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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft einen Prozess zum Rückgewinnen von Protein aus
tierischen Muskelgewebsquellen mit verbesserten funktionellen Eigenschaften
und ein Proteinprodukt, das so erhalten wird. Genauer gesagt, betrifft
diese Erfindung einen Prozess zum Rückgewinnen von Muskelproteinen
mit verbesserten funktionellen Eigenschaften aus einer tierischen
Quelle und das so erhaltene Proteinprodukt.
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2. Beschreibung Stand
der Technik
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Derzeit
besteht ein Interesse, die Verwendung von Muskelproteinen als Nahrungsmittel
auszuweiten, aufgrund ihrer funktionellen, wie auch nahrhaften Eigenschaften.
Die bessere Verwertung dieser Materialien wäre insbesondere bedeutsam für alte oder
gefrorene Rohmaterialien, welche von geringerem Wert sind, da sie
ihre Proteinfunktionalität
verloren haben. Man glaubt derzeit, dass das Muskelgewebe, welches
als Einspeisung in die derzeitigen Prozesse eingesetzt wird, frisch
sein muss und nicht eingefroren oder alt sein darf. Es ist allgemeine
kommerzielle Praxis, frisch gefangenen Fisch auf See an Bord eines
Schiffes zu verarbeiten und nicht dem Fisch eine gewisse Zeit notwendig
für den
Transport oder das Einfrieren zu geben, um das Verarbeiten an Land
zu bewirken. Das Altern oder das Einfrieren von Fisch vermindert
die funktionellen Qualitäten der
Gewebsproteine. Proteinfunktionalitäten, welche die größten Probleme
für Nahrungs-Wissenschaftler
erzeugen, sind die Löslichkeit,
Wasser-Halte-Kapazität, die Gel-Bildung,
die Fettbindungsfähigkeit,
die Schaumstabilisierung sowie Emulgatoreigenschaften.
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Proteinkonzentrate
aus Muskelgewebe, speziell Fisch, werden bislang durch Hydrolyse
erzeugt. Dieser Ansatz hat einige funktionelle Eigenschaften verbessert,
insbesondere die Löslichkeit,
was ihre Anwendung in zubereiteten Suppen ermöglicht hat. Jedoch zerstört dieser
Ansatz auch weitere funktionelle Eigenschaften, wie z.B. die Gel-Bildungsfähigkeit.
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Ein
Prozess, welcher einen gewissen Erfolg bei der Stabilisierung von
Protein-Nahrung zeigte, war der Prozess zum Erzeugen von "Surimi". Dieser konventionelle
Prozess wurde bislang in erster Linie für Fisch verwendet, obwohl es
auch einige Versuche gab, ein Surimi- ähnliches Produkt aus anderen
Rohmaterialien, wie z.B. mechanisch entknöchertem Puten-Hackfleisch zu
produzieren. Bei der Erzeugung von Surimi wird der frische Muskel
zermahlen und gewaschen mit einer variablen Menge an Wasser und
einer variablen Anzahl von Durchgängen. Dies ist determiniert
durch die Lage der Fabrik und das Produkt, das von der speziellen
Spezies gewünscht
wird. Wasser kann auch verwendet werden, in einem Verhältnis von
bis zu zwei Teilen Wasser pro einem Teil Fisch (Untergrenze) bis
zu ungefähr
fünf Teilen
Wasser pro einem Teil Fisch (Obergrenze); typischerweise werden
ungefähr
drei Teile Wasser pro ein Teil Fisch verwendet. Die Anzahl der Waschungen
kann variieren, im allgemeinen von 2 bis 5, wiederum abhängend vom
Rohmaterial, dem gewünschten
Produkt und der Verfügbarkeit
von Wasser. 20 bis 30% des Fischmuskelproteins werden in Lösung gebracht,
wenn der zerkleinerte Muskel mit Wasser gewaschen wird. Diese löslichen
Proteine, welche als sarkoplasmische Proteine bekannt sind, werden
im allgemeinen nicht aus dem Waschwasser des Prozesses zurückgewonnen.
Dieser Verlust ist nicht gewünscht,
da sarkoplasmische Proteine bedeutsam als Nahrungsmittel sind. Das
gewaschene zerkleinerte Produkt enthaltend das Protein in fester
Form wird dann verwendet, um Protein-Gele herzustellen. Ursprünglich wurde
dies verwendet, um "Kamaboko" in Japan zu erzeugen.
Kamaboko ist eine populäre
Fischsoße,
in welcher der gewaschene zerkleinerte Fisch erhitzt wird, bis er
ein Gel bildet. Man glaubt derzeit, dass es notwendig ist, Kryo-Schutzhilfsmittel
zu dem gewaschenen zerkleinerten Fisch zuzugeben, bevor er eingefroren
wird, um die Proteindenaturierung zu vermeiden. Eine typische Kryo-Schutzhilfsmittel-Mischung umfasst
ungefähr
4% Sucrose, ungefähr
4% Sorbitol und ungefähr
0,2% Natrium-Tripolyphosphat. Diese Komponenten verzögern die
Denaturierung des Proteins während
dem Einfrieren, der Lagerung im gefrorenen Zustand und beim Auftauen.
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Es
wurde von Cuq et al., Journal of Food Sciences, Seiten 1369–1374 (1995)
vorgeschlagen, einen essbaren Verpackungsfilm basierend auf myofibrillaren
Fisch-Proteinen
bereitzustellen. In dem Prozess zum Herstellen der Filme wird das
Protein des Wasser gewaschenen zerschnittenen Fisches in einer wässrigen
essigsauren Lösung
bei pH 3,0 auf eine letztendliche Konzentration von 2% Protein in
Lösung
gebracht. Es wurde in dieser Arbeit kein Versuch unternommen die
pH-Werte der angesäuerten
Proteine nochmals einzustellen, um die funktionellen Eigenschaften,
welche bei pH-Werten oberhalb von ungefähr 5,5 erhalten werden, wiederzuerlangen.
Darüber
hinaus verleiht die Verwendung von Essigsäure einen starken üblen Geruch
für das
Material, was seine Anwendung als ein Nahrungsmittelprodukt ernsthaft
limitiert.
