DE69523170T2

DE69523170T2 - Verfahren zur isolierung von molkenproteine

Info

Publication number: DE69523170T2
Application number: DE69523170T
Authority: DE
Inventors: Jouko Savolainen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-02-23
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2015-02-23
Also published as: US5834042A; JP3626498B2; NZ279847A; FI96266C; DE69523170D1; AU1710095A; FI940846A0; WO1995022907A1; ES2165415T3; FI96266B; EP0796047B1; AU681250B2; EP0796047A2; JPH09509320A; FI940846A; DK0796047T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolierung von Protein aus Molke, wobei a) Molke oder ein Konzentrat davon, ein Reagenz, das Sulfitionen bildet, und ein Oxidationsmittel in Kontakt gebracht werden, um das Molkeprotein zu sulfonieren, d. h. zu sulfitolysieren und zu oxidieren, b) das sulfitolysierte und oxidierte Molkeprotein aus der Molke oder dem Konzentrat davon bei einem sauren pH-Wert ausgefällt wird, und c) das ausgefällte sulfitolysierte und oxidierte Molkeprotein aus dem Produktgemisch gewonnen wird und gegebenenfalls einer Nachbehandlung unterzogen wird.
Molkeproteine sind anderen Nahrungsmittelproteinen hinsichtlich ihres Nährwerts und insbesondere ihrer Lysin- und Methioningehalte vollkommen überlegen. Die Gewinnung von Molkeproteinen und deren Verwendung in menschlicher Nahrung würde auch die Kosten der Käseproduktion verringern. Obwohl die Verwendung von Molkeprotein für menschliche Nahrung ein Potential hat, scheinen die Haupthindernisse für dessen Verwendung derzeit (1) die hohen Kosten seines Gewinnungsverfahrens und (2) die schlechten funktionellen Eigenschaften, d. h. Löslichkeit, Emulgierbarkeit, Gelbildungsfähigkeit und Schäumfähigkeit des Konzentrats oder Isolats zu sein.
Die Isolierung von Molkeproteinen ist aufgrund ihrer hohen Löslichkeit kompliziert, und dies kann nicht durch eine Einstellung des pH-Werts innerhalb des Bereichs von 2-9, bei dem die Proteine in ihrer nativen Form vorliegen, geändert werden. Die Isolierung der Proteine erfolgt nach vier Hauptverfahren: 1. Denaturierung und Präzipitation, 2. Ultrafiltration, 3. Ionenaustausch, und 4. chemische Modifizierung und Präzipitation.
Das bekannteste Verfahren für die Isolierung von Molkeproteinen ist Denaturierung, d. h. Erwärmen bei gleichzeitiger Erniedrigung des pH-Werts zur sauren Seite. Die Isolierung kann beispielsweise wie folgt wirtschaftlich ausgeführt werden: die Molke wird auf einen Trockenmateriegehalt von etwa 20% konzentriert, der pH-Wert wird auf den Bereich von 6,0-7,0 eingestellt, die Proteine werden durch 10-30-minütiges Halten der Temperatur oberhalb von 90ºC denaturiert, wonach die Proteine durch Erniedrigen des pH-Werts auf 4,4-5,0 präzipitiert werden. Als Ergebnis hat das Protein seine wichtigen funktionellen Eigenschaften beinahe vollständig verloren. Es wird hauptsächlich in verschiedenen Aufstrichen, z. B. in industriell bearbeitetem Käse verwendet, um Käse teilweise oder vollkommen zu ersetzen. Hill et al., Can. Int. Food Sci. Technol. J. 15, (1982), 155-160.
Heutzutage werden Molkeproteine hauptsächlich isoliert als ein Proteinkonzentrat durch Ultrafiltration und Trocknen, oder als ein Proteinisolat unter Verwendung von Ionenaustausch-Adsorptionstechniken und durch Trocknen. Durch beide Methoden ist es möglich, die isolierten Proteine in einer funktionellen Form zu erhalten. Der entscheidende Faktor bei der Auswahl sogar dieser Produktionsverfahren ist die Funktionalität des Produkts und seine Herstellungskosten.
Die Zusammensetzung, Funktionalität und organoleptischen Eigenschaften der Proteinkonzentrate variieren beträchtlich, und die Industrie vermeidet daher deren Verwendung. Die Variation wird hervorgerufen durch die verschiedenen Zusammensetzungen von Molke, und durch Unterschiede in ihrer Vorbehandlung und in den Herstellungs- und Eiehandlungsbedingungen.
Proteinisolate variieren aufgrund der vorstehenden Gründe ebenfalls in den verschiedenen Eigenschaften. Die Ionenaustausch-Adsorptionsmethode zu ihrer Herstellung nivelliert die Variation zu einem gewissen Grad und ergibt ein Endprodukt mit einer von der von Proteinkonzentrat verschiedenen Zusammensetzung.
Eine Analyse eines Materials gemäß der Veröffentlichung Morr and Foegeding, Food Technol. 44 (1990), 100-112, die drei Molkeproteinisolate und acht Konzentrate umfaßte, zeigte, daß deren Zusammensetzungen klar verschieden waren. Die Mittelwerte der Konzentrate bzw. Isolate waren wie folgt: Proteinkonzentration 73,8 und 91,0%, nicht aus Protein stammender Stickstoff 3,10 und 0,32%, Wasser 5,13 und 3,75%, Asche 4,27 und 1,82%, Lactose 3,92 und 0,57%, und Fett 5,00 und 0,57%.
Gemäß der gleichen Veröffentlichung waren die Isolate klar funktioneller und hatten eine höhere Qualität als die Konzentrate, hinsichtlich der Quantität an Fett und Protein, und hinsichtlich der Löslichkeit, Schäumfähigkeit und Stabilität des Proteinschaums, der nicht-Denaturierung und Klumpigkeit des Proteins, und des Geschmacks und Geruchs. Die relativ hohen Lactose- und Mineraliengehalte der Konzentrate, und ihr schlechter Geschmack und Geruch waren Faktoren, welche die Verwendung der Konzentrate in der Nahrungsmittelindustrie einschränkten.
Die guten Eigenschaften und die Verwendbarkeit von Molkeproteinisolaten sind durch ihren ziemlich hohen Preis aufgrund des Herstellungsverfahrens beschränkt.
Es ist möglich, durch Veränderung der Struktur der Proteine mittels einer chemischen Reaktion die Ladung des Moleküls, seine räumliche Struktur, und somit bestimmte andere Eigenschaften, wie etwa Löslichkeit, Viskosität, Schäumverhalten, und teilweise sogar Emulgiereigenschaften zu beeinflussen.
Die praktischste und einfachste chemische Methode zur Modifizierung der Struktur des Proteinmoleküls ist oxidative Sulfitolyse, d. h. Sulfitolyse und Oxidation. Dabei werden Schwefelbrücken, d. h. Disulfidbindungen, zwischen den Aminosäureketten der Proteine geöffnet, wenn durch Zugabe von Sulfitionen eine Oxidations- Reduktions-Reaktion initiiert wird; in dieser Reaktion oxidiert ein Schwefel zu Sulfonat und der andere wird zu einer Schwefelwasserstoffgruppe reduziert.
