DE69427605T2

DE69427605T2 - Natürliche Johannisbrotfaser und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE69427605T2
Application number: DE69427605T
Authority: DE
Inventors: Ana Maria Requejo Marco; Baltasar Ruiz-Rosa Calvo De Mora; Carlos Sanjuan Diaz
Original assignee: General Del Algarrobo De Espana Cia SA
Current assignee: General Del Algarrobo De Espana Cia SA
Priority date: 1993-03-26
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2014-03-01
Also published as: PT616780E; DK0616780T3; EP0616780A3; ATE202676T1; EP0616780B1; DE69427605D1; GR3036791T3; ES2060543B1; EP0616780A2; US5856313A; US5609905A; ES2060543A1

Description

Die Erfindung betrifft ein neues, aus Johannisbrot stammendes Naturprodukt, das der wasserunlöslichen Fraktion des nach Entfernung des gesamten wasserlöslichen Materials erhaltenen Fruchtfleisches entspricht und durch anschließendes Trocknen und Mahlen auf eine dem jeweiligen Markt und der jeweiligen Verwendung entsprechende Granulometrie erhalten wird.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine neue natürliche Johannisbrotfaser (NCF) und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Das Anwendungsgebiet der Erfindung entspricht dem menschlichen Diät- und Ernährungssektor.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die derzeit auf dem Markt befindlichen Fasern werden hauptsächlich aus Zerealien erhalten und sowohl auf dem Gebiet von Diäten als auch auf dem Gebiet der menschlichen Ernährung eingesetzt.
Die Wirkungen, die die Faser auf die Diät ausübt, sind auf dem Ernährungssektor gut bekannt. Gleichermaßen gut bekannt ist der Ballaststoff-Mangel in der modernen Ernährung aufgrund von Änderungen der traditionellen Ernährungsgewohnheiten. Gleichermaßen gut bekannt ist der Einfluß, den Ballaststoffe auf das Abfangen von Fetten im Magen-Darm-Trakt ausüben. Außerdem ist heutzutage der Zusammenhang zwischen Lipidämie und Fett-Aufnahme ebenso wie ihr Zusammenhang mit der Herzkreislauf-Morbidität und -Mortalität allgemein anerkannt, wobei der Cholesteringehalt in der aufgenommenen Nahrung und der Typ von Nahrungsfett klare Risikofaktoren darstellen.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße NCF-Faser stellt für den Markt ein neues Produkt bereit, das, da es die gleichen ernährungsphysiologischen Eigenschaften wie die derzeit bekannten Fasern besitzt, praktisch die hypocholesterinämische Wirkung verdoppelt, die es ermöglicht, den Folgen moderner cholesterinreicher Ernährungsweisen teilweise entgegenzuwirken.
Die Patentanmeldung der gleichen Anmeldergemeinschaft, die zum gleichen Datum eingereicht wurde, mit dem Titel "A syrup consisting of the natural carob sugars and a process for its production" beschreibt und beansprucht ein neues Verfahren zur Extraktion und Reinigung des aus dem Johannisbrotfruchtfleisch stammenden Safts einerseits unter Erhalt eines natürlichen Sirups der Johannisbrotzucker und andererseits eines Abfallfruchtfleisches, das die unlösliche Fraktion des Johannisbrotfruchtfleisches enthält.
Die Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines neuen Verfahrens, durch das sich ausgehend von dem oben erwähnten Abfallfruchtfleisch eine neue natürliche Johannisbrotfaser (NCF) erhalten läßt.
Die Erfindung betrifft darum nach einem ersten Aspekt ein neues Verfahren zum Erhalt der natürlichen Johannisbrotfaser, das aus den folgenden Schritten besteht:

1. REINIGUNG DES JOHANNISBROTS

Die Frucht von den Feldern ist normalerweise von einer Reihe von Fremdelementen begleitet, wie Steine, Zweige, metallische Elemente sowie Erde, die an dem Johannisbrot haften, insbesondere wenn es während der Regenzeit geerntet wurde.
Der erste Vorgang besteht in der Reinigung des Johannisbrots von all diesen zusätzlichen Elementen durch mechanische Abtrennung der Fremdelemente. Reinigung des Johannisbrots mit Wasser und Trocknen unter Erhalt der reinen Frucht, die frei von anderem Material ist, so daß sie in hygienischer Hinsicht zum Übergang zur Zerkleinerungsphase bereit ist.

