitere Bearbeitung ist erforderlich, um es mit einer Dispergierbarkeit und mit Geschmackscharakteristika, die zur Verwendung bei Formulierungen für Kleinkinder geeignet sind, zu versehen. Dies wird durchgeführt durch:
(7) Behandlung des HPRF mit niedrigem Mangangehalt mit einem proteolytischen Enzym, um 1 bis 5 % der Peptidbindungen zu hydrolysieren,
(9) Inaktivierung des Enzyms durch Hitze bei 70-80ºC.
Das Protease-behandelte HPRF mit niedrigem Mangangehalt wird sprühgetrocknet, was ein modifiziertes HPRF liefert, das 50 ug oder weniger Mangan pro g Protein enthält. Dies relativ unlösliche HPRF mit niedrigem Mangangehalt ist für eine pulverartige Formulierung für Kleinkinder geeignet, kann aber nicht verwendet werden, um sterile, flüssige Formulierungsprodukte für Kleinkinder herzustellen. Wenn die beschriebene Formulierung mit einem HPRF mit niedrigem Mangangehalt hergestellt wurde, war das resultierende Produkt nach der Sterilisierung sehr körnig mit einem sandigen Gefühl im Mund und besaß eine geringe Lagerungsstabilität, was in einer unannehmbaren Lagerungsfähigkeit resultierte.
Es ist allgemein bekannt, daß Reisprotein in wäßrigen Lösungen relativ unlöslich ist. Es gehört weiterhin zum allgemeinen Wissen, daß die Verdaubarkeit von Reismehl, verglichen mit Milchproteinen oder Soja-Proteinisolaten, gering ist. Dies kann der geringen Löslichkeit von Reisprotein zuzuschreiben sein. Ein zuverläßiges "in vitro"-Verfahren zur Bestimmung der Verdaubarkeit von Reisprotein wurde von Bradbury et al., (1984) Br. J. Nutr. 52: 507-13, veröffentlicht. Der erste Schritt dieses Verfahrens ist der Verdau mittels Pepsin bei einem pH- Wert von 1,5 bei 37ºC für 3 Stunden. Der zweite Schritt ist ein Verdau mit einem Gemisch von Pankreas-Enzymen bei einem pH-Wert von 8,2 bei 37ºC für 16 Stunden. Unter Verwendung dieses Verfahrens besaß gekochter Reis eine "in vitro"-Verdaubarkeit von etwa 77%. MacLean, (1978) J. Nutr. 108: 1740-47, zeigte, daß anscheinend die Stickstoff-Verdaubarkeit bei Kindern, die 12-18 Monate alt waren, bei gekochtem Reis im Bereich von 52-78% lag. Somit ist klar, daß gekochter Reis, wie mittels "in vitro"- und "in vivo"-Techniken gemessen wurde, eine geringe Verdaubarkeit besitzt. In Bezug auf Reis in Formulierungen für Kleinkinder oder in Nahrungsmitteln ist ein hochverdaubares Reisprotein wünschenswert und dessen Bereitstellung erfolgt durch die vorliegende Erfindung.
Das frühere Dokument EP-A- 0 350 952 richtet sich auf ein Reismehl mit niedrigem Mangan- und hohem Proteingehalt, das mehr als 16% Protein enthält und einen Mangangehalt von 50 ug oder weniger pro g Protein besitzt. Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung des Reismehls mit niedrigem Mangan- und hohem Proteingehalt offenbart.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird ein lösliches Reisprotein-Konzentrat mit verbesserter Verdaubarkeit und mit einem wesentlich reduzierten Gehalt an Mangan, Aluminium, Selen und Phytinsäure relativ zum Gehalt in Reis (Proteinbasis) bereitgestellt sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, das folgende Schritte umfaßt:
Verdau einer Aufschlämmung des Rohrmaterials mit dem Enzym alpha-Amylase, um die Reisstärke zu solubilisieren;
Erhitzung der Reisaufschlämmung auf eine erhöhte Temperatur;
Abtrennung der solubilisierten Reiskohlenhydrate von den unlöslichen Reisproteinen;
Behandlung einer Aufschlämmung des unlöslichen Reisproteins mit einem Protease-Enzym; und
Abtrennung des gelösten Reisproteins vom unlöslichen Reismaterial, um ein lösliches Reisprotein-Konzentrat mit verbesserter Verdaubarkeit und einem niedrigen Mangan-, Aluminium-, Selen- und Phytonsäuregehalt bereitzustellen.
Das erfindungsgemäße, lösliche Reisprotein-Konzentrat kann als Proteinquelle in flüssigen oder pulverförmigen Formulierungen für Kleinkinder verwendet werden.
Es ist Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein lösliches Reisprotein bereitzustellen, das geeignet ist zur Verwendung in lagerfähigen, gebrauchsfertigen oder konzentrierten Formulierungen für Kleinkinder.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein lösliches Reisprotein-Konzentrat (SRPC) mit verbesserter Verdaubarkeit und einem relativ niedrigen Gehalt an Mangan, Aluminium, Selen und Phytinsäure, bereitzustellen, das in Formulierungen für Kleinkinder verwendet werden kann.
Das erfindungsgemäße SRPC ist charakterisiert durch:
einen Proteingehalt von mehr als 16%, vorzugsweise 16 bis 90% auf Feststoffbasis,
einen Mangangehalt von 50 ug oder weniger pro g Protein,
einen Aluminiumgehalt von weniger als 15 ug pro g Protein,
einen Selengehalt, der auf ein Minimum von 25% auf Proteinbasis, bezogen auf das Ausgangs-Reisrohmaterial, reduziert ist,
einen Phytinsäuregehalt von weniger als 15 mg pro g Protein, und vorzugsweise von weniger als 5 mg pro g Protein, und
eine Proteinverdaubarkeit von mehr als 90%.
Eine andere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines SRPC mit einem reduzierten Gehalt an Mangan, Aluminium, Selen und Phytinsäure und einer verbesserten Verdaubarkeit, bezogen auf das Reisrohmaterial, bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine gebrauchsfertige, vollwertige, auf Reis basierende, flüssige Nahrungsmittelformulierung für Kleinkinder unter Verwendung des vorliegenden SRPC als Protein bereitzustellen. Für eine Formulierung, die 14 g Protein pro Quart enthält, beträgt der wünschenswerte Gehalt an Spurenelementen und Phytinsäure weniger als 700 ug an Mangan, weniger als 210 ug an Aluminium, weniger als 40 ug an Selen und weniger als 210 mg pro Quart an Phytinsäure.