Wenn auch ein oxidierender Faktor zugegeben wird, werden die freien Schwefelwasserstoffgruppen erneut zu Disulfidbindungen oxidiert, die wiederum an der Reaktion teilnehmen, bis die gesamten Schwefelwasserstoffgruppen in Sulfonatgruppen überführt sind, oder ein anderer Faktor der Reaktion limitierend geworden ist. Das Prinzip der oxidativen Sulfitolyse wird durch die nachfolgende Formel dargestellt:
Darin stellt RS-SR ein Proteinmolekül aus zwei Aminosäureketten R dar, wobei S-S eine Disulfidbindung zwischen zwei Aminosäureketten ist, das die Aminosäureketten verknüpft und sie somit in einer bestimmten Position verankert hält. Die modifizierten Proteinmoleküle können aus der Lösung präzipitiert werden durch Erniedrigung des pH-Werts vom pH-Wert der Sulfitolyse auf einen pH-Wert von 3-5.
In der Veröffentlichung Kella, N. K. D. et al., J. Agr. Food Chem. 37 (1989), 1203- 1210, wurde oxidative Sulfitolyse zur Modifizierung der Moleküle von Molkeproteinisolaten verwendet, um die funktionellen Eigenschaften der Proteine, wie etwa Löslichkeit, Viskosität, Schäumverhalten und Schaumstabilität zu beeinflussen. Der die Eigenschaften beeinflussende Faktor war die Verringerung von Disulfidbindungen im Vergleich zur gesamten Anzahl an ursprünglichen Disulfidbindungen. Mit sinkender Anzahl an Disulfidbindungen verbesserten oder verschlechterten sich bestimmte Eigenschaften. Beispielsweise sank die Löslichkeit auf unter 5%, sogar wenn 25% der Disulfidbindungen verschwunden waren, und gleichzeitig änderte sich das Löslichkeitsminimum der Löslichkeit-pH-Kurve wie folgt: Verlust von Disulfidbindungen in % und das entsprechende Löslichkeitsminimum auf der pH-Skala: 25% - pH 4,75, 50% - pH 4,38, 75% - pH 4,2 und 100% - pH 4,0.
In der Modifizierungsreaktion betrug die Konzentration von Proteinisolaten 1,0%, und die von Sulfit betrug 0,1 M und von Harnstoff 4 M, der pH-Wert betrug 7,0 und die Temperatur 25ºC. Das verwendete Oxidationsmittel war Sauerstoff, der durch die Lösung geblasen wurde, und der verwendete Katalysator war CuSO&sub4;, aufgelöst in einer Konzentration von 800 mM. Die zu unterschiedlichen Graden modifizierten Proteinisolate wurden isoliert durch Präzipitation mit Ammoniumsulfat, das in einer Menge zu der Lösung zugegeben wurde, so daß sie 50% gesättigt war. Die veränderten Löslichkeitseigenschaften wurden bei der Isolierung der Proteine nicht verwendet.
In der Veröffentlichung Gonzales, J. M., Damodaran, D., Food Sci. 55 (1990), No. 6, 1559-1563, wurde oxidative Sulfitolyse verwendet, um Proteine aus einer Süßrohmolke mit einem Proteingehalt von annähernd 0,6% zu isolieren, unter beinahe den gleichen experimentellen Bedingungen wie oben: pH 7,0, Sulfitkonzentration 0,1 M, Temperatur 25ºC, wobei dasßxidationsmittel Sauerstoff war und der Katalysator ein Cu&spplus;&spplus;-Ion als CuCO&sub3;, aber in diesem Fall in Form von festen Kügelchen und in eine Glassäule gepackt. Das Produkt der Sulfitolyse wurde zu einem Sulfonatderivat oxidiert, indem es in der mit Kügelchen gefüllten Säule zirkuliert wurde. Danach wurden die Kügelchenrückstände durch Zentrifugation aus dem flüssigen Reaktionsgemisch entfernt. Die sulfonierten Proteine, welche ein Chelat mit Kupfer gebildet hatten, wurden durch Präzipitation bei pH 4,5 in einer funktionellen Form isoliert. Vor der Präzipitation mußte jedoch das an das sulfonierte Molkeprotein komplexierte Kupfer mittels einer EDTA-Behandlung entfernt werden. Auch in diesem Fall war die Durchführung im Labormaßstab beschwerlich und kompliziert, erforderte teure Vorrichtungen und Chemikalien, wie im vorhergehenden Artikel. Es ist nicht möglich, die beschleunigende Wirkung einer hohen Temperatur zu verwenden, da dadurch die Löslichkeit von Sauerstoff und somit dessen Konzentration erniedrigt wird. Auch Salze erniedrigen die Konzentration von Sauerstoff in der Lösung.
Seit langer Zeit wurden Versuche gemacht, Molkeproteine als funktionelle Produkte wirtschaftlich zu isolieren, unter Verwendung vieler Typen an Verfahren, aber die beschriebenen Systeme waren aus einer Reihe von Gründen mit Mängeln behaftet.
Die vorstehend beschriebenen Anwendungen, die auf oxidativer Sulfitolyse beruhten, zielten entweder nicht darauf ab, ein Isolierungsverfahren bereitzustellen, sondern nur ein Verfahren zur Modifizierung bestimmter Eigenschaften, oder das beschriebene Verfahren ist in einem industriellen Maßstab so schwierig zu nutzen, daß es nicht ausgeführt werden kann.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Isolierung von Molkeproteinen bereitzustellen, welches Verfahren maximal wirtschaftlich und einfach ist. Die Erfindung richtet sich auch auf ein Isolationsverfahren für Molkeproteine, welches ein Protein erzeugt, das maximal funktionell ist, d. h. fähig zur Emulgierung, Gelbildung und zum Schäumen. Ein weiterer Gegenstand ist ein Verfahren zur Zubereitung von Molkeprotein, das maximal gesund und attraktiv ist, und für menschliche Nahrung geeignet ist.
Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren, durch welches für das Protein eine gewünschte Zusammensetzung erhalten wird.
Diese Gegenstände wurden nunmehr erreicht durch ein neues Verfahren zur Isolierung von Molkeproteinen, wobei das Verfahren hauptsächlich durch die Angaben im charakterisierenden Teil von Anspruch 1 gekennzeichnet ist.