2. ZERKLEINERUNG

Unter Ausnutzung der Zerbrechlichkeit des Johannisbrots und der Härte des Samens (Garrofin) wird es durch eine Hammermühle gegeben, wo die Hülsen unter Freisetzung des Samens ausreichend zerkleinert werden. In der Praxis wird es bis zum Passieren einer perforierten Sieblage mit einem Lochdurchmesser von 12 bis 20 mm, die in der Mühle anbracht ist, zerkleinert.
Dieser Schritt erzeugt ein Rohmaterial, das die für Lebensmittel erforderlichen hygienischen Bedingungen erfüllt, etwas, was unter Verwendung des derzeit auf dem Markt befindlichen, zerkleinerten Produkt vollkommen unmöglich ist, da die derzeitigen Anlagen aufgrund seiner traditionellen Verwendung als Bestandteil eines Zufuhrgemisches die minimalen hygienischen Anforderungen nicht erfüllen.

3. KLASSIERUNG

Das aus der Zerkleinerungsmühle erhaltene zerkleinerte Material wird kontinuierlich einem Trennsieb zugeführt, das aus verschiedenen Sieben besteht, die einerseits das Garrofin und andererseits die Pulpe abtrennen, in Abhängigkeit davon, ob die Teilchen unterhalb oder gleich/oberhalb der Größe von Garrofin liegen. Diese letzte Fraktion wird unter Erhalt einer Granulometrie von unter 10 mm erneut der Mühle zugeführt.
Eine hohe Granulometrie verhindert in der folgenden Diffusionsphase den Erhalt einer guten Ausbeute. Die beträchtliche Bildung von Mehl würde das Diffusionsverfahren blockieren und Verstopfungsprobleme verursachen.
Es muß eine Teilchengröße von etwa 5/6 mm unter minimaler Bildung von Mehl angestrebt werden. Offensichtlich ist das Verhalten der Frucht während des mechanischen Verfahrens in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit und der angebauten Varietät unterschiedlich; was den Bedarf verschiedener Einstellungen nahelegt.

4. EXTRAKTION

Das auf die geeignete Granulometrie zerkleinerte Johannisbrotfruchtfleisch wird einer kontinuierlichen Extraktionsvorrichtung zugeführt. Der Austrag aus dieser Vorrichtung ist ein Rohsaft von dunkelbrauner Farbe, süß mit bitterem Nachgeschmack und dem charakteristischen Geruch von Johannisbrot.
Der andere Austrag erzeugt einen Fruchtfleisch-Abfall, der in Wasser eingeweicht ist und die unlösliche Fraktion des Johannisbrot-Fruchtfleisches enthält.
Die Arbeitsbedingungen während dieses Schritts sind:
Kontaktzeit: Fruchtfleisch und Diffusionswasser müssen für die minimal erforderliche Zeit in Kontakt sein, um die Vermehrung von Mikroorganismen und ihre entsprechenden Infektionen zu vermeiden. Die Kontaktzeit liegt in Abhängigkeit von der Varietät und dem Feuchtigkeitsgehalt zwischen 1 und 3 h.
Die Temperatur beträgt zwischen 15 und 30ºC.
Der Arbeits-pH liegt, unabhängig von dem pH des zugeführten Wassers, zwischen 4,6 und 5,4.
Die Austragskonzentration liegt zwischen 30 und 50º BRIX. Konzentrationen von weniger als 30º BRIX sind auf Grund der Wirtschaftlichkeit. des Verdampfungsschrittes nicht ratsam, und auch Konzentrationen von größer als 50º BRIX werden aufgrund von Problemen beim Filtrationsvorgang und beim Passieren der Entmineralisierungssäulen nicht empfohlen.

5. AUSPRESSEN DES FRUCHTFLEISCH-ABFALLS

Beim Austreten des Fruchtfleisches aus dem Diffuseur ist sein Wassergehalt sehr hoch: 70-80%, d. h. 30 - 20% Trockensubstanz. Es ist essentiell, dieses Fruchtfleisch vor seiner anderweitigen Verwendung auszupressen.
Durch das Auspreßverfahren lässt sich ein beträchtlicher Anteil des vom Fruchtfleisch mitgeführten Wassers mechanisch extrahieren, wobei das Wasser in Lösung immer noch Zucker und verschiedene Nichtzucker enthält. Dieses Wasser wird zur Extraktion der Zucker im vorherigen Schritt verwendet, wobei eine beträchtliche Ersparnis an Wasser erzielt und unerwünschter Abfall vermieden wird.
Ein wirksames Auspreßverfahren vermindert den Wassergehalt um 50-60 %, d. h. 50 - 40% Trockenmasse. Das durch diese Vorgehensweise gewonnene Wasser kann 37-47% desjenigen betragen, das von dem Fruchtfleisch in der Diffusionsphase mitgeführt wird.
Dieser Vorgang wird unter Verwendung von vertikalen oder kontinuierlichen Doppel- oder Einfach-Horizontalschneckenpressen angewandt. Die Arbeitsbedingungen in dieser Phase sind:
Abtropfzeit: Abhängig vom Pressentyp.
Die Auspreßtemperatur hängt mit der Diffusions-Ausgabeleistung zusammen, obwohl davon ausgegangen wird, daß die dynamische Viskosität des ausgepreßten Wassers um so höher ist, je niedriger die Temperatur ist, ist eine Lagerung zwischen den zwei Arbeitsgängen nicht günstig.
Ein pH zwischen 5 und 6 kann als optimaler Wert betrachtet werden.