Diese und andere Aufgaben, die aus der Beschreibung ersichtlich sind, werden durch die vorliegende Erfindung gemäß der genauen, untenstehenden Beschreibung gelöst.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Figur 1 stellt ein Blockdiagramm dar, das die Herstellung des erfindungsgemäßen, löslichen Reisprotein-Konzentrates illustriert.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Alle Formen von Reis wie ganze Körner, gebrochener Reis, Braureis, Reisschrot und Reismehl können als Rohmaterial bei dem vorliegenden Verfahren zur Herstellung des löslichen Reisprotein-Konzentrates mit verbesserter Verdaubarkeit und reduziertem Mangan-, Aluminium-, Selen- und Phytinsäuregehalt verwendet werden. Braureis ist insbesondere bevorzugt wegen seiner Verfügbarkeit und seinen relativ niedrigen Kosten im Vergleich zu ganzem Korn und gebrochenem Reis. Eine genaue Diskussion der Verfahrensschritte folgt, und zum Verständnis der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche werden die folgenden Ausdrücke definiert.
Reismehl mit hohem Proteingehalt (HPPF) - Substanz, die hergestellt wird durch partielle Entfernung von löslichen Reis-Kohlenhydraten, und die mehr als 16% unlösliches Protein ohne Entfernung von Spurenelementen und Phytinsäure enthält.
HPRF mit niedrigem Mangangehalt - Reismehl mit hohem Proteingehalt, das weniger als 50 mcg Mangan pro g Protein enthält
Reis-Sirup - wasserlösliche Reis-Kohlenhydrate.
Lösliches Reisprotein-Konzentrat (SRPC) - lösliche Reisfeststoffe, die erfindungsgemäß hergestellt werden und wenigstens 16% Reisprotein mit reduziertem Gehalt an Spurenelementen und Phytinsäure und mit einer verbesserten Verdaubarkeit enthalten.
Unlöslicher Reis-Rückstand (IRR) - unlösliche Fraktion, die nach Abtrennung des SRPC von dem Proteasebehandelten HPRF verbleibt.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von SRPC aus Reis bereitgestellt, wobei man:
(a) das Rohmaterial, dessen Partikelgröße verringert wurde, um effiziente Enzymeinwirkung zu ermöglichen, in einem wäßrigen Medium mit dem Enzym alpha-Amylase bei geeignetem pH-Wert und geeigneter Temperatur solange verdaut, bis ein wesentlicher Anteil der Reisstärke gelöst ist und eine flüssige Aufschlämmung gebildet wird;
(b) die Aufschlämmung bei erhöhten Temperaturen, zum Beispiel bei 105ºC bis 130ºC für 30 bis 60 Sekunden erhitzt;
(c) das HPRF von dem Reis-Sirup abtrennt;
(d) eine Aufschlämmung des HPRF mit einem Protease-Enzym bei geeignetem pH-Wert und geeigneter Temperatur solange und mit einer solchen Menge behandelt, wie zum Lösen des Reisprotein notwendig ist; und
(e) das gelöste Reisprotein vom unlöslichen Rest des Reises abtrennt, um ein lösliches Reisprotein- Konzentrat mit einer verbesserten Verdaubarkeit und einem reduzierten Mangan-, Aluminium-, Selen- und Phytinsäuregehalt bereitzustellen.
Der Anfangs-Schritt des vorliegenden Verfahrens erfordert die Herstellung einer wäßrigen Aufschlämmung des Reis- Anfangsrohmaterials. Wie oben erwähnt, köniien alle Formen von Reiskörnern zu diesem Zweck verwendet werden, wobei Braureis, definiert als Reispartikel, die ein Sieb mit 1,4 mm großen runden Perforationen passieren können, aus ökonomischen Gründen besonders bevorzugt wird. Die einzige Einschränkung ist, daß das Reisrohmaterial ausreichend zerkleinert sein soll, um die effektive Oberfläche, die dem Enzym ausgesetzt wird, zu maximieren. Das Reisrohmaterial kann vor der Dispergierung in Wasser zu der gewünschten Partikelgröße vermahlen oder während der Verarbeitung naß vermahlen werden. Solange eine pumpbare Aufschlämmung bereitgestellt wird, ist die verwendete Menge Wasser nicht besonders kritisch. Ein Reis-Wasser- Gewichtsverhältnis von etwa 1:4 ist jedoch bevorzugt, da dieses Verhältnis einen für eine ökonomische Verarbeitung ausreichenden Gehalt an Feststoffen im Sirup bereitstellt, und daß SRPC leicht in eine Formulierung für Kleinkinder integriert werden kann.
In Schritt (a) wird der Verdau des Reisrohmaterials üblicherweise durchgeführt, indem man als Enzym eine thermostabile alpha-Amylase wie Termamyl (Nova Laboratories, Inc., Wilton, CT) oder Takalite (Miles, Inc., Elkhart, IN) verwendet. Um den pH-Wert der Aufschlämmung auf den optimalen Bereich für das Enzym einzustellen, im allgemeinen auf etwa 5,5-9,0, kann eine geeignete Base oder Säure verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Verdau bei dem pH-Wert der Reis-Aufschlämmung (pH 6,2) durchgeführt, wodurch die Verfahrensschritte und die während des Verfahrens zugegebenen Minerale, die für die Einstellung des pH-Wertes und für die Neutralisierung erforderlich sind, minimiert werden. Der Amylase-Verdau wird vorzugsweise bei 90-95ºC für 40 Minuten in Gegenwart von freiem Calcium mit einem Gehalt von 100 ppm, um die Hitzestabilität der Amylase zu verbessern, durchgeführt. Der geeignete Enzymgehalt hängt von der Enzymquelle, der Temperatur, der Zeit, dem pH-Wert und anderen Verfahrensbedingungen ab. Zum Beispiel kann Takalite L-340 in einer Konzentration von 0,34% der Reisfeststoffe bei 90ºC und einem pH-Wert von 6,2 für 40 Minuten verwendet werden.
Wie der Fachmann erkennen kann, können niedrigere Temperaturen verwendet werden, solange wie eine Temperatur von etwa 65-70ºC, um den Reis zu gelatinieren, erreicht wird. Weiterhin kann die Verdauzeit in Abhängigkeit von der Enzymaktivität und dem erforderlichen Grad der Stärkehydrolyse variiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das wäßrige Gemisch von Enzym und Reisrohmaterial für eine Zeitspanne beibehalten, die ausreicht, die Reisstärke zu 5-50 Dextroseäquivalenten (DE), vorzugsweise zu 20-30 DE, zu hydrolysieren, was für die vorliegende Formulierung für Kleinkinder erwünscht ist. DE bildet ein Maß für das gesamte Reduktionsvermögen der Kohlenhydrate im Verhältnis zur Dextrose. Bei 5-50 DE ist die Reisstärke ausreichend hydrolysiert (d.h. solubilisiert) worden, um (nach Trennung des Gemisches) ein Reismehl mit hohem Proteingehalt bereitzustellen, das einen Proteingehalt von 16% oder mehr auf Feststoffbasis besitzt. Der bevorzugte Proteingehalt liegt bei 16% bis 60%, obwohl ein Proteingehalt von annähernd 90% bis 100% durch ein erhöhtes Wasser-Reis- Verhältnis und vermehrte Waschschritte erreicht werden kann. Das Verhältnis von Verdauzeit zu DE ist in unterstehender Tabelle 2 gezeigt. TABELLE 2 Effekt der Verdauzeit auf Dextrose-Äquivalente durch Verdau mit Amylase* Zeit (Minuten) *Takalite L-340 mit 0,34% Reisfeststoffe bei 90ºC und pH 6,2.