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Es
wurde auch vorgeschlagen von Shahidi und Onodenalore, Food Chemistry,
53 (1995) 51–54
entknöcherten,
ganzen Capelin einem Waschen in Wasser zu unterziehen, gefolgt von
Waschen in 0,5% Natriumchlorid, gefolgt von Waschen in Natrium-Bikarbonat. Die Serie
von Waschungen, einschließend
derjenigen unter Verwendung von Natrium-Bikarbonat, würde mehr
als 50% der Muskelproteine entfernen. Essentiell alle der sarkoplasmischen
Proteine würden
entfernt werden. Der letztendliche Rest wurde desweiteren gewaschen,
um überschüssiges Bikarbonat
zu entfernen. Das gewaschene Fleisch wurde dann in kaltem Wasser aufgeschlemmt
und bei 70°C
für 15
Minuten erhitzt. Diese Hitzebehandlung ist hinreichend, um die Fischproteine "zu kochen", und sie dabei zu
denaturieren, was ihre funktionellen Eigenschaften reduziert oder
eliminiert. Kein Versuch wurde unternommen, die Proteine wiederzugewinnen,
um die funktionellen Eigenschaften der Kabeljauproteine zu verbessern.
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Shahidi
und Venugopal, Journal of Agricultural and Food Chemistry 42 (1994)
1440–1448,
offenbart einen Prozess, einen Atlantik-Hering, einem Waschen in
Wasser zu unterziehen, gefolgt vom Waschen in wässrigem Natrium-Bikarbonat.
Auch dieser Prozess wird mehr als 50% der Muskelproteine entfernen,
einschließend
die sarkoplasmischen Proteine. Das gewaschene Fleisch wurde homogenisiert
und der pH zwischen 3,5 und 4,0 mit Essigsäure variiert. Darüber hinaus
besteht ein unakzeptables Problem mit dem üblen Geruch der volatilen Essigsäure.
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Venugopal
and Shahidi, Journal of Food Science, 59, 2 (1994) 265–268, 276
offenbart auch einen ähnlichen
Prozess zum Behandeln von verkleinerter Atlantik-Makrele. Das Material
wird gewaschen, sequentiell mit Wasser, Bikarbonat-Lösung und
erneut mit Wasser. Der pH wird mit Essigsäure nach Homogenisieren auf pH
3,5 gebracht. Die Proteine werden ausgefällt bei pH-Werten von mehr
als 4 unter Erhitzen des Materials auf 100°C für 15 Minuten. Es wird offenbart,
dass "die Auflösung von
strukturellen Proteinen von Fischmuskel extrahierende Agentien verlangt
mit einer Ionenstärke >0,3".
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Shahidi
und Venugopal, Meat Focus International, Oktober 1993, Seiten 443–445, offenbart
einen Prozess zum Ausbilden von homogenisierten Herings-Makrelen-Dispersionen oder
Kabeljau-Dispersionen in wässrigen
Flüssigkeiten
mit einem pH so niedrig, wie ungefähr 3,0. Es wird berichtet,
dass Essigsäure
die Viskosität
der Hering-Dispersionen
reduziert, aberdie Viskosität
der Makrele erhöht,
um ein Gel auszubilden und Kabeljau ausfällt. Alle diese Präparierungen
wurden urspünglich
mit Wasser und Natriumkarbonat gewaschen, was einen substantiellen
Anteil des Proteins, einschließend
die sarkoplamischen Proteine, entfernen würde.
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Chawla
et al., Journal of Food Sciences, Vol. 61, No., Seiten 362–366, 1996,
offenbart einen Prozess zum Behandeln von zerkleinertem Fadenfisch-Muskel,
nachdem er zweimal mit Wasser gewaschen worden ist und durch Filtration
zurückgewonnen
wurde. Das zerkleinerte Fisch-Produkt wird mit Weinsäure, Milchsäure, Essigsäure oder
Zitronensäure
vermischt, man lässt
es dann stehen und es wird anschließend in einem kochenden Wasserbad
für 20
Minuten erhitzt und anschließend
abgekühlt,
um ein Gel auszubilden. Diese Hitzebehandlung ist hinreichend, um
die Proteine zu denaturieren. Die Waschschritte entfernen unerwünschterweise
die löslichen
sarkoplasmischen Proteine aus dem Fleisch. Es wird auch offenbart,
dass nicht gewaschenes Fleisch nicht die gewünschten Gel- ausbildenden Eigenschaften
von Surimi zur Verfügung
stellt.
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Onodenalore
et al., Journal of Aquatic Food Products Technology, Vol. 5(4),
Seiten 43–59,
offenbart, dass ein zerkleinerter Haifischmuskel eine Quelle für angesäuerte Proteinzusammensetzungen
ist. Das zerkleinerte Produkt wird sequentiell gewaschen mit wässrigem
Natrium-Chlorid, wässrigem
Natrium-Bikarbonat und dann Wasser, um metabolische Substanzen zu
entfernen. Dieses Waschen bewirkt unerwünschterweise die Entfernung
von sarkoplasmischen Proteinen. Das zerkleinerte Produkt wird durch
Filtration zurückgewonnen.
Das zerkleinerte Produkt wird dann angesäuert, auf pH 3,5 mit Essigsäure erhitzt
und in einem kochenden Wasserbad gekühlt und zentrifugiert, um einen Überstand
zurückzugewinnen.
Der pH des Überstandes
wurde auf einen pH von 4 bis 10 unter Verwendung von NaOH eingestellt,
in einem gekochten Wasserbad erhitzt, gekocht und zentrifugiert,
um einen zweiten Überstand
zurückzugewinnen.
Erhitzen der Proteindispersion umfassend das zerkleinerte Produkt
resultierte in 87–94%
des Proteins, bleibend in Lösung,
wohingegen Erhitzen der nicht angesäuerten Proteindispersion in
einer Proteinkoagulation resultierte. Jedoch, bewirkt das Erhitzen Protein-Denaturnierung.