6. AUFBRECHEN

Je größer der auf die Faser während des Auspreßvorgangs ausgeübte Druck ist, desto fester ist die Konsistenz der erhaltenen Faser, was als Ergebnis den Entzug der Feuchtigkeit, die sie enthält, erschwert. Um die Faser ordnungsgemäß zu trocknen, muß das gepreßte Material aufgebrochen werden. Dies wird durchgeführt, indem es kontinuierlich durch eine Spezialmühle geführt wird, die es aufbricht und in einem Zustand zurückläßt, in dem es getrocknet werden kann.
Die Arbeitsbedingungen in dieser Phase sind:
Zeit: sehr kurz und kontinuierlich.
Raumtemperatur.

7. TROCKNEN

Die feuchte Faser aus dem Aufbrechverfahren wird unter Entzug sämtlicher Feuchtigkeit einem Trocknungsverfahren unterzogen. Dieses Verfahren wird in Gebläse-Heißluftstromöfen durchgeführt, worauf Abkühlen auf Raumtemperatur folgt.
Nach dem Verfahren sollte die Faser einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 5% aufweisen, so daß das Mahlverfahren unter guten Bedingungen durchgeführt werden kann.
Abgesehen von der Beseitigung des Wasserüberschusses beseitigt dieser Vorgang auch eine Reihe von flüchtigen, nicht analysierten Substanzen, was die Faser geruchlos macht.
Die Arbeitsbedingungen in dieser Phase sind:
Trocknungszeit: je nach Feuchtigkeits-Anfangsgehalt bis auf eine Verminderung auf < 5%.
Temperatur: 120 + 10ºC.

8. MAHLEN

Die trockene Faser wird durch ein traditionelles Mahlverfahren in Mehl übergeführt.
Die Arbeitsbedingungen sind:
Granulometrie: zwischen 300 und 56 um (oder zwischen 50 und 250 mesh (ASTM EJI-70)).

9. SIEBEN

Das Mehl aus den Mühlen wird nach verschiedenen Granulometrien unter Einsatz einer industriellen Siebanlage gesiebt. Unter normalen Bedingungen wird das zurückgehaltene Material in den Mahlvorgang zurückgeführt, wo es wieder in den Kreislauf eintritt.
Die Faser mit den geeigneten Maßen wird in Säcke verpackt oder gelagert und ist zum Vertrieb bereit.
Die beigefügte Zeichnung erläutert schematisch das erfindungsgemäße Verfahren.
Nach der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens bleibt nur noch zu sagen, daß in Laufe des Verfahrens weitere Produkte erhalten werden. In Phase 3 wird ebenfalls Garrofin erzeugt, in Phase 4 wird der Rohsirup erzeugt und in Phase 5 wird die durch das Auspreßverfahren erhaltene Flüssigkeit bei dem Verfahren der Diffusion der löslichen Fraktion in Vorgang 4 verwendet.
Folglich und gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine natürliche Johannisbrotfaser (NCF) bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie die folgende Zusammensetzung aufweist:
Lignin 50-65%
Cellulose 15-25%
Hemicellulose 15-25%
Pectin 0,5-2%
Tannine 3-7%
Feuchtigkeit 4-8%
wobei der Prozentgehalt sich auf das Gewicht bezieht und je nach Frucht (Varietät, Ernte, Anbauland etc.) innerhalb bestimmter Grenzen liegt, mit Ausnahme der Feuchtigkeit, die von den Anwendungen abhängt.
Das erfindungsgemäße Produkt wird nicht nur durch die oben erwähnten Zusammensetzung unterschieden, sondern auch durch die folgenden Merkmale:

Physikalische Eigenschaften:

Ein Mehl von variierender Teilchengröße zwischen 4 und 0,063 mm (DN 4188) (oder 5 und 230 mesh (ASTM E11-70)), je nach Anwendung und Einsatz. Braun, geruchlos und vollständig geschmacklos.