Nach der Gelatinierung und dem Verdau des Reisrohmaterials in Schritt (a), wird der Amylaseverdau auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, zum Beispiel für 30-60 Sekunden auf 105ºC und 130ºC und für 40-50 Sekunden auf 110ºC bis 120ºC. Wie der Fachmann erkennen kann, kann eine Behandlung bei erhöhter Temperatur durch alternative Zeit- und Temperatur-Kombinationen erreicht werden, wobei allgemein bei höheren Temperaturen eine längere Zeit erforderlich ist. Eine direkte Dampf-Injektion (DSI) kann für die Hitzebehandlung verwendet werden. Zusätzlich zur Inaktivierung des Amylase-Enzymes ergibt die Hitzebehandlung überraschenderweise eine wesentliche Zunahme der Proteinausbeute des löslichen, konzentrierten Reisprotein- Produktes im Vergleich zur Ausbeute an dem Produkt, das ohne diese zusätzliche Hitzebehandlung hergestellt wurde.
Nach der Hitzebehandlung von Schritt (b) wird der Reissirup von unlöslichem HPRF durch übliche Mittel wie Zentrifugation, Filtration oder Dekantierung abgetrennt. Das so erhaltene HPRF enthält im wesentlichen alle Minerale, die im Reisrohmaterial vorhanden sind, und es ist in dieser Hinsicht ähnlich zum HPRF des Standes der Technik.
Als nächstes wird das hitzemodifizierte HPRF von Schritt (c) mit Protease-Enzymen solubilisiert. Die enzymatische Proteinhydrolyse wird durchgeführt, indem man zunächst ausreichend Wasser zur unlöslichen HPRF-Fraktion zugibt, um eine pumpbare Aufschlämmung bereitzustellen, dessen pH-Wert und Temperatur in dem geeigneten Bereich des speziellen Protease- Enzyms liegen. Allgemeine Verfahrensbedingungen beinhalten, daß man die hitzemodifizierte NPRF-Fraktion auf etwa 14% der gesamten Feststoffe oder auf den Bereich von 10-20% auf w/w- Basis verdünnt, die HPRF-Aufschlämmung auf etwa 40-60ºC erhitzt und den pH-Wert mit einer geeigneten Base wie Natrium- oder Kaliumhydroxyd auf etwa 6,5-9,0 einstellt.
Es können proteolytische Enzyme aus verschiedenen Quellen, einschließlich solchen mit fungischem, bakteriellem, pflanzlichem und tierischem Ursprung, einzeln oder in Kombination, bei dem vorliegenden Verfahren verwendet werden. Pancreatin ist ein besonders bevorzugtes Enzym, da es relativ hohe Proteinausbeuten ergibt, leicht erhältlich ist (Biocon, Inc. Lexington, KY; American Laboratories, Inc., Omaha, NE) und eine außergewöhnlich hohe Proteaseaktivität pro Kosteneinheit besitzt.
Kombinationen von Enzymen wie von Protease N und Prozyme 6 (Amano International Enzyme Co., Inc., Troy, VA) bilden ein funktionsfähiges, alternatives Enzymsystem. Zum Beispiel solubilisiert die Kombination von etwa 0,5% Protease N und etwa 2,2% Prozyme 6, bezogen auf das Proteinsubstrat, mehr Reisprotein als jedes Enzym für sich bei der gleichen oder einer höheren Konzentration.
Wenn Pancreatin verwendet wird, wird das Gemisch typischerweise auf 50ºC erhitzt und der pH-Wert auf 8,0 mit Alkali, wie Kaliumhydroxid, Calciumhydroxid oder Natriumhydroxid, eingestellt. Während des Verdaus wird zusätzliches Alkali, zum Beispiel KOH, zugegeben, um einen pH-Wert von 8 für 10 bis 20 Minuten aufrechtzuerhalten. Zu diesem Zeitpunkt läßt man den pH-Wert auf einen endgültigen pH-Wert von etwa 6,9 bis 7,5 fallen. Die Menge an verwendeter Base wird kontrolliert, um einen geeigneten Kaliumgehalt in dem SRPC-Produkt zur Verwendung in einer Formulierung für Kleinkinder bereitzustellen. Eine Alternative zum oben Gesagten liegt darin, Calciumhydroxid zu verwenden, um einen pH-Wert von 8 während des Verdaus aufrechtzuerhalten, und nachfolgend einen pH-Wert von 6,5 bis 7,5 mit einer Säure, wie Phosphorsäure, einzustellen. Typischerweise wird Pancreatin mit einer Aktivität von 200 NF Einheiten/mg (8X USP) mit einem Gehalt von 1% bis 4% des Proteinsubstrates verwendet.
Bei Verdauungen mit Pancreatin beeinflußt die Temperatur den prozentualen Anteil an solubilisiertem Reisprotein und den prozentualen Anteil an alpha-Aminostickstoff-Gehalt des löslichen Reisprotein-Konzentrates. Die Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen, daß eine akzeptable Proteinlöslichkeit über den gesamten untersuchten Temperaturbereich (35ºC-60ºC) erreicht werden kann. Der bevorzugte Temperaturbereich zur Lösung und Hydrolyse von Reisprotein liegt jedoch bei 40ºC bis 55ºC. Aus mikrobiologischen Gründen liegt die Temperatur für eine optimale Wirkung am oberen Ende des bevorzugten Temperaturbereiches. TABELLE 3 Effekt der Protein-Verdautemperatur auf die Solubilisierung und Hydrolyse des Proteins Verdau-Temperatur ºC solubilisiertes Protein (%) SRPC α-Aminostickstoff-Gehalt (%)
Der Proteaseverdau wird für eine Dauer von 1 bis 5 Stunden durchgeführt, wobei die Bedingungen für die Inkubationstemperatur und den pH-Wert wie oben erwähnt aufrechterhalten werden. Die Beziehung von Verdauzeit und Protein-Löslichkeit bei einem Gehalt von 2% Pancreatin ist in untenstehender Tabelle 4 gezeigt. TABELLE 4 Effekt der Protease-Verdauzeit auf die Protein-Löslichkeit und Hydrolyse Zeit (Stunden) solubilisiertes Protein (%) SRPC α-Aminostickstoff-Gehalt (%)
Es ist offensichtlich, daß der größte Teil der Proteinsolubilisierung während der ersten Stunde stattfindet, und daß eine relativ geringe zusätzlich Hydrolyse nach drei Stunden stattfindet.
Wie erwartet, hängt die Verdaurate weiterhin vom Gehalt der verwendeten Protease im Verhältnis zum Proteingehalt des Verdaus ab. Die Ergebnisse mit dem Enzym Pancreatin sind in der untenstehenden Tabelle 5 gezeigt. Das Verhältnis von Pancreatin zu Reisprotein ist als prozentuales Gewicht des Pancreatins zum Gewicht des Proteins beschrieben. Die Ergebnisse zeigen, daß ein Gehalt an Pancreatin im Bereich von 1% bis 2,5% eine zufriedenstellende Solubilisierung des Proteins ergibt. Die Resultate in Tabelle 5 zeigen weiterhin, daß sich der α- Aminostickstoff erhöht, während das Verhältnis von Pancreatin zu Protein von 1 auf 2,5% erhöht wird. Da eine maximale Solubilisierung des Proteins bevorzugt ist, wurde ein Pancreatingehalt von 2% auf Proteinbasis verwendet, um die Variablen zu untersuchen, die die Solubilisierung des Proteins beeinflussen, wie in den Tabellen 3 und 4 gezeigt ist. TABELLE 5 Effekt des verwendeten Pancreatin-Gehaltes auf die Solubilisierung und Hydrolyse des Reisproteins Enzym-Protein-Verhältnis (%, w/w) solubilisiertes Protein (%) SRPC α-Aminostickstoff-Gehalt (%)