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Dementsprechend
würde es
wünschenswert
sein, einen Prozess zum Wiedergewinnen eines hohen Anteils an verfügbarem Muskelprotein
aus einer tierischen Quelle zur Verfügung zu stellen, einschließend eine gefrorene
oder gealterte tierische Quelle, anstelle des Bedarfs nach einer
frischen Muskelgewebsquelle. Es würde auch wünschenswert sein, solch einen
Prozess zur Verfügung
zu stellen, welcher die Verwendung von Muskelproteinquellen ermöglicht,
welche derzeit zu wenig als Nahrungsmittelquellen eingesetzt werden,
wie z.B. gefrorener oder alter Fisch. Desweiteren würde es wünschenswert
sein, solch einen Prozess zur Verfügung zu stellen, welcher substantiell
den gesamten Proteinanteil des Prozesseinfüllmaterials zurückgewinnt. Darüber hinaus
würde es
wünschenswert
sein, solch einen Prozess zur Verfügung zu stellen, welcher ein
stabiles, funktionelles Proteinprodukt erzeugt, welches insbesondere
für den
menschlichen Verbrauch bedeutsam ist. Solch ein Prozess würde seine
Verarbeitung je nach Wunsch ermöglichen
und nicht den Beginn des Prozesses sehr kurz, nachdem die tierische
Quelle getötet
worden ist, verlangen, so dass das Verarbeiten über einen gewünschten
Zeitplan hinaus ausgedehnt werden könnte.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung basiert auf unseren neu entdeckten Eigenschaften der myofibrillaren
und sarkoplasmischen Proteine von Muskelgewebe, welche ihre Verarbeitung
bei niedrigem pH, unterhalb von ungefähr 3,5 ermöglichen. Muskelgewebe (Fisch
oder Fleisch) wird zerkleinert, um Partikel auszubilden, beispielsweise
zermahlen oder homogenisiert mit ausreichend Wasser und einem pH,
um substantiell das gesamte verfügbare Protein
in Lösung
zu bringen. Das Inlösungbringen
wird realisiert bei einem niedrigen pH, unterhalb von ungefähr 3,5,
jedoch nicht so gering, um die substantielle Zerstörung von
Proteinen zu bewirken, vorzugsweise von ungefähr 2,5 und ungefähr 3,5.
Während
des Schrittes des Inlösungbringens
wird die myofibrillare und sarkomere Gewebsstruktur substantiell
vollständig
in in Lösung
gebrachtes Protein überführt, so
dass das letztendliche Produkt, erhalten, wie unten beschrieben,
substantiell frei von der myofibrillaren und sarkomeren Gewebsstruktur
ist. Dieser Prozess unterscheidet sich vom konventionellen Prozess
zur Surimi-Herstellung dahingehend, dass größere myofibrillare Proteine
nie in dem konventionellen Prozess in Lösung gebracht werden. In dem
konventionellen Prozess der Surimi-Herstellung werden myofibrillare
Proteine einfach in Wasser gewaschen oder in Wasser, das leicht
alkalisch gemacht worden ist, um wasserlösliche Materialien zu entfernen,
was zu einem Verlust der Qualität
des Produktes führt.
Unglücklicherweise
entfernt dieser konventionelle Prozess auch wasserlösliche sarkoplasmische
Proteine.
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In
einer optionalen Ausführungsform
der Erfindung kann das zerkleinerte Muskelgewebe vermischt werden
mit einer wässrigen
Lösung,
um einen pH typischerweise von ungefähr 5,0 und ungefähr 5,5 zu
ergeben, um eine Suspension an Muskelpartikel zur Verfügung zu
stellen, welche einfacher behandelt werden kann, um Proteine im
nachfolgenden Schritt der Behandlung bei niedrigem pH in Lösung zu
bringen, um eine Lösung
zu erzeugen, mit einer hinreichend geringen Viskosität, d.h.
ein Nicht-Gel, so dass sie leicht verarbeitet werden kann. Durch
Durchführen
dieses optionalen vorbereitenden Schrittes bei pH zwischen ungefähr 5,0 und
ungefähr
5,5 wird eine homogene Suspension erhalten, wobei das Protein nicht
exzessive Konzentrationen von Wasser aufnimmt. Folglich werden verminderte
Volumina an Wasser verarbeitet, welches behandelt werden muss, um
den gewünschten
niedrigeren pH in dem nachfolgenden Schritt des Inlösungbringens
zu bewirken.
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Das
in Lösung
gebrachte Protein-Material aus dem Schritt der Behandlung bei niedrigem
pH wird anschließend
behandelt, um die Proteine auszufällen, beispielsweise durch
Erhöhen
des pHs auf zwischen ungefähr
5,0 und ungefähr
5,5, Zugabe von Salz, der Kombination einer Zugabe an Salz und des
Erhöhens
des pHs, der Verwendung eines co-ausfällenden Agens, wie z.B. einem
Polysaccharid-Polymer, um ein unlösliches Proteinprodukt enthaltend
myofibrillare Proteine und einen signifikanten Anteil an sarkoplasmischen
Proteinen von den ursprünglichen
Muskelgewebs-Proteinen in der ursprünglichen Muskelgewebsprozess-Befüllung zurückzugewinnen.
Das Proteinprodukt kann Membranprotein enthalten, welches in der
ursprünglichen
tierischen Gewebsprozess-Befüllung
vorlag. Außerdem
ist das ausgefällte
Protein, wie oben dargestellt, substantiell frei von myofibrillaren
und sarkomeren Gewebsstrukturen. Myofibrillen und sarkomere Gewebe
umfassen Stränge
aus Gewebe oder Teile an Gewebe-Strang-Struktur, welche unter einem
Mikroskop erkannt werden kann. Myofibrillen und Sarkomere werden
in erster Linie aus Proteinen gebildet.
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In
einem alternativen Prozess dieser Erfindung kann das Muskelgewebe
gewaschen werden, um eine wässrige
Lösung
an sarkoplasmischem Protein zu erhalten. Diese Lösung wird bei niedrigem pH
behandelt, wie oben dargestellt, und dann wie oben dargestellt,
in der Gegenwart von myofibrillarem Protein ausgefällt.
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In
einem alternativen Prozess muss dieser ausfällende Schritt nicht durchgeführt werden,
um das Protein zurückzugewinnen.
Das Proteinprodukt kann direkt behandelt werden, ohne dass sein
pH erhöht
wird, wie z.B. durch Ausfällen
mit einem Salz, Polymer und kann sprühgetrocknet werden, um verwendet
zu werden, beispielsweise in sauren Nahrungsmitteln. Alternativ
kann die proteinreiche Lösung
von niedrigem pH behandelt werden, um seine funktionellen Eigenschaften
zu verbessern, beispielsweise mit einer sauren proteolytischen Enzymzusammensetzung
oder durch Fraktionieren des Proteins.