Nährwert-Eigenschaften:

Nach den Ergebnissen der durchgeführten Forschung entspricht der ernährungsphysiologische Wert der Faser in jeder Hinsicht dem Standard (mikrokristalline Cellulose), mit der Ausnahme, daß sie eine verminderte Fett-Assimilation bewirkt und daß die NCF auch eine beträchtliche hypocholesterinämischen Wirkung aufweist.

Mikrobiologische Merkmale:

Sie ist aufgrund ihres geringen Feuchtigkeitsgehalts praktisch inert gegenüber der Entwicklung von Mikroorganismen. Um den Nährwert dieser Faser zu bestimmen und angesichts der Tatsache, daß es keine spezielle technische Dokumentation gibt, wurden eine Reihe von Forschungsexperimenten durchgeführt, deren Ziele und Ergebnisse folgende sind:
Als erstes wurde das Verhalten der NCF-Faser hinsichtlich einer Reihe von Parametern bestimmt, die mit dem bei der Ernährung ausgenutzten Nährwert in Verbindung stehen: Aufnahme, Gewichtszunahme, Nahrungseffizienzkoeffizient (AEC) und Protein- und Fettverdauungsvermögen.
Bei den normalen Diäten wurde kein Unterschied zwischen Standardfaser (Cellulose) und NCF-Faser hinsichtlich Nahrungsaufnahme, Gewichtszunahme, Nahrungseffizienzkoeffizient (AEC) festgestellt. Eine Verminderung wurde allerdings im Fettverdaubarkeitskoeffizient (FDC) durch eine Zunahme in der Menge des als Faeces ausgeschiedenen Fettes festgestellt.
Nachdem bestätigt wurde, daß die NCF-Faser im Vergleich zur Standardfaser (mikrokristalline Cellulose) nicht nur keine negative ernährungsphysiologische Wirkung aufweist, sondern daß sie hinsichtlich des Verhaltens in der Fettabsorption einen Unterschied hervorrief, wurde zur Bestätigung und Ausweitung der bisherigen Ergebnisse eine zweite Reihe von Tests, wiederum unter Verwendung von heranwachsenden "Wistar"-Ratten, durchgeführt. Die aus diesem Stadium gezogenen Schlußfolgerungen können wie folgt zusammengefaßt werden:
Unabhängig vom Fettgehalt in der Nahrung verminderte die NCF-Faser wesentlich die Gewichtszunahme der Tiere pro Gramm aufgenommenes Material.
Im Vergleich zu Diäten, die Cellulose enthielten, vermindert die NCF-Faser wesentlich die Absorption von Protein, jedoch ohne negative metabolische Folgen, da die Blockierung der Aminosäure-Absorption anscheinend nicht selektiv gegenüber einer essentiellen Aminosäure ist.
Unabhängig vom Fettgehalt ist auch die Absorption von Fett bei einer Diät, die NCF-Faser enthält, im Vergleich zu den Kontrolldiäten, die Cellulose enthalten, vermindert.
Unter den experimentellen Bedingungen besitzt die NCF-Faser keinen negativen Einfluß auf die Absorption der Mineralien Eisen und Zink.
Die studierten Ablageiungen der fettlöslichen Vitamine Retinol und Vitamin E in der Leber war bei den Diäten, die NCF enthielten, im Vergleich zu den Kontrolldiäten nicht nennenswert beeinflußt.
Die durch das Johannisbrotfruchtfleisch hervorgerufene physiologische Wirkung wurde außerdem weiter erforscht, und in einem dritten Schritt bestätigte sich, daß die Wirkung bei Diäten mit hohem Cholesterin-Gehalt eine nennenswerte und bedeutenden Verminderung der Cholesterinämie hervorruft. Außerdem bestätigte sich auch, daß die NCF-Faser im Falle von Ratten, die mit normalen Diäten gefüttert wurden, nicht auf dem oben beschriebenen Weg wirkte.
Hierzu wurden vier verschiedene isokalorische Diäten hergestellt, die den Anforderungen heranwachsender Ratten angepaßt waren und in denen die einzigen Variablen waren:

1. Ballaststoffe (5%)

a) Cellulose.
b) NCF-Faser.