Wenn der Pancreatin-Verdau des HPRF abgeschlossen ist, wird der Protein-Verdau für 10 Minuten auf 85-90ºC erhitzt, um die Protease zu inaktivieren, und die unlösliche Fraktion wird durch Zentrifugation oder andere geeignete Mittel entfernt. Bei dem pH-Wert des Verdaus enthält das lösliche Reisprotein- Konzentrat einen niedrigen Gehalt an unerwünschten Spurenelementen und Phytinsäure, wodurch eine lösliche Reisproteinfraktionhergestellt wird, die zur Verwendung in einer Formulierung für Kleinkinder geeignet ist.
Der letzte Trennungsschritt (e) ist bei dem vorliegenden Verfahren besonders kritisch. Bei diesem Schritt werden wesentliche Mengen der unerwünschten Minerale und der Phytinsäure im unlöslichen Reisrückstand zurückgehalten, wobei das SRPC mit einem reduzierten Gehalt an Mangan, Aluminium, Selen und Phytinsäure übrigbleibt, was geeignet für eine Formulierung für Kleinkinder ist. Vorzugsweise wird diese Trennung bei einem kontrollierten pH-Wert zwiwschen 6 und 8 zur effektiven Entfernung von Mangan und Phytinsäure aus dem SRPC durchgeführt. Wenn der pH-Wert bei der Trennung auf 5 oder kleiner erniedrigt wird, ist die Reduktion an Mangan und Phytinsäure im löslichen Reisprotein-Konzentrat wesentlich weniger effizient. Diese Verbindungen neigen dazu, nach einer Trennung bei einem niedrigen pH-Wert in der löslichen Fraktion zu bleiben, wie in untenstehender Tabelle 6 gezeigt ist. Was Selen betrifft, beträgt die Menge, die entfernt wird, relativ zum Reisrohmaterial mindestens etwa 25%, und sie wird nicht merklich durch den pH-Wert bei der Trennung beeinflußt. TABELLE 6 Mangan- und Phytinsäure-Gehalt von Reismehl mit hohem Proteingehalt und löslichem Reisprotein-Konzentrat unter Verwendung verschiedener pH-Werte bei der Trennung durch Verdau Probe Mangan ug/g Protein Phytinsäure mg/g Protein
Eine Trennung bei einem hohen pH-Wert ist wegen einer Bräunungsreaktion und anderen unerwünschten Reaktionen nicht empfehlenswert.
Um die Proteinausbeute zu maximieren, können die unlöslichen Feststoffe, die aus dem abgetrennten SRPC erhalten werden, mit Wasser gewaschen werden, um eine zweite SRPC-Fraktion zu liefern. In einem typischen Beispiel wurde der unlösliche Reisrückstand mit Leitungswasser auf 6 Gew.-% der gesamten Feststoffe verdünnt und zentrifugiert. Die zweite Fraktion des löslichen Proteinkonzentrates besaß etwa 0,9% Protein und wurde mit der ersten Fraktion des löslichen Proteinkonzentrates von 4,4% Protein kombiniert, was ein Konzentrat mit 3,1% Protein und eine gesamte Proteinausbeute von 69% ergab.
Die untestehenden Tabellen 7 und 8 zeigen einen repräsentativen Vergleich des Gehaltes an Protein, Kohlenhydrat, Fett, Asche, Spurenelementen und Phytinsäure von unverarbeitetem Reismehl, Reismehl mit hohem Proteingehalt, Braureis und löslichem Reisprotein-Konzentrat der vorliegenden Erfindung. Es ist offensichtlich, daß SRPC im Vergleich zu HPRF einen wesentlich reduzierten Gehalt aller Spurenelemente und Phytinsäure besitzt. TABELLE 7 Lösliche Reisprotein-Konzentrat-(SRPC)- Zusammensetzung im Vergleich zu Reismehl und Reismehl mit hohem Proteingehalt (HPRF)a Zusammensetzung Reismehl Protein % w/w Kohlenhydrateb % w/w Fett % w/w Asche, % w/w a. Hansen, et al. siehe oben b. durch Differenzbildung TABELLE 8 Vergleich des Gehaltes an Spurenelementen und Phytinsäure mit HPRF und SRPC, hergestellt aus Proben von Braureis Probe Braureis Mangan ug/g Protein Aluminium ug/g Protein Selen ug/g Protein Phytinsäure mg/g Protein nicht nachweisbar
Die vorliegende Erfindung liefert ein lösliches Reisprotein- Konzentrat, das weiterhin hoch verdaubares Protein besitzt. Die Ergebnisse der untenstehenden Tabelle 9 zeigen, daß die "in vitro"-Verdaubarkeit von SRPC etwa 96% beträgt, während die von HPRF mit niedrigem Mn 81% beträgt. Es ist weiterhin offensichtlich, daß das Protein mit niedrigerer Verdaubarkeit im IRR konzentriert vorkommt. Das Protein des SRPC mit hoher Verdaubarkeit ist zur Verwendung in Formulierungen für Kleinkinder erwünscht. TABELLE 9 "In Vitro"-Verdaubarkeit von Reisproteinproben Anzahl der Proben % Verdaubarkeit Reismehl HPRFa mit niedrigem Mn-Gehalt a. Puski, et al. US-Patent 4 830 861
Das lösliche Reisprotein-Konzentrat kann unverändert oder nach Trocknen verwendet werden, um Nahrungsmittelprodukte zu formulieren. Eine typische RTU-Formulierung unter Verwendung von SRPC ist in untenstehender Tabelle 10 gezeigt. Das Produkt wurde mit 20 kcal pro Flüssig-Ounces formuliert und enthält 12 mg Eisen pro Quart. Die Zusammensetzung dieses Produktes beträgt 1,7% Protein, 3,54% Fett, 0,39% Asche, 6,76% Kohlenhydrate und 12,39% gesamte Feststoffe, berechnet auf w/w- Basis. TABELLE 10 Auf SRPC-basierende Formulierung für Kleinkinder, 20 kcal pro Flüssig-Ounce, 12 mg Eisen pro Quart Bestandteil Menge SRPC (40,2% Proteine, 55,4 % CHO, 4,4% (Asche) Reissirup-Feststoffe (98,3% CHO, 1,3% (Asche) Fettgemisch (55 % Kokosnuß, 45% Soja) Emulgatoren Calciumhydroxid Kaliumphosphat, monobasisch Natriumphosphat, monobasisch Zitronensäure Calciumchlorid Natriumcitrat Magnesiumchlorid Eisen(II)-sulfat Trockener Vitamin-Prämix Vitamin-ADEK-Konzentrat L-Lysin L-Threonin Spurenelemente-Prämix Wasser GESAMT
Wie oben erwähnt, ist der Gehalt an Mangan, Aluminium, Selen und Phytinsäure, wie er von dem erfindungsgemäßen SRPC bereitgestellt wird, geeignet für Formulierungen für Kleinkinder. In dieser Hinsicht beträgt der bevorzugte Gehalt an Mangan weniger als 50 ug pro g Protein. Für Aluminium beträgt der bevorzugte Gehalt weniger als 15 ug pro g Protein. Für Selen beträgt der bevorzugte Gehalt weniger als 3,0 ug pro g Protein. Für Phytinsäure beträgt der bevorzugte Gehalt weniger als 15 mg pro g Protein, und am meisten bevorzugt sind weniger als 5 mg pro g Protein.
Das Verfahren und Produkte dieser Erfindung werden durch die folgenden Beispiele illustriert, die den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen.