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Die
ausgefällte
Proteinzusammensetzung, zurückgewonnen
unter höheren
pH-Bedingungen,
kann weiterbehandelt werden, um ein Nahrungsmittelprodukt zu erzeugen.
Solch eine weitere Behandlung kann Lyophilisierung, Gefrieren, mit
oder ohne eine hinzugegebene Kryoschutzhilfsmittel-Zusammensetzung
und mit oder ohne Erhöhen
des pHs oder Gel-Ausbildung durch Erhöhen des pHs einschließen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein allgemeines schematisches Diagramm, welches den Prozess dieser
Erfindung darstellt.
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2 ist
ein schematisches Diagramm eines konventionellen Prozesses des Standes
der Technik.
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3 ist
eine schematische Darstellung eines verbesserten konventionellen
Prozesses des Standes der Technik.
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4 ist
eine schematische Darstellung eines bevorzugten Prozesses dieser
Erfindung.
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BESCHREIBUNG
VON SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In Übereinstimmung
mit dieser Erfindung wird tierischer Muskel zerkleinert, um Partikel
auszubilden, beispielsweise durch Zerreiben, Homogenisieren od.
dgl.. Als ein optionaler einleitender Schritt wird die tierische
Muskelgewebsquelle an Protein zermahlen und mit einer wässrigen
Flüssigkeit
bei einem pH von unter ungefähr
3,5 gemischt und bei einem Verhältnis
von Volumen der wässrigen
Flüssigkeit
zum Gewicht des Gewebes, das derart ist, dass eine wässrige Zusammensetzung
gebildet wird, welche nicht eine unerwünscht hohe Viskosität aufweist,
was die Rückgewinnung
des Proteins schwierig macht. Als ein Ergebnis dieser niedrigen
pH-Bedingungen, wird eine Proteinlösung, substantiell frei von
Myofibrillen und Sarkomeren erhalten. Die tierische Muskelquelle
kann frisch, gealtert, oder gefroren sein. Typischerweise ist das
Verhältnis
von Volumen an wässriger
Flüssigkeit
zum Gewicht des Gewebes größer als
ungefähr
7:1, vorzugsweise größer als
ungefähr
9:1. Geringere Verhältnisse
von Volumen und wässriger
Flüssigkeit
zum Gewebsgewicht können
eingesetzt werden, abhängend
von der Speziesquelle an Muskelgewebe, wenn die tierische Muskelquelle
eine verminderte Tendenz aufweist, Gel-Bildung bei geringeren Verhältnissen
zu verursachen. Durch Einsetzen dieser Bedingungen an pH und Verhältnis an
wässrigem
Flüssigkeitsvolumen
zum Gewebsgewicht, wird die Proteinkomponente des Gewebes in der
wässrigen
Flüssigkeit
aufgelöst,
während
die Gel-Bildung der Zusammensetzung in diesem Schritt vermieden
wird. Der pH sollte nicht so gering sein, dass er einen substantiellen
Anteil des Proteins über
den Zeitraum, über
den das Protein sich in Lösung
befindet, zerstört,
d.h. nicht unterhalb von pH 1,0 sein. Proteindenaturierung und Protein-Hydrolyse
sind auch eine Funktion der Temperatur und Zeit in Lösung, wobei
erhöhte
Temperatur und größere Zeit
in Lösung
die Proteindenaturierung und Protein-Hydrolyse vorantreiben. Folglich
ist es wünschenswert,
die Lösungstemperatur
und Zeit, über
die sich das Protein in Lösung
befindet, zu reduzieren, insbesondere, wenn ein geringeren pH der
Proteinlösung
erreicht wird, beispielsweise von ungefähr 2,0 oder darunter. Die wässrige flüssige Zusammensetzung
kann auch Komponenten enthalten, welche nicht die Proteine in Lösung abbauen
oder hydrolisieren, wie z.B. Salze, beispielsweise Natriumchlorid.
Die Ionenstärke
der Lösung
sollte auf unter ungefähr
200 mM gehalten werden, um das Ausfällen des Proteins zu vermeiden,
wenn dies nicht gewünscht
wird.
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In
einem optionalen einleitenden Schritt, wird das zerkleinerte tierische
Muskelgewebe mit einer sauren wässrigen
Lösung
auf einem pH von ungefähr
5,0 oder 5,5 vermischt. Anschließend wird der pH der Mischung
mit Säure
reduziert, wie oben beschrieben, um die Proteine in Lösung zu
bringen. Es ist herausgefunden worden, dass dieser einleitende Schritt
des Mischens Protein-Lösungen
von verminderter Viskosität
in dem Schritt des Behandelns bei niedrigem pH zur Verfügung stellt,
wie oben beschrieben, und folglich die Einfachheit des Verarbeitens,
um das Protein zurückzugewinnen,
vorantreibt.
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An
dieser Stelle kann die in Lösung
gebrachte Zusammensetzung optional fraktioniert werden, um eine
speziell gewünschte
Proteinfraktion oder eine abgeleitete Produktfraktion, falls gewünscht, durch
Größenausschluss-Chromatographie
oder Techniken basierend auf Eigenschaften der Proteine, welche
sich von der molekularen Größe unterscheiden,
zurückzugewinnen,
da die Materialien in einer Lösung
von geringer Viskosität
in Lösung
gebracht worden sind. Alternativ kann das Protein in Lösung dehydratisiert
werden, beispielsweise durch Sprühtrocknen,
um ein funktionelles Protein zur Verwendung in sauren Nahrungsmitteln,
wie z.B. Salatdressing, Mayonnaise, Gelen oder als Nahrungsergänzungsmittel
für Fruchtsäfte oder
Sodas zu erzeugen. Dieser Punkt des Prozesses stellt einen geeigneten
Zeitpunkt zur Behandlung der aufgelösten Proteine mit wässrigen
proteolytischen Enzymen zur Verfügung,
falls gewünscht,
um die Proteine zu modifizieren, um ihre funktionellen Eigenschaften
je nach Bedarf zu verbessern. Ein gewisser Grad an limitierter Proteolyse kann
bei geringem pH auftreten. Diese Proteolyse hängt von der Zeit, der Temperatur
und dem spezifischen pH-Wert ab.
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Die
zurückgewonnene
proteinreiche Lösung/kolloidale
Suspension kann dann auf einem pH eingestellt werden, bei welchem
essentiell alle der Proteine ausfallen, wie z.B. zwischen ungefähr 5,0 und
ungefähr 6,5.