In der Erfindung wurde somit erkannt, daß es günstig ist, in einem Verfahren, in dem Molkeprotein sulfitolysiert, oxidiert und präzipitiert wird, als das Oxidationsmittel eine lebensmittelreine oxidative Verbindung, im wesentlichen ohne einen Katalysator, zu verwenden, und eine Temperatur im Bereich von 25-55ºC, bei der die oxidative Verbindung direkt mit dem sulfitolysierten Molkeprotein reagiert. Es ist somit günstig, höhere Temperaturen als früher zu verwenden, um die Reaktionen zu beschleunigen, um die Reaktionsgleichgewichte zur Produktseite zu verschieben, und um die Verwendung von lebensmittelreinen Oxidationsmitteln zu ermöglichen. Es ist günstig, eine lebensmittelreine Chemikalie als das Oxidationsmittel zu verwenden, welche unter den verwendeten Bedingungen optimal funktioniert, ohne schädliche Nebenreaktionen hervorzurufen. In dieser Beziehung unterscheidet sich die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise von dem vorstehend erwähnten Verfahren von Gonzales et al., bei dem keine erhöhte Temperatur verwendet wird, und es notwendig ist, zusätzlich zu dem Oxidationsmittel auch einen Katalysator zu verwenden, der sowohl aus dem Reaktionsgemisch als auch aus dem endgültigen Endprodukt entfernt werden muß.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Ausgangssubstanz ist entweder eine aus der Käseherstellung erhaltene Molke als solche oder ein Konzentrat davon.
Es ist bevorzugt, daß das in der Sulfitolyse und Oxidation von Schritt a) verwendete Rohmaterial ein Molkekonzentrat mit einer im Vergleich zu Molke 4-16-fachen Konzentration ist, in welchem Fall dessen Konzentration an Molkeprotein vorteilhaft etwa 2-7% Gewicht/Volumen beträgt. Um die Ausbeute an isolierten Proteinen zu verbessern und die Menge an im Verfahren verwendeten Chemikalien zu verringern ist die Molke somit bevorzugt konzentriert, so daß die entfernte Wassermenge mindestens etwa 75 Gew.-% ausmacht.
In der Erfindung wird eine Reaktion der Proteine von Molke oder ihrem Konzentrat mit einem Reagenz, das Sulfitionen bildet, hervorgerufen. Das verwendete Sulfitionen-bildende Reagenz kann jedes in der Chemie bekannte Reagenz sein, das Sulfitionen bildet. Gemäß einer Ausführungsform ist das Reagenz, das Sulfitionen bildet, Sulfit, Hydrogensulfit und/oder Metabisulfit. In diesem Fall kann die kationische Komponente der entsprechenden Salze jedes Salzkation sein, wie etwa Ammonium, oder ein Metall jeder der Gruppen 1-4 des Periodensystems der Elemente, wie etwa ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall. Es ist bevorzugt, als das Reagenz, das Sulfitionen bildet, ein Alkalimetallsulfit oder Erdalkalimetallsulfit, Hydrogensulfit und/oder Metabisulfit, am meisten bevorzugt Natriumsulfit, Natriumhydrogensulfit und/oder Natriummetabisulfit zu verwenden. Wir haben beobachtet, daß die besten Ergebnisse erhalten werden, wenn Natriumhydrogensulfit im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird.
Es ist möglich, die funktionellen und andere Eigenschaften der Endprodukte in der Sulfitolyse des Präparationsverfahrens zu beeinflussen, indem das Verhältnis der Sulfitmenge zur Anzahl an Disulfidbindungen in dem Molkeprotein bestimmt wird. Eine typische Methode zur Berechnung der für die Sulfitolyse von Molkeprotein erforderlichen Sulfitmenge kann in der vorstehenden Veröffentlichung Gonzales, J. M., und Damodaran, S., J. Food Sci. 55 (1990), 1559-1563, gefunden werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Konzentration an Sulfit-bildendem Reagenz in der Sulfitolyse von Schritt a) derart, daß die Sulfitkonzentration im Sulfitolysegemisch innerhalb eines Bereichs von 0,02-0,20 M, bevorzugt von 0,05-0,10 M liegt.
Somit werden in Schritt a) des Verfahrens die Proteine der Molke oder eines Konzentrats davon sulfoniert, d. h. sulfitolysiert, und oxidiert. Das erfindungsgemäß verwendete Oxidationsmittel ist eine lebensmittelreine oxidative Verbindung, und die Temperatur ist eine, bei der diese oxidative Verbindung spontan und direkt mit dem sulfitolysierten Molkeprotein reagiert. In der Technik sind zahlreiche lebensmittelreine Oxidationsmittel bekannt, beispielsweise aus der Bleiche, Reifung und Benetzung von Nahrungsmitteln und Intermediaten davon. Die Literatur nennt beispielsweise verschiedene Enzyme, wie etwa Aspergillus flavus-oryzae Enzym, organische Peroxide, wie etwa Acetonperoxid und Benzoylperoxid, anorganische Peroxide und Peroxosalze, wie etwa Ammoniumperoxysulfat, Kaliumperoxysulfat und Calciumperoxid, nicht-toxische Azoverbindungen, wie etwa Azodicarbonamid (ADA), Nitrosylchlorid, L-Cystein, Halogenverbindungen (halogenates) wie etwa Kaliumbromat, Gemische von Bromaten und Jodaten, und Calcium- oder Kaliumjodat. Verbindungen wie etwa Calciumstearoyl-2-lactylat, und Chor, reiner Sauerstoff und Ascorbinsäure sind ebenfalls als lebensmittelreine Oxidationsmittel verwendet worden. Es ist bevorzugt, als die lebensmittelreine Oxidationsverbindung in Schritt a) der vorliegenden Erfindung eine lebensmittelreine Peroxidverbindung und/oder eine Halogenverbindung (halogenate), bzw. bevorzugt Calciumperoxid CaO&sub2; und/oder Kaliumbromat KBrO&sub3; zu verwenden. Eine bevorzugte Konzentration der lebensmittelreinen Oxidationsverbindung liegt im Bereich von 0,01·Oact. - 0,15· Oact. Gew.-%/Volumen, wobei Oact. die Konzentration von aktivem Sauerstoff in der Verbindung bezeichnet.
Um das erfindungsgemäße Verfahren zu optimieren, ist es auch notwendig, eine geeignete Reaktionstemperatur, den bei der Präzipitation zu verwendenden pH-Wert, und die in den pH-Einstellungen zu verwendenden Säuren und Basen zu bestimmen, sowie die geeigneten Vorgehensweisen und Methoden, um die gewünschten Eigenschaften im Produkt zu erhalten, welches eine Proteinpaste oder ein sprühgetrocknetes Pulver sein kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Temperatur der Sulfitolyse und Oxidation von Schritt a) etwa 30-50ºC. Der bevorzugte pH-Wert, bei dem die Sulfitolyse und Oxidation erfolgen, liegt in einem Bereich von etwa 5,0-8,5.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Sulfitolyse und Oxidation von Schritt a) in zwei Unterschritten durchgeführt, derart daß: a&sub1;) die Molke oder ein Konzentrat davon mit einem Sulfitionen-bildenden Reagenz in Kontakt gebracht wird, um das Molkeprotein zu sulfitolysieren, und a&sub2;) das sulfitolysierte Molkeprotein aus Schritt a1) mit einer lebensmittelreinen Oxidationsverbindung in Kontakt gebracht wird, um das sulfitolysierte Molkeprotein zu oxidieren. In diesem Fall wird Unterschritt a,) bevorzugt bei einem pH-Wert von etwa 6,0-7,5, und am meisten bevorzugt bei einem pH-Wert von 6,5-7,0 durchgeführt, wobei die Reaktionsdauer in diesem Fall bevorzugt etwa 10-50 Minuten beträgt. Unterschritt a&sub2;) wird bevorzugt bei einem pH-Wert von etwa 5,0-7,0, und am meisten bevorzugt bei einem pH-Wert von etwa 5,5-6,5 durchgeführt, wobei die Reaktionsdauer in diesem Fall bevorzugt etwa 15-60 Minuten beträgt. Bevorzugt wird in den Unterschritten a&sub1;) und a&sub2;) die gleiche Temperatur verwendet, d. h. die vorstehend genannte Temperatur von Schritt a).