BEISPIEL 1

Effekt der Hitzebehandlung des Amylaseverdaus auf die SRPC-Ausbeute

Dieses Beispiel illustriert, daß eine Hitzebehandlung des Amylase-Verdaus die Proteinausbeute des löslichen Reisprotein- Konzentrates wesentlich verbessert.
Eine Aufschlämmung von Braureis (2,4 kg), Calciumchlorid (3,36 g) und Takalite L-340 (8,25 g) in Wasser (9,6 kg) wurde für 60 Minuten auf 90-95ºC erhitzt, um die thermostabile Amylase die Stärke des Braureises verdauen und hydrolysieren zu lassen. Nach der Amylase-Behandlung wurde der Verdau für 45 Sekunden bei 107ºC durch direkte Dampfinjektion (DSI) hitzebehandelt. Der resultierende DSI-behandelte Verdau, der etwa 18% Feststoffe enthielt, wurde auf etwa 75-85ºC schockgekühlt und mit einer International-Zentrifuge, CRU-5000, Rotor 276, für 12 Minuten bei 2300 Upm zentrifugiert. Das unlösliche HPRF-Pellet enthielt etwa 28,5% Feststoffe (mit einem Proteingehalt von 41,8%), während der Kohlenhydrat- Überstand 17,7% Feststoffe enthielt.
980 g des HPRF-Pellets wurden mit zweifach destilliertem Wasser auf 2000 g verdünnt, und die Aufschlämmung wurde auf 45-50ºC erhitzt und auf einen pH-Wert von 8,0 mit 8,3 g 20% Kaliumhydroxid eingestellt. Pancreatin 8X, (American Laboratories, Inc.) wurde bis zu einem Gehalt von 2,3 g (2% Enzym auf Proteinbasis) zugegeben, während der pH-Wert der Aufschlämmung mit Calciumhydroxid während der 5- stündigen Verdaudauer bei 8,0 aufrechterhalten wurde. Der pH- Wert wird mit Phosphorsäure auf 6,5 reduziert, und der Verdau wird für 10 Minuten auf 85-90ºC erhitzt, um das Enzym zu inaktivieren. Der Proteaseverdau wurde aut 25-35ºC abgekühlt und sodann in eine lösliche Proteinfraktion und eine unlösliche Proteinfraktion mittels 30-minütiger Zentrifugation in einer Sorvall-Zentrifuge mit GS-3 Rotor bei 5000 Upm fraktioniert. Nachdem man den unlöslichen Reisrückstand mit 800 mL zweifach destilliertem Wasser gewaschen und ein zweites Mal zentrifugiert hatte, wogen die vereinigten Überstandfraktionen 2561 g und besaßen einen Gehalt von 3,4% Protein und 9,0% Feststoffen. Basierend auf dem Proteingehalt des HPRF betrug die Proteinausbeute des aufgelösten Reiskonzentrates etwa 75%. Das lösliche Reisprotein-Konzentrat kann als Proteinquelle in Formulierungen für Kleinkinder verwendet werden. Die Formulierung für Kleinkinder kann aus dem flüssigen Konzentrat oder dem sprühgetrockneten Reisprotein-Konzentrat hergestellt werden. Im Vergleich zu Braureis enthielt das lösliche Reisprotein-Konzentrat einen geringen Gehalt an unerwünschten Spurenelementen. Diese Minerale liegen konzentriert in der unlöslichen Reisrückstandsfraktion vor.
Wenn das Verfahren mit einer Hitzebehandlung im Bereich von 107ºC bis 127ºC für 45 Sekunden durchgeführt wurde, waren die Ausbeuten und die Menge an aufgelöstem Protein vergleichbar. Wenn jedoch keine Hitzebehandlung oder 96ºC für 45 Sekunden vor dem Protease-Verdauschritt verwendet wurden, war die Auflösung des Proteins wesentlich geringer. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle 11 gezeigt. TABELLE 11 Effekt der Hitzebehandlung des Amylase-Verdaus auf die Auflösung des Proteins Hitzebehandlung 3-stündiger Verdau 5-stündiger Verdau Keine

BEISPIEL 2

Herstellung des löslichen Reisprotein-Konzentrates unter Verwendung von Reismehl mit hohem Proteingehalt mit 19% Feststoffgehalt