Dieser pH-Wert variiert, abhängend
von der tierischen Quelle des Proteins und ist im allgemeinen zwischen
ungefähr
5,0 und ungefähr
5,5, noch mehr üblicherweise
zwischen ungefähr
5,3 und ungefähr
5,5. Das Protein kann erneut zurückgewonnen
werden, beispielsweise durch Zentrifugation oder mit einem polymeren, ausfällenden
Mittel, beispielsweise einem Polysaccharid oder einer Kombination
aus solchen. Nicht nur sind alle der myofibrillaren und cytoskeletaren
Proteine zurückgewonnen
worden, sondern die lösliche
sarkoplasmische Proteinfraktion, welche zuvor bei vermindertem pH
von unter ungefähr
3,5 in Lösung
gebracht worden ist, jedoch nicht separat zurückgewonnen worden ist, wird
auch ausgefällt
durch Erhöhen
des pHs auf zwischen ungefähr
5,0 und ungefähr
5,5. Diese Zurückgewinnung
der sarkoplasmischen Proteine wird nicht beobachtet, wenn die Probe
direkt auf einen pH von ungefähr
5,5 reduziert wird und dann zentrifugiert wird. Es ist notwendig,
die niedrigen pH-Bedingungen einzustellen und anschließend auf
pH-Bedingungen zurückzukehren,
wo die Proteinausfällung
bewirkt wird, um den Verlust an Protein zu verhindern. Wenn der
geringe pH-Zustand nicht in erster Linie erhalten wird, wird der
Proteinverlust im allgemeinen zwischen 20 und 30% des ursprünglich in
den Prozess beladenen Proteins sein, in erster Linie aufgrund des
Verlustes des sarkoplasmischen Proteins. Das ausgefallene Protein
wird abgetrennt von den wässrigen
flüssigen
Zusammensetzungen, welche lösliche
Verunreinigungen enthalten, wie z.B. Metabolite von geringem Molekulargewicht,
Zucker, Phosphate und/oder Nukleotide. Alternativ kann das Protein-Ausfällen bewirkt
werden mit ausfällenden
Polymeren, wie z.B. Polysacchariden, geladenen Polymeren, marinen
Hydrokolloiden, einschließend
Alginate oder Carrageenan, entweder allein oder in Kombination mit
Zentrifugation. Darüber
hinaus kann die Präzipitation, wie
oben dargestellt, bewirkt werden durch Zugabe von Salz oder durch
Kombination der pH-Steuerung und der Zugabe von Salz. Während die
Anmelder nicht wünschen,
an eine spezielle Theorie gebunden zu werden, um die unverstandene
Proteinzurückgewinnung
zu unterstützen,
kann diese verstärkte
Rückgewinnung
entweder von molekularen Veränderungen
der sarkoplasmischen Proteine herrühren, wenn sie unlöslich werden bei
diesem pH, oder sie können
leichter an myofibrillare und cytoskeletale Proteine aufgrund der
molekularen Ladungen in den letztgenannten Proteinen binden. Alternativ
mag es der Fall sein, dass das Öffnen
der myofbrillaren und cytoskelletalen Proteine mehr Bindungsstellen
für die
sarkoplasmischen Proteine zur Verfügung stellt.
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In
jedem Fall haben die Anmelder herausgefunden, dass das Behandeln
der Proteinlösung
bei Bedingungen von niedrigem pH, wie oben dargestellt, die Funktionalität des Proteins
verbessert. Diese beobachtete Verbesserung ermöglicht die Verwendung von altem
oder gefrorenem Muskelgewebe als ein Ausgangsmaterial im Prozess
dieser Erfindung. Darüber
hinaus können
frische Muskelgewebe als Ausgangsmaterialien dieser Erfindung verwendet
werden.
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Die
Rate, mit welcher der pH des optimalen Ausfällens erreicht wird, kann eine
Wirkung auf die Natur der Assoziation der gesammelten Proteine haben.
Rasche Veränderung
im pH durch direkte Zugabe der Basis kann eine aggregierte Masse
an Proteinen erzeugen, wohingegen eine langsame Veränderung
in dem pH, beispielsweise, diejenige erhalten durch Dialyse, ermöglichen
kann, dass die Proteine spezifisch mit den Proteinen assoziieren,
mit welchen sie normalerweise in den Fibrillen assoziiert sind.
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Jede
Säure,
welche nicht in unerwünschter
Weise das Endprodukt kontaminiert, kann verwendet werden, um den
pH zu vermindern, beispielsweise organische Säuren, einschließend Zitronensäure, Apfelsäure, Weinsäure oder
Mineralsäuren,
wie z.B. Salzsäure
oder Schwefelsäure
oder Mischungen davon. Zitronensäure,
welche bevorzugte pKa-Werte aufweist, ist eine bevorzugte Säure für dieses
Prozess. Hinreichend Zitronensäure
liefert eine adäquate
Pufferkapazität
bei pH 3 und pH 5,5 und anschließend kann Salzsäure verwendet
werden, um den pH auf dem gewünschten
Punkt zu reduzieren. Säuren,
welche eine signifikante Volalität aufweisen,
welche ungewünschten üblichen
Geruch verleihen, wie z.B. Essigsäure oder Buttersäure sind
nicht gewünscht.
Dergleichen kann eine jede von verschiedenen Basen verwendet werden,
um den pH zu erhöhen. Es
ist bevorzugt, ein Polyphosphat zu verwenden, da dies auch als Antioxidanz
fungieren kann und die funktionellen Eigenschaften der Muskelproteine
verbessert.
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Das
ausgefällte
Protein kann optional in verschiedenen Wegen behandelt werden. Beispielsweise kann
sein pH erhöht
werden auf Neutralität,
Kryosschutzhilfsmittel können
hinzugefügt
werden und es kann eingefroren werden, um ein typisches "Surimi" zu erzeugen. Surimis,
hergestellt durch diesen Prozess haben exzellente funktionelle Qualität. Der "true train" (ein Maß der Proteinqualität) war bis
zu 2,8 hoch, wenn Kabeljau, und 2,6, wenn helle Muskel als tierische
Proteinedukte verwendet wurden. Das Produkt zeigt verminderten Fettgehalt.