Durch die vorstehend genannten Faktoren ist es möglich, nicht nur die funktionellen und andere Eigenschaften des Endprodukts zu beeinflussen, sondern auch die Ausbeute an präzipitierten Proteinen und im Präzipitat und Filtrat die Anteile der verschiedenen, in Molke vorhandenen Proteine, β-Lactoglobulin, α-Lactalbumin und Rinderserumalbumin (BSA).
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst die Molke oder ein Konzentrat davon sulfitolysiert und oxidiert, und danach wird das sulfitolysierte und oxidierte Molkeprotein bei einem sauren pH-Wert aus dem Reaktionsgemisch von Molke oder einem Konzentrat davon ausgefällt. Der Präzipitationsschritt b) wird bevorzugt unter Verwendung eines pH-Werts von etwa 2,5-6,5, und am meisten bevorzugt bei einem pH-Wert von 3,0-5,0 durchgeführt. Dabei wird das sulfitolysierte und oxidierte Molkeprotein präzipitieren, und da der pH-Wert klar im sauren Bereich liegt und die Temperatur ausreichend hoch ist, bevorzugt im Bereich von 25-55ºC, am meisten bevorzugt im Bereich von 30-50ºC, wird zusätzlich eine Entfernung von Svlfongruppen, die während der Sulfitolyse und Oxidation gebildet worden sind, stattfinden, in Form von Schwefeldioxid, das zur Wiederverwendung in der Sulfitolyse in einen Aufnahmebehälter geleitet wird. Schwefeldioxid aus der Sulfitolyse wird somit rückgeführt, und das Verfahren belastet die Umwelt nicht.
Es ist bevorzugt, im Präzipitationsschritt b) des Verfahrens eine langsame Einstellung des pH-Werts auf den Präzipitations-pH-Wert zu verwenden. Es ist besonders bevorzugt, wenn die Einstellung des pH-Werts beim Übergang von der Sulfitolyse und Oxidation von Schritt a) zur Präzipitation von Schritt b) innerhalb 10 - 40 Minuten erfolgt. Im allgemeinen wird nach der pH-Einstellung von Schritt b) ein Rühren des Gemisches ausgeführt, das bevorzugt etwa 10-60 Minuten dauert.
Im Isolierungsverfahren können Verzögerungen auftreten, wenn aufeinanderfolgende Behandlungen von Sulfonierung und dem Präzipitationsschritt b) durchgeführt werden. Eine Beschleunigung kann leicht unter Verwendung der sogenannten abwechselnden Behandlung erreicht werden, wobei ein Reaktor geleert und wiederbefüllt werden kann, während in dem anderen Reaktor Sulfonierung und Präzipitation stattfinden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird somit eine oxidative Sulfitolyse erreicht durch die Verwendung einer lebensmittelreinen oxidativen Chemikalie; die durch sie hervorgerufene Reaktion kann mittels der Chemikalienmenge und den externen Bedingungen, wie etwa dem pH-Wert, der Temperatur und der Reaktionsdauer eingestellt werden, so daß das Endergebnis hinsichtlich Geschmack, Nahrungsqualität, Funktionalität und Proteinzusammensetzung von der gewünschten Art ist.
Nach dem Präzipitationsschritt b) erfolgt der Endschritt c), in dem das präzipitierte sulfitolysierte und oxidierte Molkeprotein aus dem Produktgemisch gewonnen wird und gegebenenfalls nachbehandelt wird. Gemäß einer Ausführungsform wird das in Schritt b) präzipitierte sulfitolysierte und oxidierte Molkeprotein in Schritt c) konzentriert und gewaschen, bevorzugt mittels Mikrofiltration. Die Isolierung kann fortgesetzt werden durch Entfernen von Wasser aus dem Konzentrat des Ausfällprodukts von Schritt c) mittels Zentrifugation oder Filtration, beispielsweise in einem Bandfilter oder Trommelfilter, wodurch als Ergebnis eine nutzbare Proteinpaste erhalten wird. Die Proteinpaste kann besser nutzbar gemacht werden als ein Produkt, indem ihr pH-Wert auf einen Wert von 6-8 erhöht wird, mittels einer Base oder eines Basegemisches, die bzw. das bevorzugt NaOH oder ein Gemisch aus NaOH, Ca(OH)&sub2; und KOH ist, in welchem Fall die Menge an Ca(OH)&sub2; bevorzugt derart ist, so daß sie mindestens die ursprüngliche Ca-Menge ersetzt.
Eine Weiterbearbeitung des Konzentrats des Ausfällprodukts von Schritt c) kann auch derart durchgeführt werden, so daß es zu einem Pulverprodukt sprühgetrocknet wird, wobei bevorzugt zuvor der pH-Wert des Konzentrats des Ausfällprodukts mittels einer Base oder eines Basegemisches, welches bevorzugt gleich dem bei der Einstellung des pH-Werts der Faste ist, auf einen Wert von 6-8 eingestellt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Isolierung der Molkeproteine in den nachfolgenden Schritten: Konzentration der Molke mittels Ultrafiltration, Modifizierung der Struktur der Proteine im Konzentrat durch Sulfitolyse und Oxidation, Präzipitation durch Erniedrigung des pH-Werts, Konzentrierung und Waschen der präzipitierten Proteine durch Mikrofiltration, Trennen durch Zentrifugation oder Filtration oder durch Sprühtrocknen, und Konzentrierung und Waschen von nicht-präzipitierten Proteinen, und deren Trennung durch Sprühtrocknen.
Die Konzentrierung von Molke wird mit Mikrofiltration eingeleitet, wobei alle Caseinteilchen aus der Molke entfernt werden, und die Mengen an Bakterien und Phospholipoproteinen verringert werden. Als Folge der Mikroflltration wird die Ultrafiltration vereinfacht.
Das aus der Mikrofiltration erhaltene Filtrat wird einer Ultrafiltration unterzogen, unter Verwendung von 9000-40.000 D Membranen, wobei der Proteingehalt vom ursprünglichen von etwa 0,6% auf das 4- bis 16-fache konzentriert wird, was einem Proteinanteil von etwa 2-7% entspricht. Eine bevorzugte Proteinkonzentration im Konzentrat ist das 8-fache der ursprünglichen, d. h. etwa 4%. In diesem Fall beträgt dasirockengewicht des Konzentrats 11-12%, was hauptsächlich an Lactose zusätzlich zu Protein liegt.