Eine Charge von 400 g des gemäß Beispiel 1 hergestellten HPRF- Pellets wurde zu 510 g entionisiertem Waser bei 50ºC zugegeben, gefolgt von 2,3 g Pancreatin 8X. Zusätzliches HPRF (580 g) wurde sodann zum Verdaugemisch zugegeben, wodurch sich der Feststoffgehalt auf 19% erhöhte. Der pH-Wert des Gemisches wurde auf 8,0 eingestellt und beibehalten bis 32 g 20% KOH und 3,6 g 50% NaOH zugegeben waren. Nach 3-stündigem Verdau (der pH-Wert fiel auf 7,5) wurde der pH-Wert mit 85% H&sub3;PO&sub4; auf 6,9 eingestellt, und das Gemisch wurde für 10 Minuten auf 85-90% erhitzt, um die Protease zu inaktivieren.
Das Gemisch wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und mittels 20- minütiger Zentrifugation mit einer Sorvall-Zentrifuge mit GS-3- Rotor bei 6000 Upm aufgetrennt. Der unlösliche Reisrückstand wurde mit 1600 g entionisiertem Wasser gewaschen, und der Überstand wurde mit der ersten löslichen Fraktion vereinigt. Die gesamte Proteinausbeute betrug 67,2%.
Dieses Beispiel illustriert, daß der Feststoffgehalt des HPRF, das der Proteasebehandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens unterzogen wird, variiert werden kann.

BEISPIEL 3

Herstellung des löslichen Reisprotein-Konzentrates unter Verwendung bakterieller, pflanzlicher oder fungischer Proteasen

Alkalische bakterielle Protease

- Entionisiertes Wasser wurde zu einer Charge von 490 g HPRF (28,5% Feststoffe), hergestellt gemäß Beispiel 1, zugegeben, um ein Gesamtgemisch von 1000 g zu liefern, das auf 50ºC erhitzt wurde. Der pH-Wert des Gemisches wurde mit 3,8 g 20% KOH auf 8,0 eingestellt, und 1,8 g der Protease Alcalase (Novo, Wilton, CT) wurden dann zugegeben. Der pH-Wert wurde während der ersten 1,5 Stunden des Verdaus bei 8 gehalten, was die Zugabe von 16,2 g 20% KOH zu dem Gemisch erforderte. Nach einer 3-stündigen Verdauperiode fiel der endgültige pH-Wert der Reaktion auf 7,6. Der pH-Wert wurde dann mit Zitronensäure auf 7,1-7,2 eingestellt, und das Gemish wurde für 10 Minuten auf 85-90ºC erhitzt, auf Raumtemperatur abgekühlt und unter Verwendung einer Sorvall-Zentrifuge mit GS- 3-Rotor für 20 Minuten bei 6000 Upm zentrifugiert. Das zurückbleibende Pellet wurde mit 400 g destilliertem Wasser gewaschen und rezentrifugiert. Basierend auf dem Proteingehalt des HPRF betrug die Proteinausbeute nach der ersten Zentrifugation 41,5%, und nach der zweiten Zentrifugation betrug die gesamte Proteinausbeute 47%.

Neutrale bakterielle Protease

- Die Auflösung des Proteins des HPRF wurde wie oben durchgeführt, wobei 1,8 g Neutrase (Novo, Wilton, CT) zu dem Gemisch zugegeben wurden, und der pH-Wert während der 3-stündigen Verdauperiode bei 7,0 gehalten wurde. Die gesamte Proteinausbeute betrug 33,5%.

Pflanzen-Protease

- Die Auflösung des Proteins des HPRF wurde wie oben durchgeführt, wobei 0,3 g Papain (Miles, Elkhart, IN) zu dem Gemisch zugegeben wurden, und der pH-Wert während der 3- stündigen Verdauperiode bei 7,0 bei 60ºC beibehalten wurde. Die Proteinausbeute betrug 17%.

Neutrale fungische Protease

- Die Auflösung des Proteins des HPRF wurde wie oben durchgeführt, wobei 1,2 g Prozyme 6 (Amano International Enzyme Co., Inc., Troy, VA) zu dem Gemisch zugegeben wurden. Die Proteinausbeute betrug 61%. Dieses Beispiel illustriert, daß verschiedene Protease-Typen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können.

BEISPIEL 4

Herstellung von löslichem Reisprotein- Konzentrat unter Verwendung eines Protease-Gemisches

Zu einer Charge von 490 g HPRF (27,2% Feststoffe, enthaltend 42,4% Protein), das gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde, wurde entionisiertes Wasser zugegeben, um ein Gemisch von 1000 g zu liefern, das mit 4,1 g 20% KOH auf einen pH-Wert von 7,0 eingestellt und auf 45ºC erhitzt wurde. Sodann wurden 1,2 g Prozyme 6 und 0,3 g Protease N (Amano International Enzyme Co., Inc., Troy, VA) zu dem Verdau zugegeben. Der pH-Wert wurde während der 3-stündigen Verdauperiode unter Verwendung von 13,5 g 20% KOH bei 7,0 aufrechterhalten, bis die Base verbraucht war. Der Verdau wurde für 10 Minuten auf 85-90ºC erhitzt, abgekühlt, zentrifugiert und der unlösliche Teil wurde wie in Beispiel 3 gewaschen. Die Proteinausbeute betrug nach dem ersten Zentrifugationsschritt 68,0%, und die kombinierte Ausbeute nach dem Waschen betrug 73,6%.
Dieses Beispiel illustriert, daß eine Kombination von zwei Enzymen effektiv bei der Auflösung des Reisproteins ist.