Das ausgefallene Protein kann dehydratisiert werden nach Zugabe
von Wirksubstanzen, welche derzeit verwendet werden bei der Surimi-Verarbeitung,
wie z.B. Stärke,
um die Aggregation des Proteins zu verhindern, beispielsweise, jedoch
nicht limitiert auf negativ geladene Verbindungen zur Verwendung
in der Produktion von Produkten, wie z.B. Gelen, Emulgatoren und
Viskositäts-Entwicklern. Das
ausgefallene Protein kann auch erneut angesäuert werden auf einen pH von
ungefähr
2,5 bis ungefähr
3,5 unter Verwendung von einem geringeren flüssigen Volumen, also es zuvor
enthielt, um das Protein vor der Dehydratation aufzukonzentrieren.
Dies sorgt für
Energieeinsparung für
den Dehydratationsschritt. Darüber
hinaus können
die zurückgewonnenen
Proteinzusammensetzungen fraktioniert werden, um die Proteinbestandteile
zurückzugewinnen. Das
resultierende Produkt ist bedeutsam als ein Ingredienz an Produkten,
wie diejenigen, die oben beschrieben wurden.
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Wenn
tierisches Muskelgewebe eingesetzt wird, welches relativ hoch hinsichtlich
Fett, Öl
und/oder Lipiden ist, kann das Fett, Öl und/oder Lipid mit dem ausgefallenen
Protein verbleiben, was das proteinreiche Produkt empfänglich für Abbau,
in erster Linie durch Oxidation machen kann. Dementsprechend kann
das proteinreiche Produkt behandelt werden, beispielsweise dadurch,
dass es im Vakuum gelagert wird, im gefrorenen Zustand gelagert
wird, durch Zugabe von Antioxidantien dazu, wie z.B. von Isoascorbinsäure, Ascorbinsäure, Erythorbinsäure, Propylgallat
oder Tocopherolen.
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Diese
Erfindung stellt eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dahingehend
dar:
- 1. Alte oder gefrorene Muskelgewebe können verwendet
werden als Befüllungszusammensetzung,
welche die zeitliche Planung des Prozesses ermöglicht und einen gewünschten
Zeitrahmen vereinfacht. Es ist nicht notwendig, dass in dem Prozess
der vorliegenden Erfindung ein sehr frisches Produkt als Ausgangsmaterial
benötigt
wird. Die Fähigkeit
des Prozesses dieser Erfindung, einen nicht frischen und sogar gefrorenen Fisch
zu verwenden, ist sehr wichtig für
eine Fischfangbesatzung, welche die Fische fängt, und ermöglicht die
Verwendung von Fabriken an Land, um den Prozess der vorliegenden
Erfindung durchzuführen,
da das Bedürfnis,
frische Fischfiletquellen zu verwenden, was für die derzeit verfügbaren Prozesse
momentan benötigt
wird, eliminiert wird.
- 2. Der Prozess dieser Erfindung stellt eine verbesserte Ausbeute
des Proteins zur Verfügung.
Mehr als 90% des Proteins werden typischerweise aus hellem Muskelgewebe
erhalten mit dem Prozess dieser Erfindung, wohingegen in ähnlichen
Prozessen im Stand der Technik weniger als ungefähr 60% Protein-Rückgewinnnung zur Verfügung gestellt
wird. In einigen Fällen
sind die Proteinausbeuten, erhalten mit der vorliegenden Erfindung,
sogar ungefähr
95%.
- 3. Die verbessere Ausbeute des Proteins als Produkt bedeutet,
dass weniger Protein in dem Waschwasser zurückgewonnen/entfernt werden
muss, so dass die Abwasserprodukt-Verunreinigung vermindert wird.
- 4. Die Farbe des Produktes dieser Erfindung ist viel besser
im Vergleich zur Farbe der Produkte des Standes der Technik. Die
Farbe an Surimi, welche nun von pelagischem Fisch mit derzeit verfügbaren Prozessen
produziert wird, ist typischerweise gräulich hinsichtlich der Farbe
mit einem hohen Hunter "b"-Wert. Eine weiße Farbe
so gut wie, oder besser als der beste Grad an Surimi, hergestellt
aus hell weiß-fleischigem
Fisch von derzeit verfügbaren
Prozessen wird mit dem Prozess der vorliegenden Erfindung aus dem hellen
Muskel der Makrele als tierisches Protein-Ausgangsmaterial erhalten.
Als ein Befüllungsmaterial
des Prozesses wird das helle Muskelfleisch der Makrele von Fisch,
gelagert zwischen zwei und drei Tagen auf Eis, typischerweise ein
Produkt dieser Erfindung zur Verfügung stellen mit "L", "a" bzw. "b"-Werten von 78,4,–0,89 und 2,0 mit einem Weißheitsindex
von 78,3 oder besser.
- 5. In den Prozessen des Standes der Technik sind eine Mehrzahl
von Muskelproteinen unlöslich über den gesamten
Prozess hinweg. Der Prozess dieser Erfindung bringt ungefähr 98% der
Muskelproteine in Lösung.
Dies vermindert die Prozesszeit, bringt die Vereinfachung des Prozesses
der Steuerung voran und macht den Prozess adaptierbar für die kontinuierliche
Verarbeitung.
- 6. Eine offensichtliche Verwendung für den Prozess dieser Erfindung
ist es, Materialien einzusetzen, welche derzeit nicht als menschliche
Nahrung verfügbar
sind, aufgrund ihrer Instabilität
und ungünstigen
sensorischen Qualitäten.
Die Stabilität
kann verbessert werden mit dem Prozess dieser Erfindung, wenn Stabilitäts- verbessernde
Zusammensetzungen, wie z.B. Antioxidantien, eingesetzt werden. Ein
Beispiel der Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind kleine
pelagische Spezies an Fisch, wie z.Hd. Hering, Makrele, Menhaden,
Kabeljau, Anchovies, Sardinen, als Ausgangsmaterialien, welche derzeit
entweder in vermindertem Maße
eingesetzt werden oder in erster Linie als Industriefisch und nicht
zum menschlichen Verzehr eingesetzt werden können. Ungefähr eine Hälfte des derzeit gefangenen
Fisches in der Welt wird nicht als menschliche Nahrung verwendet.
Ein Prozess, welcher ein akzeptables, stabiles Proteinkonzentrat
zum menschlichen Verzehr produziert, konstituiert eine wichtige
wertsteigernde Verwendung dieses Materials und einen erheblichen
Beitrag zur Welt-Ernährung.