Die Modifizierung der Struktur von Proteinen im Molkekonzentrat wird mittels Sulfitolyse und Oxidation durchgeführt, wobei die Schwefelwasserstoffgruppen der Disulfidbindungen und die freien Schwefelwasserstoffgruppen quantitativ zum gewünschten Grad sulfoniert werden. Die Sulfitolyse und Oxidation von Molkeprotein werden in dieser Ausführungsform wie folgt ausgeführt:
Die notwendige Menge eines Molkekonzentrats mit einer Proteinkonzentration von beispielsweise 4% wird in einen Reaktor gegeben, der mit einer wirksamen Rührvorrichtung sowie einer Messung und Steuerung der Temperatur und des pH- Werts ausgestattet ist.
Die Temperatur des Konzentrats wird auf 30-50ºC, beispielsweise 35-45ºC eingestellt. Die Auswahl der Temperatur hängt beispielsweise von der gewünschten Reaktionsgeschwindigkeit, den verwendeten Chemikalien, und den funktionellen und anderen Eigenschaften, welche für die zu isolierenden Proteine gewünscht sind, ab. Sulfit, wie etwa NaHSO&sub3;, Na&sub2;S&sub2;O&sub5; oder Na&sub2;SO&sub3;, wird in einer Menge von 0,02-0,2 M, beispielsweise 0,05-0,1 M zu einem Molkekonzentrat bei konstanter Temperatur zugegeben, und das Gemisch wird wirksam gerührt. Die zuzugebende Sulfitmenge hängt beispielsweise von der Proteinkonzentration und dem gewünschten Sulfitolysegrad ab.
Der pH-Wert wird auf den Bereich von 6,0-7,0, beispielsweise 6,5 eingestellt. Lebensmittelreine Säuren und Basen, wie etwa HCl und NaOH, werden für die Einstellung des pH-Werts verwendet. Die Reaktionsdauer, während der das Sulfit auf die Proteine einwirkt, beträgt 10-50 Minuten, bevorzugt 20-40 Minuten. Die Dauer wird durch die gemeinsame Wirkung der vorstehend genannten Faktoren zur Erreichung des gewünschten Reaktionsgleichgewichts bestimmt.
Danach wird das Oxidationsmittel zu dem Reaktor zugegeben. Die Oxidationsmittel, die verwendet werden können, sind diejenigen lebensmittelreinen oxidativen Chemikalien, deren Aktivität unter den betreffenden Bedingungen derart gesteuert werden kann, so daß die Proteine effektiv isoliert werden können, und daß die Proteine die gewünschten Eigenschaften und Zusammensetzung haben. Geeignete Chemikalien umfassen Bromate, z. B. KBrO&sub3; (Menge an aktivem Sauerstoff 28,6%), und Peroxide, z. B. CaO&sub2; (Menge an aktivem Sauerstoff 22,2%). Die Menge an Oxidationsmittel wird bestimmt durch die Menge an zu oxidierenden Schwefelwasserstoffgruppen und die Menge an aktivem Sauerstoff im Oxidationsmittel, beispielsweise beträgt die Menge an CaO&sub2; 0,1-1,0%, bevorzugt 0,2- 0,6% des Volumens des Gemisches (% Gewicht/Volumen) in einem Molkekonzentrat mit einem Proteingehalt von 2-7%.
Der pH-Wert des Molkekonzentrats wird auf 5,0-7,0, beispielsweise 5,5-6,5 eingestellt. Die Auswahl des pH-Werts hängt davon ab, wie schnell die Oxidationsreaktion verlaufen soll, und wie die Eigenschaften des Endprodukts beeinflußt werden sollen. Die Reaktionstemperatur kann die gleiche wie bei der Sulfitolyse sein, oder sie kann innerhalb der vorstehend angegebenen Werte variiert werden, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu kontrollieren.
Die Reaktionsdauer kann 15-60 Minuten, bevorzugt 30-45 Minuten betragen. Während dieses Zeitraums wird das Konzentrat wirksam gerührt. Die Dauer des Zeitraums kann dazu verwendet werden, um die Vollständigkeit der Reaktion, und zusammen mit Aktivität, die Ausbeute, Zusammensetzung und Eigenschaften der Proteine zu beeinflussen.
Alle die wichtigen Variablen der oxidativen Sulfitolyse, d. h. der Proteingehalt des Molkekonzentrats, die Sulfitmenge, die in den verschiedenen Schritten verwendeten pH-Werte und Temperaturen des Reaktionsgemisches, die Eigenschaften und Menge der oxidativen Verbindung, und die in den verschiedenen Schritten verwendeten Reaktionsdauern können dazu verwendet werden, die Ausführung der verschiedenen Teilreaktionen des Isolationsverfahrens zu beeinflussen, und damit insgesamt das Endergebnis des gesamten Verfahrens, d. h. die Quantität, Zusammensetzung und gewünschten Eigenschaften der isolierten Proteine.
Nach gewünschter Modifizierung werden die Proteine präzipitiert durch langsame Erniedrigung des pH-Werts auf 3,5-5,0, bevorzugt 4,0-4,5. Der in der Präzipitation ver wendete pH-Wert hängt beispielsweise vom Grad der oxidativen Sulfitolyse ab, d. h. welcher Anteil der existierenden Disulfidbindungen und freien Schwefelwasserstoffgruppen sulfoniert worden ist. Der für die Präzipitation verwendete Zeitraum beträgt '10-60 Minuten, beispielsweise 20-40 Minuten. Die Konzentrierung und das Waschen der präzipitierten Proteine erfolgen mittels Milsrofiltration, und die Isolierung mittels Filtration in einem Bandfilter oder Trommelfilter oder mittels Zentrifugation, wobei das erhaltene Produkt eine Proteinpaste ist.
Waschen in Verbindung mit der Konzentrierung ist wichtig, da dadurch alle im Konzentrat vorhandene Lactose, und gleichzeitig alle zusätzlich zugegebenen Chemikalien und alle in der Präzipitation gebildeten Salze, die ansonsten in der Proteinpräparation verbleiben würden, entfernt werden können.
Das Endprodukt wird aus der Paste hergestellt, indem ihr pH-Wert durch Zugabe von NaOH und Ca(OH)&sub2;, oder von NaOH, KOH und Ca(OH)&sub2; in geeigneten Mengen auf 6-8 erhöht wird. Die Zugabe von Calcium zu isolierten Molkeproteinen stellt deren ursprüngliches Calciumgleichgewicht wieder her und verbessert ihre Geleigenschaften. Das Konzentrat des Präzipitats kann auch mittels eines Sprühtrockners getrocknet werden, wobei das Produkt ein trockenes Pulver ist. Vor dem Trocknen muß der pH-Wert des gewaschenen Präzipitats unter Verwendung der vorstehend genannten Basen auf 6-8 erhöht werden; dies gibt auch dem getrockneten Produkt die gleichen Eigenschaften.
Bei der Konzentrierung von präzipitierten Proteinen wird das durch Mikrofiltration erzeugte Filtrat mittels Ultrafiltration konzentriert und gewaschen. Der pH-Wert des gewaschenen Konzentrats wird unter Verwendung der vorstehend genannten Basen auf 6-8 eingestellt und mittels eines Sprühtrockners zu einem Pulver getrocknet.
Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen die vorstehend beschriebene Erfindung.