BEISPIEL 5

Herstellung von löslichem Reisprotein- Konzentrat im Versuchsanlagen-Maßstab

50 pounds Reismehl und 40 g Takalite L-340 Amylase-Enzym wurden in 200 pounds Wasser in einem 50 gallon großen, ummantelten Tank dispergiert. Die Aufschlämmung wurde auf 91ºC erhitzt, was für 20 Minuten beibehalten wurde, und dann für 45 Sekunden bei 118ºC hitzebehandelt. Das Gemisch wurde auf 66ºC abgekühlt und mit einer Sharples 660 bei einer Trommelgeschwindigkeit von 6200 Upm und einer Rücklaufgeschwindigkeit von 4200 Upm (Flußrate des Produktes 0,5 gpm) zentrifugiert. Das HPRF wurde gesammelt und mit gekühltem Wasser abgekühlt. Dieses Verfahren wurde fünfmal wiederholt. Die Dextrose-Äquivalente des Reissirup- Überstandes lagen im Bereich von 18-21.
Das HPRF der sechs Chargen wurde vereinigt und mit Wasser auf 14% Gesamtfeststoffe eingestellt, und das Gemisch wurde auf 50ºC erhitzt und mit 30% KOH auf einen pH-Wert von 8,0 eingestellt, bevor 192 g Pancreatin 8X Protease-Enzym zugegeben wurden. Während einer 3-stündigen Verdauperiode wurden insgesamt 2400 g 30% KOH zugegeben, um den pH-Wert auf 8,0 einzustellen und beizubehalten. Am Ende des 3-stündigen Verdaus wurde der pH-Wert mit Phosphorsäure auf 6,5 eingestellt, und das Gemisch wurde für 10 Minuten auf 85ºC erhitzt, um das Enzym zu inaktivieren, und sodann auf 24ºC abgekühlt. Das Gemisch wurde mit einer Westphalia SA-1 bei einer Flußrate von 1/4 gpm mit einem 3-minütigen Aufgabe-Intervall zentrifugiert. Das schließlich erhaltene lösliche Reisprotein-Konzentrat wurde bei 4ºC gelagert, um es als Proteinquelle in einer flüssigen Formulierung für Kleinkinder zu verwenden.
Alternativ wurde das lösliche Reiskonzentrat in einem Verdampfer weiterhin auf 35-40% Gesamtfeststoffe ankonzentriert und sodann sprühgetrocknet zur Verwendung in einer Formulierung für Kleinkinder.
Die untenstehende Tabelle 12 stellt die Ausbeuten an Proteinen und Feststoffen des HPRF und der Verdaufraktionen (SRPC und IRR) dar. TABELLE 12 Ausbeuten an Proteinen und Feststoffen von HPRF, SRPC und IRR Fraktion % Feststoff-Ausbeute % Protein-Ausbeute
Die untenstehende Tabelle 13 demonstriert, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine deutliche Reduktion an Mangan, das in dem unlöslichen HPRF des Standes der Technik gefunden wird, liefert. Somit betrug der Mangangehalt des SRPC nur etwa 6% von dem des HPRF. Es ist weiterhin offensichtlich, daß das im HPRF vorhandene Mangan in dem unlöslichen Reisrückstand konzentriert ist. Während ein Aluminium-Gehalt im SRPC-Produkt nicht nachweisbar war, war der gesamte Aluminium-Gehalt im IRR annähernd gleich zum gesamten Aluminium-Gehalt im HPRF, was besagte, daß im wesentlichen das gesamte Aluminium durch das vorliegende Verfahren aus dem SRPC eliminiert wird. TABELLE 13 Gehalt an Spurenelementen und Phytinsäure des HPRF, SRPC und IRR Mangan ug/g Protein Aluminium ug/g Protein Selen ug/g Protein Phytinsäure ug/g Protein nicht nachweisbar

BEISPIEL 6

Reduzierung von Mineralen und Phytinsäure

Dieses Beispiel zeigt, daß bei der Herstellung von löslichem Reisprotein-Konzentrat (SRPC) aus Braureis der Gehalt an Spurenelementen und Phytinsäure deutlich reduziert und entsprechend im unlöslichen Reisrückstand (IRR) ankonzentriert wird.
Im ersten Schritt des Verfahrens wurde Reisstärke mit Amylase hydrolysiert, wie in Beispiel 1 beschrieben. Nach Hydrolyse der Stärke mit Amylase wurde der Verdau durch direkte Dampfinjektion für 45 Sekunden bei 118ºC hitzebehandelt, blitzartig abgekühlt und in einer International Labor- Zentrifuge zentrifugiert. Das resultierende HPRF-Pellet enthielt 28,6% Feststoffe, die 47,1% Proteine enthielten. Entionisiertes Wasser wurde zu 490 g HPRF-Pellet zugegeben, um eine Aufschlämmung mit einem Gewicht von 1000 g zu bilden. Die Aufschlämmung wurde auf 45-50ºC erhitzt und mit 4,5 g 20% KOH auf einen pH-Wert von 8,0 eingestellt. Pancreatin 8X wurde bis zu einem Gehalt von 1,15 g zugegeben, und der pH-Wert des Verdaus wurde mit insgesamt 11,5 g 20% KOH, das nach 90- minütigem Verdau verbraucht war, auf etwa 8,0 eingestellt und beibehalten. Nach einem 3-stündigem Verdau fiel der pH-Wert schließlich auf 7,1, und der Verdau wurde sodann für 10 Minuten bei 85-90ºC hitzebehandelt und auf 25-35ºC abgekühlt. Die Fraktion des löslichen Reisprotein-Konzentrates wurde durch eine 20- minütige Zentrifugation in einer Sorvall-Zentrifuge mit einem GS-3-Rotor bei 6000 Upm erhalten. Die Fraktion des unlöslichen Reisrückstandes wurde mit 400 ml entionisiertem Wasser gewaschen und rezentrifugiert. Die vereinigten Überstände wogen 1173 g und besaßen einen Feststoffgehalt von 9,0% und einen Proteingehalt von 3,6%. Die gesamte Ausbeute an löslichem Reisprotein der vereinigten Überstände betrug 68,7%.
Das Verfahren, das zur Herstellung von löslichem Reisprotein- Konzentrat mit einem geringen Gehalt an Spurenelementen und Phytinsäure verwendet wird, produziert weiterhin eine Kohlenhydrat-Fraktion (Reissirup) und eine unlösliche Fraktion (unlöslicher Reisrückstand). Der größte Teil der unerwünschten Spurenelemente und der Phytinsäure, die in dem eingesetzten Reismehl vorhanden waren, verbleiben in dem IRR. Die untenstehende Tabelle 14 zeigt die Spurenelemente-Verteilung in den Reisfraktionen, die in diesem Beispiel hergestellt wurden. Eine drastische Reduktion an unerwünschten Spurenelementen ist bei der SRPC-Fraktion zu beobachten. TABELLE 14 Gehalt an Spurenelementen und Phytinsäure bei SRPC, IRR und Reissirup, hergestellt aus Braureis Braureis IRRa Reissirup Mangan ug/g Protein Aluminium ug/g Protein Selen ug/g Protein Phytinsäure ug/g Protein nicht nachweisbar a. Typischer Proteingehalt, 65% w/w. b, Feststoffbasis.