Beispielsweise ist die jährlich
verfügbare
Menge an Makrele, Menhaden und Hering, verfügbar von der Atlantikküste der
Vereinigten Staaten schätzungsweise etwa
5 Mrd. Pfund. Der Prozess dieser Erfindung kann auch verwendet werden,
um Fleisch zu verarbeiten, welches aus Zuchtfisch zurückgewonnen
wird, nachdem die Filets entfernt worden sind. Dieses Material wird
derzeit nicht zum menschlichen Verzehr verwendet. Repräsentative
geeignete Ausgangsquellen tierischen Proteins für den Prozess dieser Erfindung
schließen
Fischfilets, vom Kopf und den Gräten
befreiten Fisch, einschließlich
pelagischen Fisch, Krustentiere, beispielsweise Krill, Mollusken,
beispielsweise Tintenfisch, oder Huhn, Rind, Lamm, Schaf, ein. Beispielsweise
wird eine große
Menge an mechanisch entknöchertem
Hühnerfleisch
derzeit erzeugt aus den Skeletten an Vögeln, nachdem die Hühnerteile
für den Einzelhandelsverkauf
entfernt worden sind. Der Prozess der vorliegenden Erfindung kann
solche Hühnerteile
einsetzen, um proteinreiche Produkte zu erzeugen, welche bedeutsam
für menschliche
Unternehmen sind. Andere in nur geringem Maße eingesetzte Muskelquellen,
adaptierbar für
den Prozess schließen
antarktischen Krill, der in großen
Mengen verfügbar
sind, aber schwer in menschliche Nahrung zu konvertieren ist, aufgrund
seiner kleinen Größe, ein.
Der Prozess ist auch in der Lage, höchst instabiles oder von geringem
Wert befindliches Muskelgewebe einzusetzen.
-
Ein
spezielles Beispiel des Prozesses der vorliegenden Erfindung umfasst
eine Vielzahl von Schritten, einschließend optionale Schritte. In
einem ersten Schritt wird eine tierische Proteinquelle zerkleinert,
um eine Zusammensetzung an Partikeln zu erzeugen mit einer hohen
Oberflächenfläche, welche
das nachfolgende Verarbeiten erleichtert. In einem optionalen zweiten
Schritt kann die zerkleinerte Proteinquelle mit Wasser gewaschen
werden, typischerweise mit ungefähr
1 bis 9 oder mehr Volumina an Wasser, basierend auf dem Gewicht
der zerkleinerten Muskelquelle. Wenn die optionalen Waschschritte
eingesetzt werden, wird die flüssige wässrige Fraktion
von der unlöslichen
Fraktion abgetrennt, beispielsweise durch Zentrifugation mit der
unlöslichen
Fraktion, welche, wie unten beschrieben, weiterverarbeitet wird.
Die flüssige
Fraktion enthält
in Lösung gebrachte
Proteine und Lipide. Während
dieser Waschschritt einen Teil an unerwünschten Lipiden entfernt, entfernt
er auch unerwünschterweise
Proteine, insbesondere sarkoplasmische Proteine. Die entfernte proteinreiche
Wasserfraktion kann dann stromabwärts in den Prozess eingeführt werden
zur weiteren Verarbeitung der unlöslichen Fraktion aus dem Waschschritt,
so dass die Proteine in der löslichen
Waschflüssigkeitsfraktion zurückgewonnen
werden können.
Die zerkleinerte tierische Proteinquelle wird mit Wasser pulverisiert,
welches auch Säure
enthalten kann, beispielsweise Zitronensäure, um einen pH zu erhalten,
beispielsweise von ungefähr
5,3 bis ungefähr
5,5, um kleine Partikel zu produzieren, welche ihr in Lösung bringen
in einem nachfolgenden Schritt vorantreiben, wobei der pH der Zusammensetzung reduziert
wird. Wenn dieser Schritt durchgeführt wird, bei einem pH zwischen
ungefähr
5,3 und ungefähr
5,5, wird unerwünschtes
Quellen der Zusammensetzung vermieden oder minimiert.
-
Die
Zusammensetzung der pulverisierten proteinreichen Zusammensetzung
wird dann mit einer sauren Zusammensetzung vermischt, um den pH
unter ungefähr
3,5 zu reduzieren, jedoch nicht so niedrig, dass signifikant das
Protein zerstört
wird, beispielsweise auf ungefähr
2,0 oder sogar auf ungefähr
1,0. Geeignete Säuren
sind diejenigen, welche nicht signifikant das Protein zerstören und
nicht das letztendliche Produkt toxisch machen. Repräsentative
geeignete Säuren
schließen
Salzsäure
oder Schwefelsäure
ein. Dieser Schritt des Prozesses, durchgeführt bei geringem pH, steht
im Widerspruch zu den Prozessbedingungen aus dem Stand der Technik,
durchgeführt
bei einem hohen pH nahe dem neutralen pH. Die resultierende Zusammensetzung
umfasst eine Lösung
von geringer Viskosität,
in welcher substantiell das gesamte Protein aus der tierischen Proteinquelle
löslich
ist und substantiell frei von Myofibrillen oder Sarkomer-Gewebsstrukturen
ist.
-
Die
Lösung
bei niedrigem pH kann dann fraktioniert werden, falls gewünscht, um
Feststoffe von der wässrigen
Fraktion oder den Fraktionen zu entfernen, beispielsweise durch
Filtration oder Dekantieren, um Feststoffe zu entfernen, wie z.B.
Knochen, wenn solche vorliegen. Die proteinreiche wässrige Komponente wird
zur weiteren Verarbeitung, wie unten beschrieben, zurückgewonnen.
-
Das
Protein in der Lösung
von geringer Viskosität
wird dann behandelt, um die Proteine auszufällen. Das Protein in Lösung wird
dann ausgefällt,
beispielsweise durch Erhöhen
des pHs der Lösung
auf mehr als ungefähr
5,0, vorzugsweise ungefähr
5,5. Alternativ kann Salz oder ein ausfällendes Polymer verwendet werden,
um das Ausfällen
zu bewirken. Wenn der oben beschriebene Waschschritt des ursprünglich zerkleinerten Gewebes
eliminiert wird, wird das wasserlösliche Protein, einschließend das
sarkoplasmische Protein aus dem zerkleinerten Gewebe in diesem Schritt
zurückgewonnen.