2. Cholesterin-Aufnahme

a) Diät ohne Cholesterin;
b) cholesterinreiche Diät (2%).
Diese Diäten wurden 28 Tage an vier Gruppen verfüttert, die jeweils 10 am selben Tag geborene Ratten enthielten. Die Aufnahme wurde täglich überprüft. Die folgenden Parameter wurden individuell für jede der vier Gruppen bestimmt:
- Aufnahme
- Gewichtszunahme
- Serum-Cholesterin.
Die Ergebnisse wurden zum Erstellen eines Signifikanzniveaus von p% 0,05 statistisch behandelt, was die bisherigen Ergebnisse bestätigte:
- Hinsichtlich Aufnahme und Gewichtszunahme bestehen zwischen den beiden Typen von Fasern keine Unterschiede.
- Die Zunahme des Cholesterins im Serum bei Ratten, die eine cholesterinreiche Diät erhielten, ist in einer Gruppe, die mit einer NCF-Diät gefüttert wurde, ungefähr halb so groß wie in einer Gruppe, die Diäten erhielten, die die Kontrollfaser (mikrokristalline Cellulose) enthielten.
- Diese Wirkung trat bei Ratten mit normalem Harnsäurespiegel nicht auf.

Claims

1. Natürliche Johannisbrotfaser mit hypocholesterinaemischen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Zusammensetzung aufweist:

- Lignin 50-65%

- Cellulose 15-25%

- Hemicellulose 15-25%

- Pektin 0,5-2%

- Tannine 3-7%

- Feuchtigkeit 4-8%

wobei die Prozentzahlen auf das Gewicht bezogen sind und innerhalb gewisser Grenzen von der Frucht abhängig sind (Sorte, Ernte, Boden. etc.), mit Ausnahme der Feuchtigkeit, die von den Anwendungen abhängt.

2. Verfahren zur Gewinnung natürlicher Johannisbrotfasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Stufen umfaßt:

(a) Die Frucht vom Feld wird mechanisch von fremden Materialien befreit, in Wasser gewaschen und mit Hilfe eines Luftstroms getrocknet:

(b) die Schale wird soweit aufgeschnitten, daß die Samen heraustreten, vorzugsweise bis sie ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 12-20 mm passieren können;

(c) das in der vorhergehenden Stufe erhaltene aufgeschnittene Material wird zur Auftrennung gesiebt, um die Samen einerseits vom Fruchtfleisch andererseits abzutrennen, wobei das Fruchtfleisch klassiert wird, vorzugsweise bis es eine Teilchengröße von weniger als 10 mm aufweist;

(d) das zu geeigneter Teilchengröße zerschnittene Fruchtfleisch wird einem kontinuierlichen Extraktionsprozess unterzogen bei dem das Fruchtfleisch mit dem Diffusionswasser für die minimal erforderliche Zeit zur Vermeidung einer Vermehrung von Mikroorganismen in Kontakt gebracht wird, unter Erhalt eines Rohsaftes einerseits mit einer Konzentration zwischen 30 und 50 Brix, und eines Fruchtfleisches andererseits, welches die unlösliche Fraktion des Johannisbrotfruchtfleisches darstellt;

(e) das Abfallfruchtfleisch wird ausgepreßt, um einen wesentlichen Teil des noch enthaltenen Wassers zu extrahieren, welches noch in Lösung Zucker und eine Reihe von Nichtzuckern enthält und zur Extraktion der Zucker in die vorherige Stufe zurückgeführt wird;

(f) die in der Auspreßstufe erhaltenen Fasern werden aufgebrochen, indem sie durch eine Mühle passiert werden, aus der die Fasern aufgelockert austreten;

(g) die feuchten Fasern werden getrocknet bis der Wassergehalt weniger als 5% beträgt;

(h) die trockenen Fasern werden zu Mehl gemahlen, das eine Körnergröße zwischen 300 und 56 um (oder 50 und 250 Maschen (ASTM E11-70)) hat; und

(i) das Mehl wird gesiebt, um es verpackungsfertig zu machen, wobei das ausgesiebte Material in den Mahlprozeß zurückgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Extraktionsvorgangs in Stufe (d) die Zeit während der das Fruchtfleisch in Kontakt mit dem Diffusionswasser steht 1 bis 3 h beträgt, bei einer Temperatur von 15-30ºC und einem pH zwischen 4, 6 und 5, 4.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Auspreßvorgangs in Stufe (e) der pH-Wert zwischen 5 und 6 gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt (f) bei Raumtemperatur ausgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (g) bei Temperaturen von 120 + 10ºC ausgeführt wird.

7. Verwendung der natürlichen Johannisbrotfaser nach Anspruch 1 in diätetischen und Lebensmittelanwendungen.

8. Verwendung der Johannisbrotfrucht zur Gewinnung von Naturfaser nach den Verfahren der Ansprüche 2 bis 6.