BEISPIEL 7

Formulierung für Kleinkinder (RTU), hergestellt aus SRPC

Dieses Beispiel stellt die Verfahrensschritte bereit, die zur Herstellung einer Charge von 10000 g einer RTU-Formulierung für Kleinkinder unter Verwendung des löslichen Reisprotein- Konzentrates als Proteinquelle benötigt werden.
Im ersten Schritt werden 408 g der Feststoffe des löslichen Reisprotein-Konzentrates (40,2% Protein, 55,4% CHO) und 431,6 g der Feststoffe des Reissirups (98,3% CHO) in 5900 g Leitungswasser bei Raumtemperatur dispergiert. Sodann werden 4,27 g L- Lysin und 1,48 g L-Threonin in 60 g Leitungswasser zusammen mit 4,5 g Calciumhydroxid in 50 g Leitungswasser zugegeben. Die Salze monobasisches Kaliumphosphat (2,86 g) und monobasischen Natriumphosphat (2,97 g) werden zusammen in 60 g Leitungswasser zugegeben. Sodann werden 7,4 g Zitronensäure und 3,1 g Natriumcitrat in 100 g Leitungswasser gelöst und zusammen mit 6,7 g Calciumchlorid und 2 g Magnesiumchlorid, die in 90 g Leitungswasser gelöst wurden, dem Gemisch zugesetzt. Sowohl 0,64 g Eisen-(II)-Sulfat und 1,17 g Spurenelemente-Prämix wurden in 10 ml Wasser gelöst und zu dem Gemisch zugegeben.
Im zweiten Teil dieses Verfahrens wird das Gemisch aus Proteinen, Kohlenhydraten und Mineralen auf 50-55ºC erhitzt. Das Fettgemisch, das aus 354 g eines Gemisches aus 55% Kokosnußöl und 45% Sojabohnen, 11 g Emulgatoren und 0,32 g eines Prämix-Konzentrates der Vitamine A, D, E und K besteht, wird auf 60-70ºC erhitzt und heiß zu der wäßrigen Mischung aus Proteinen, Kohlenhydraten und Mineralen zugegeben. Dieses Gemisch wird schnell auf 130ºC erhitzt, so für 45 Sekunden gehalten und sofort auf 65-70ºC abgekühlt.
Dieses hitzebehandelte Gemisch wird dann homogenisiert (2500/500 psig auf der ersten bzw. zweiten Stufe). Es wird ein zweites Mal bei den gleichen Drücken homogenisiert und sofort auf 2-5ºC abgekühlt. Das Gemisch wird mit einer 10%igen Lösung KOH auf einen pH-Wert von 7,4 eingestellt, und 2,1 g des Vitamin-Prämix werden in 50 ml Leitungswasser gelöst und zu dem homogenisierten Gemisch gegeben. Der Feststoffgehalt des Gemisches wird analysiert und durch Zugabe einer geeigneten Menge Leitungswasser auf 12,4 % eingestellt. Das Endprodukt wird verpackt und sterilisiert.

Claims

1. Lösliches Reisproteinkonzentrat mit verbesserter Verdaubarkeit und mit einem auf Proteinbasis im Vergleich zu Reis wesentlich verringerten Gehalt an Mangan, Aluminium, Selen und Phytinsäure.

2. Lösliches Reisproteinkonzentrat gemäß Anspruch 1, das einen Proteingehalt von mehr als 16 % auf Feststoffbasis aufweist.

3. Lösliches Reisproteinkonzentrat gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, das einen Proteingehalt von 16 bis 90 % auf Feststoffbasis aufweist.

4. Lösliches Reisproteinkonzentrat gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dessen Mangangehalt weniger als 50 Mikrogramm pro Gramm Protein beträgt.

5. Lösliches Reisproteinkonzentrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Aluminiumgehalt weniger als 15 Mikrogramm pro Gramm Protein beträgt.

6. Lösliches Reisproteinkonzentrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dessen Selengehalt auf ein Minimum von 25 % auf Proteinbasis, bezogen auf Reisrohmaterial, reduziert ist.

7. Lösliches Reisproteinkonzentrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dessen Phytinsäuregehalt weniger als 15 Milligram pro Gramm Protein beträgt.

8. Lösliches Reisproteinkonzentrat gemäß Anspruch 7, dessen Phytinsäuregehalt weniger als 5 Milligramm pro Gramm Protein beträgt.

9. Lösliches Reisproteinkonzentrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dessen Protein zu mehr als 90 % verdaulich ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines löslichen Reisproteinkonzentrates aus Reisrohmaterial, das Mangan, Aluminium, Selen und Phytinsäure enthält, wobei man bei diesem Verfahren:

(a) das Rohmaterial, dessen Partikelgröße verringert wurde, um effiziente Enzymeinwirkung zu ermöglichen, in einem wäßrigen Medium mit dem Enzym alpha-Amylase bei geeignetem pH und geeigneter Temperatur so lange verdaut, bis ein wesentlicher Anteil der im Reis vorhandenen Stärke solubilisiert ist und ein flüssiger Brei gebildet wird;

(b) den Brei 30 bis 60 Sekunden auf eine Temperatur von 105ºC bis 130ºC erhitzt;

(c) von dem solubilisierten Reis-Kohlenhydrat Reismehl mit hohem Proteingehalt abtrennt;

(d) eine Aufschlämmung des Reismehls mit hohem Proteingehalt mit einem Proteaseenzym bei geeignetem pH und geeigneter Temperatur so lange und mit einer solchen Menge behandelt, wie zum Lösen des Reisproteins notwendig ist; und

(e) das gelöste Reisprotein vom unlöslichen Rest des Reises abtrennt, um ein Reisproteinkonzentrat bereitzustellen, das eine verbesserte Verdaubarkeit, sowie einen verringerten Mangan-, Aluminium-, Selen- und Phytinsäuregehalt aufweist.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das abgetrennte, lösliche Reisproteinkonzentrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 definiert ist.

12. Verfahren gemäß einem der Anspruche 10 und 11, wobei das Reisrohmaterial bis zu einem DE-Gehalt von 5 bis 50 hydrolysiert wird.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Reisstärke-Aufschlämmung durch direktes Einleiten von Dampf erwärmt wird.

14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Reisstärke-Aufschlämmung 30 bis 60 Sekunden durch direktes Einleiten von Dampf auf eine Temperatur von 105ºC bis 130ºC erhitzt wird.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Reisstärke- Aufschlämmung 40 bis 50 Sekunden durch direktes Einleiten von Dampf auf eine Temperatur von 110ºC bis 120ºC erhitzt wird.

16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei das gelöste Reisprotein bei einem pH von 6 bis 8 vom unlöslichen Rest des Reises abgetrennt wird.

17. Flüssige, gebrauchsfertige, vollwertige Formulierung auf Reisbasis für Kinder, wobei das Protein aus löslichem Reisproteinkonzentrat stammt, das einen Proteingehalt von mehr als 16 % auf Feststoffbasis, einen Mangangehalt von weniger als 50 Mikrogramm pro Gramm Protein, einen Aluminiumgehalt von weniger als 15 Mikrogramm pro Gramm Protein, einen Selengehalt von weniger als 3 Mikrogramm pro Gramm Protein und einen Phytinsäuregehalt von weniger als 15 Milligramm pro Gramm Protein aufweist, und wobei dessen Protein zu mehr als 90 % verdaulich ist.