Beispiel 1

Eine abgetrennte, frische, bei der Herstellung von Edamer Käse erzeugte Prämolke, wobei die Molke einen Proteingehalt von 0,60% (Proteinstickstoff · 6,38) und einen Proteingehalt, berechnet nach Gesamtstickstoff (also auch andere Stickstoffverbindungen), von 0,80% hatte, wurde unter Verwendung einer 0,45 um Filtrationsmembran in einer Millipore Pellicon Laborvorrichtung mikrofiltriert. Das Mikrofiltrat wurde durch Ultrafiltration in der gleichen Vorrichtung durch 10.000 D Ultrafiltrationsmembranen derart konzentriert, so daß ein Teil des Konzentrats 4-fach und ein anderer Teil 8-fach konzentriert war, d. h. die Endvolumina der Konzentrate waren 25% und 12,5% der entsprechenden Anfangsvolumina. Die entsprechenden Proteingehalte waren 2,06% Gewicht/Volumen und 4,01% Gewicht/Volumen. Für die Isolierung wurde 1,0 Liter eines 4-fach Molkekonzentrats in ein 2-Liter Glasgefäß gegeben. Es wurde in ein Wasserbad gegeben, dessen Temperatur gesteuert werden konnte, und sein Inhalt wurde mit einer wirksamen Rührvorrichtung gemischt. Die Temperatur des Konzentrats wurde auf 35ºC eingestellt. Zur Initiation der Sulfitolyse wurden 5,2 g NaHSO&sub3; zu dem Konzentrat zugegeben, und der pH-Wert wurde durch Zugabe von NaOH auf 6,5 eingestellt. Das Gemisch wurde gerührt, und die Reaktion wurde 30 Minuten fortschreiten gelassen. Danach wurde 1,0 g KBrO&sub3; zu dem Gemisch zugegeben. Der pH-Wert wurde bei 6,5 gehalten. Die Oxidationsreaktion brauchte 15 Minuten. Danach wurden die Proteine präzipitiert durch Erniedrigen des pH-Werts auf 4,40 mittels Zugabe von HCl zu dem Gemisch. Das Präzipitat wurde weitere 30 Minuten gerührt.
Das Präzipitat wurde durch 30-minütige Zentrifugation bei 10.000 UpM in einer Sorvall RC-5B Zentrifuge abgetrennt. Die präzipitierten Proteine trennten sich gut ab. Die Proteine wurden durch Suspendieren in destilliertem Wasser und erneute Zentrifugation gewaschen. Die Proteinpaste war leicht ablösbar und zerbröckelte leicht zu Stücken. Sie wurde in einem Glasgefäß mit Deckel aufbewahrt und eingefroren. Die Proteinausbeute, bestimmt durch Zentrifugation, betrug 3,0 g/100 ml Molkekonzentrat. Die Proteinausbeute wurde bestimmt durch Zentrifugation von 20 ml Präzipitat + 10 ml destilliertem Wasser in einem 50 ml Zentrifugenröhrchen für 30 Minuten bei 10.000 UpM. Nach der Zentrifugation wurde der Überstand abgegossen und die Röhrchen wurden etwa 15 Minuten über Kopf auf einer wasserabsorbierenden Basis gehalten um überschüssiges Wasser zu entfernen, wonach sie innerhalb von 5-10 Minuten gewogen wurden. Die Ergebnisse paralleler Bestimmungen kamen einander sehr nahe. Die derart erhaltenen Ergebnisse korrelierten gut mit den Proteinassays, waren aber höher als die mit der gebundenen Wassermenge. Die Bestimmungen waren erheblich schneller und einfacher durchzuführen, und wurden daher zur Bestimmung der Ausbeuten verwendet.

Beispiel 2

1,0 Liter des im vorhergehenden Beispiel erwähnten 8-fach konzentrierten Molkekonzentrats mit einem Proteingehalt von 4,01% wurde auf 45ºC erwärmt und wurde wirksam gerührt. 10,40 g NaHSO&sub3; wurden dazu zugegeben. Der pH-Wert wurde auf 6,5 eingestellt. Die Reaktionsdauer der Sulfitolyse betrug 30 Minuten. Danach wurden 2,0 g KBrO&sub3; zu dem Gemisch zugegeben. Der pH-Wert wurde bei 6,5 gehalten. Die Reaktionsdauer der Oxidation betrug 15 Minuten. Am Ende des Reaktionszeitraums wurden die Proteine durch Erniedrigen des pH-Werts auf 4,45 mittels HCl präzipitiert. Das Gemisch wurde weitere 30 Minuten gerührt, um die Präzipitation zur Vollendung zu bringen.
Die Proteine wurden wie in Beispiel 1 abgetrennt und gewaschen, mittels Zentrifugation. Die Proteine waren leicht ablösbar und leicht zu Stücken zu zerbröckeln. Die isolierte Proteinpaste wurde zur späteren Verwendung in einem Glasgefäß mit Deckel eingefroren. Die durch Zentrifugation bestimmte Proteinausbeute betrug 8,0 g/100 ml Molkekonzentrat.

Beispiel 3

1,0 Liter Prämolke, die bei der Herstellung von Edamer Käse gebildet und abgetrennt worden war, in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise 4-fach konzentriert und mit einem Proteingehalt von 1,92%, wurde genommen, und unter wirksamen Rühren auf 35ºC erwärmt. 5,2 kg NaHSO&sub3; wurden zu dem Konzentrat zugegeben. Der pH-Wert wurde auf 6,5 eingestellt und dabei gehalten. Die Reaktionsdauer betrug 30 Minuten. Nach der Sulfitolysereaktion wurden 2,2 g CaCO&sub2; (Ixper 60 C, Peroxid GmbH, Deutschland, Menge an aktivem Sauerstoff etwa 13,3%) zu dem Gemisch zugegeben. Der pH-Wert wurde bei 6,5 gehalten. Die Oxidationsdauer betrug 15 Minuten, währenddessen das Gemisch wirksam gerührt wurde. Nach der Oxidation wurden die Proteine durch Erniedrigen des pH-Werts auf 4,45 mittels HCl präzipitiert. Däs Rühren wurde weitere 15 Minuten fortgesetzt. Die Proteine wurden abgetrennt und gewaschen, und wurden aufbewahrt wie in Beispiel 1. Die isolierte Proteinpaste war weich und spröde, und nicht einfach zu streichen. Die durch Zentrifugation bestimmte Proteinausbeute betrug 1,75 g/100 ml Molkekonzentrat.

Beispiel 4

1,0 Liter des 8-fach konzentrierten Konzentrats wurden von den in Beispiel 3 hergestellten Molkekonzentraten genommen, der Proteingehalt des Konzentrats betrug ebenfalls 4,01%. Das Konzentrat wurde auf 45ºC erwärmt und wirksam gerührt. 10,40 g NaHSO&sub3; wurden dazu zugegeben. Der pH-Wert wurde auf 6,5 eingestellt und dabei gehalten. Die Reaktionsdauer betrug 30 Minuten. Danach wurden 4,3 g CaCO&sub2; (Ixper 60 C, Peroxid GmbH, Deutschland) zu dem Gemisch zugegeben. Der pH-Wert wurde bei 6,5 gehalten. Die Oxidationsdauer betrug 15 Minuten. Nach der Oxidation wurden die Proteine durch Erniedrigen des pH-Werts auf 4,45 mittels HCl präzipitiert. Das Rühren wurde weitere 15 Minuten fortgesetzt. Die Proteine wurden abgetrennt, gewaschen und aufbewahrt wie in Beispiel 1. Die Proteinpaste war eher weich und spröde, und nicht streichbar. Die durch Zentrifugation bestimmte Proteinausbeute betrug 8,85 g/100 ml Molkekonzentrat. Zwei Proben der Proteinpaste von etwa 10 g wurden genommen, der pH-Wert einer der Proben wurde durch Zugabe von 0,4 ml 1,0 N NaOH und gründliches Mischen auf etwa 6,5 erhöht, und zu der anderen Probe wurden 0,25 ml 1,0 N NaOH und 0,15 ml gesättigtes Ca(OH)&sub2; zugegeben. Nach der Erhöhung des pH-Werts war die erste Probe weich, streichbar, nicht klumpig und nicht klebrig. Die zweite Probe war etwas steifer als die erste, aber streichbar, nicht klumpig und nicht klebrig.

Beispiel 5

Abgetrennte, frische Prämolke, welche bei der Herstellung von Edamer Käse gebildet worden war, mit einem Proteingehalt von 0,59%, wurde unter Verwendung der gleichen Vorrichtung und der gleichen Vorgehensweise wie in Beispiel 1 auf 8-fach und 16-fach mikro- und ultrafiltriert, wonach die Proteingehalte 3,92% bzw. 7,00% betrugen. 1,0 Liter des 8-fach konzentrierten Molkekonzentrats mit einem Proteingehalt von 3,92% wurde auf 45ºC erwärmt, und wurde kontinuierlich gerührt.
9,50 g Na&sub2;S&sub2;O&sub5; wurden dazu zugegeben. Der pH-Wert wurde mittels NaOH auf 6,5 eingestellt. Die Reaktionsdauer der Sulfitolyse betrug 15 Minuten. Danach wurden 4,30 g CaO&sub2; zu dem Gemisch zugegeben. Der pH-Wert wurde auf 5,5 eingestellt und die Reaktionsdauer der Oxidation betrug 30 Minuten. Nach der Oxidation wurde der pH-Wert mittels HCl auf 4,0 erniedrigt, um die Proteine zu präzipitieren. Das Präzipitat wurde weitere 15 Minuten gerührt. Das Präzipitat wurde unter Verwendung einer 0,45 um Membran in der gleichen Millipore Laborvorrichtung, mit der die Molke behandelt worden war, mikrofiltriert und etwa 2-fach konzentriert. Die Filtration war rasch und das Filtrat war klar, was anzeigte, daß keine präzipitierten Proteine durch die Membran gelangt waren. Das Konzentrat wurde zweimal mit seinem Eigenvolumen an destilliertem Wasser gewaschen. Der pH-Wert des Konzentrats wurde auf 6,5 erhöht. Der Gehalt an Trockenmaterie und Asche im Konzentrat betrug etwa 30% des ursprünglichen Gehalts, wie beabsichtigt Das Konzentrat wurde gefriergetrocknet und zur späteren Verwendung in einem Kühlschrank aufbewahrt. Mit dem Filtrat wurde unter Verwendung von HPLC ein Assay durchgeführt, um zu bestimmen, wie nach der Präzipitation und Isolation die Anteile von Molkeproteinen beibehalten wurden. Die durch Zentrifugation bestimmte Proteinausbeute betrug 9,3 g/100 ml Molkekonzentrat.

Beispiel 6

1,0 Liter des im vorhergehenden Beispiel beschriebenen 8-fach konzentrierten Molkekonzentrats mit einem Proteingehalt von 3,93% wurde auf 45ºC erwärmt und kontinuierlich gerührt. 9,5 g Na&sub2;S&sub2;O&sub5; wurden dazu zugegeben, und der pH-Wert wurde mittels NaOH auf 6,5 eingestellt. Die Sulfitolyse dauerte 15 Minuten. Danach wurden 2,2 g CaO&sub2; als das Oxidationsmittel zu dem Gemisch zugegeben, und der pH-Wert wurde auf 5, 5 eingestellt. Die Reaktionsdauer betrug 30 Minuten. Die Proteine wurden durch Erniedrigen des pH-Werts auf 4,0 mittels HCl präzipitiert. Das Gemisch wurde weitere 15 Minuten gerührt. Das Präzipitat wurde mittels Mikrofiltrativn 2-fach konzentriert und wurde zweimal mit seinem Eigenvolumen an destilliertem Wasser gewaschen, wie im vorhergehenden Beispiel. Der pH-Wert des Konzentrats des Präzipitats wurde auf 6,6 erhöht. Sein Trockenmateriegehalt nahm auf etwa 31% des ursprünglichen Werts ab. Das Konzentrat des Präzipitats wurde gefriergetrocknet und in einem Kühlschrank aufbewahrt. Das Filtrat aus der Mikroflltration wurde mittels Ultrafiltration unter Verwendung einer 10.000 D Membran in einr Millipore Laborvorrichtung, wie bei der Herstellung der in den Beispielen verwendeten Molkekonzentrate, etwa 2-fach konzentriert. Das Konzentrat des Filtrats wurde zweimal mit seinem Eigenvolumen an destilliertem Wasser gewaschen, wonach dessen pH-Wert auf 6,4 erhöht wurde. Der Trockenmateriegehalt des Konzentrats nahm auf etwa 31% des ursprünglichen ab. Das Konzentrat wurde zur Aufbewahrung gefriergetrocknet. Mit dem Mikrofiltrat des Präzipitats wurde ein HPLC-Assay durchgeführt, um zu bestimmen, wie nach der Behandlung und Präzipitation die Anteile von Molkeproteinen beibehalten wurden. Ein Vergleich der Ergebnisse mit den Ergebnissen des vorhergehenden Beispiels zeigte, daß sich die Anteile der Proteine infolge unterschiedlicher Behandlungen änderten. Unterschiedliche Behandlungen können dazu verwendet werden, um die Proteinausbeuten zu beeinflussen, und auch um die Anteile der Proteine im Präzipitat und im Filtrat zu beeinflussen. Die durch Zentrifugation bestimmte Proteinausbeute betrug 8,1 g/100 ml Molkekonzentrat.

Beispiel 7

1,0 Liter des in Beispiel 5 erwähnten 16-fach konzentrierten Molkekonzentrats mit einem Proteingehalt von 7,0% wurde unter Rühren auf 45ºC erwärmt. 12,6 g Na&sub2;SO&sub3; wurden dazu zugegeber. Der pH-Wert wurde auf 6,5 eingestellt. Die Reaktionsdauer der Sulfitolyse betrug 15 Minuten. Danach wurden 4,3 g CaO&sub2; zu dem Gemisch zugegeben. Der pH-Wert wurde auf 6,0 eingestellt. Die Oxidationsdauer betrug 30 Minuten. Die Proteine wurden durch Erniedrigen des pH-Werts auf 4,0 präzipitiert. Das Rühren wurde weitere 15 Minuten fortgesetzt, um die Präzipitation zur Vollendung zu bringen. Die Proteine wurden wie in Beispiel 1 mittels Zentrifugation abgetrennt und gewaschen. Die isolierte Proteinpaste wurde zur späteren Verwendung in einem Glasgefäß mit Deckel eingefroren. Die durch Zentrifugation bestimmte Proteinausbeute betrug 12,0 g/100 ml Molkekonzentrat.

Claims

1. Verfahren zur Isolierung von Proteinen aus Molke; wobei

a) die Molke oder ein Konzentrat davon, ein Reagenz, das Sulfitionen bildet, und ein Oxidationsmittel in Kontakt gebracht werden, wobei das Molkeprotein sulfoniert, d. h. sulfitolysiert, und oxidiert wird,

b) das sulfitolysierte und oxidierte Molkeprotein aus der Molke oder dem Konzentrat davon bei einem sauren pH-Wert ausgefällt wird, und

c) das ausgefällte sulfitolysierte und oxidierte Molkeprotein aus dem Produktgemisch gewonnen wird und gegebenenfalls einer Nachbehandlung unterzogen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das in Schritt a) verwendete Oxidationsmittel eine lebensmittelreine Oxidationsverbindung ist, ohne einen Katalysator, und daß die verwendete Temperatur eine Temperatur im Bereich von 25-55ºC ist, bei der die Oxidationsverbindung direkt mit dem sulfrtoiysierten Molkeprotein reagiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in Schritt a) verwendete Molkekonzentrat, bezogen auf die Molke, eine 4- bis 16-fache, bevorzugt 8-fache Konzentration hat, wobei sein Molkeproteingehalt bevorzugt 2-7 Gew.- %/Volumen, bevorzugt 4 Gew.-% /Volumen beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in Schritt a) verwendete Sulfitionen-bildende Reagenz ein Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsulfit, Hydrogensulfit und/oder Metabisulfit, bevorzugt Natriumsulfit, Natriumhydrogensulfit und/oder Natriummetabisulfit, am meisten bevorzugt Natriumhydrogensulfit ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a) die Konzentration an Sulfitionen-bildendem Reagenz derart ist, daß die Sulfitkonzentration im Sulfitolysegemisch im Bereich von 0,02-0,20 M, bevorzugt von 0,05-0,1 M liegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt a) verwendete lebensmittelreine Oxidationsverbindung eine lebensmittelreine Peroxidverbindung und/oder Halogenverbindung ist, bevorzugt Calciumperoxid CaO&sub2; und/oder Kaliumbromat KBrO&sub3;.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a) der Gehalt an lebensmittelreiner Oxidationsverbindung im Bereich von 0,01·Oact. - 0,15·Oact. Gew.-%/Volumen liegt, wobei Oact. den Gehalt von aktivem Sauerstoff in der Verbindung bezeichnet.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt a) bei einem pH-Wert von 5,0-8,5 durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt a) bei einer Temperatur von 30-50ºC durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt a) in zwei Unterschritten durchgeführt wird, derart daß:

a&sub1;) die Molke oder ein Konzentrat davon mit einem Sulfitionen-bildenden Reagenz in Kontakt gebracht wird, wobei das Molkeprotein sulfitolysiert wird, und

a&sub2;) das sulfitolysierte Molkeprotein aus Schritt a&sub1;) mit einer lebensmittelreinen Oxidationsverbindung in Kontakt gebracht wird, wobei das sulfitolysierte Molkeprotein oxidiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Unterschritt a&sub1;) bei einem pH-Wert von 6,0-7,5, bevorzugt bei einem pH-Wert von 6,5-7,0 durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfitolyse von Unterschritt a&sub1;) in 10-50 Minuten durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Unterschritt a&sub2;) bei einem pH-Wert von 5,0-7,0, bevorzugt bei einem pH-Wert von 5,5-6,5 durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation von Unterschritt a&sub2;) in 15-60 Minuten durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in den Unterschritten a&sub1;) und a&sub2;) die gleiche Temperatur verwendet wird, d. h. die Temperatur von Schritt a).

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) das sulfitolysierte und oxidierte Molkeprotein unter Verwendung eines pH-Werts von 2,5-6,5, bevorzugt eines pH-Werts von 3,0-5,0 ausgefällt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) das Ausfällen bei einer Temperatur von 25-55ºC, bevorzugt bei einer Temperatur von 30-50ºC durchgeführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) eine langsame Einstellung des pH-Werts auf den Ausfäll-pH-Wert verwendet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des pH-Werts beim Übergang von der Sulfitolyse und Oxidation von Schritt a) zum Ausfällen von Schritt b) innerhalb 10-40 Minuten erfolgt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß nach der pH-Einstellung von Schritt b) das Gemisch bevorzugt während 10-60 Minuten gerührt wird.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausfällen von Schritt b) abwechselnd in mindestens zwei Gefäßen durchgeführt wird, bevorzugt derart, so daß sowohl die Sulfitolyse und Oxidation von Schritt a) als auch das Ausfällen von Schritt b) abwechselnd in den mindestens zwei Reaktoren durchgeführt werden, wobei ein Reaktor geleert und wiederbefüllt wird, während in dem anderen Sulfitolyse, Oxidation und Ausfällen durchgeführt werden.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in Schritt b) ausgefällte sulfitolysierte und oxidierte Molkeprotein in Schritt c) konzentriert und gewaschen wird, bevorzugt mittels Mikrofiltration.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Proteine des Filtrats der Mikrofiltration von Schritt c) durch Ultrafiltration konzentriert und gewaschen werden, und durch Sprühtrocknen getrennt werden.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) Wasser aus dem Konzentrat des Ausfällprodukts mittels Zentrifugation oder Filtration entfernt wird, bevorzugt in einem Bandfilter oder Trommelfilter, wodurch als Ergebnis eine Proteinpaste erhalten wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) der pH- Wert der Proteinpaste auf einen Wert von 6-8 erhöht wird, mittels einer Base oder eines Basegemisches, die bzw. das bevorzugt NaOH oder ein Gemisch aus NaOH, Ca(OH)&sub2; und KOH ist, in welchem Fall die Menge an Ca(OH)&sub2; bevorzugt derart ist, so daß sie mindestens die ursprüngliche Ca-Menge ersetzt.

25. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) das Konzentrat des Ausfällprodukts mittels Sprühtrocknen getrocknet wird, wobei vor dem Trocknen bevorzugt der pH-Wert des Konzentrats des Ausfällprodukts mittels einer Base oder eines Basegemisches, bevorzugt gleich der bzw. dem in Anspruch 24 angegebenen, auf einen Wert von 6-8 eingestellt worden ist.