Typischerweise umfasst das sarkoplasmische Protein ungefähr 20–30% des
gesamten Proteins in dem ursprünglichen
Gewebe. Die Prozesse des Standes der Technik gewinnen dieses Protein
nicht zurück.
Wird der ursprüngliche
Waschschritt dieses Proteins aus dem Gewebe, welches verarbeitet
wird, entfernt, kann es in dem Prozess dieser Erfindung, wie oben
beschrieben, zurückgewonnen
werden. Selbst wenn dieser ursprüngliche
Waschschritt in den Prozess dieser Erfindung eingeschlossen ist
und das sarkoplasmische Protein separat zurückgewonnen wird, liefert der
Prozess der vorliegenden Erfindung substantielle Vorteile, da er
in der Lage ist, tierische Proteinquellen zu verarbeiten, einschließend hochfette
und hochölige
Quellen, welche nicht ökonomisch
verarbeitet werden können,
um Nahrung für
den menschlichen Verzehr zu produzieren, mit den derzeit verfügbaren Prozessen.
-
Das
Produkt dieser Erfindung unterscheidet sich von den Produkten aus
dem Stand der Technik dahingehend, dass die ausgefällten festen
und die flüssigen
Lösungsprodukte
dieser Erfindung substantiell frei von Myofibrillen- und Sarkomergewebe
sind. Im Gegensatz dazu sind die Produkte aus Prozessen aus dem Stand
der Technik zum Herstellen von Surimi so, dass sie Myofibrillen
und Sarkomere enthalten. Darüber
hinaus kann das Produkt dieser Erfindung, welches in erster Linie
myofibrillares Protein enthält,
auch signifikante Mängel
an sarkoplasmischen Proteinen enthalten. Das sarkoplasmische Protein
in dem Proteinprodukt umfasst typischerweise ungefähr mehr
als 8%, mehr bevorzugt ungefähr
mehr als 15% und am meisten bevorzugt ungefähr mehr als 18% sarkoplasmisches
Protein, bezogen auf das Gewicht, bis hin zu ungefähr 30%,
bezogen auf das Gewicht, berechnet bezüglich des gesamten Gewichts
an Protein in dem Produkt.
-
Das
ausgefällte
Produkt kann direkt als Nahrungsquelle verwendet werden.
-
Alternativ
kann das ausgefällte
Produkt weiterbehandelt werden, beispielsweise durch Entfernen eines Teiles
an Wasser in dem Produkt, durch Lyophilisierung, Einfrieren oder
Hitzetrocknen. Das resultierende Produkt kann in der Form einer
Lösung,
eines Gels oder eines trockenen partikulären Produktes vorliegen. Das Produkt
ist bedeutsam als eine Nahrungsmittelzusammensetzung von Güteklasse
zum menschlichen Verzehr und zeigt eine große Bandbreite an Anwendungen.
Das Produkt kann beispielsweise verwendet werden, um den Löwenanteil
an künstlichem
Krabbenfleisch zu bilden, oder als Nahrungsmittelzusatz, wie z.B.
als Bindemittel. Darüber
hinaus kann das Produkt verwendet werden als Emulgator, als Abdickmittel,
als schaumbildendes Agens, als gelbildendes Agens, als wasserbindendes
Agens, insbesondere in Nahrungsmittelprodukten.
-
1 illustriert
den allgemeinen Prozess dieser Erfindung einschließend einige
optionale Prozessschritte. In einem ersten Schritt kann eine tierische
Muskelproteinquelle 10 optional eingebracht werden in einen
konventionellen Press- oder
Zentrifugationsschritt 12, in welchem das eingefüllte Material,
beispielsweise der zerkleinerte Fisch, einem Druck ausgesetzt wird,
um eine wässrige
Flüssigkeit,
enthaltend Fette und Öle 13 aus
dem festen Gewebe 15 abzutrennen. Das feste tierische Gewebe 15 wird
dann im Schritt 20 zerkleinert, um seine Oberflächenfläche zu vergrößern. Alternativ
können
die Schritte 12 und 20 vertauscht werden. Das zerkleinerte
Gewebe 28 wird pulverisiert und sein pH reduziert mit einer
wässrigen
saueren Lösung
auf ungefähr
5,0 bis ungefähr
5,5 im Schritt 34. Die wässrige Zusammensetzung 36 wird
dann mit Säure
in Schritt 38 vermischt, um seinen pH zwischen ungefähr 3,0 und
ungefähr
3,5 zu reduzieren. Der wasserreiche proteinenthaltende Strom kann
dem Schritt 38 zur Verarbeitung darin zugeführt werden.
Die resultierende proteinreiche Fraktion 40 von niederem
pH wird zum Schritt 58 geleitet, in welchem ihr pH erhöht wird,
beispielsweise auf zwischen 5,0 und ungefähr 6,5 um das Ausfällen von
substantiell der Gesamtmenge an Protein in Lösung zu bewirken. Optional
kann die Fraktion 40 behandelt werden, beispielsweise durch
Salzausfällen,
Ausfällen
mit ausfällendem
Polymer und Kombinationen davon, statt dass sie im Schritt 58 ausgefällt wird.
Das ausgefällte Protein 60 kann
desweiteren im Schritt 62 verarbeitet werden, beispielsweise
durch Lyophilisierung, Einfrieren in der Gegenwart eines Cryoschutzhilfsmittel
oder es kann ein Gel ausgebildet werden.
-
Das
folgende Beispiel illustriert die vorliegende Erfindung und ist
nicht dazu gedacht, selbige einzugrenzen.
-
Beispiel 1
-
Dieses
Beispiel liefert einen Vergleich des Prozesses dieser Erfindung
mit einem derzeit verwendeten Prozess aus dem Stand der Technik.
-
Im
folgenden erfolgt eine Beschreibung eines Prozesses, entwickelt,
um Proteine aus Muskelquellen aufzukonzentrieren und zu extrahieren,
in einer Art und Weise, welches ermöglicht, dass die Proteine ihre Funktionalität (d.h.
Gelbildung, emulgierende Wirkung etc.) über den gesamten Prozess hinweg
und hin zur Lagerung beibehalten. Der neue sauer in Lösung bringende/ausfällende (ASP,
acid solubilization/precipitation) bevorzugte Prozess dieser Erfindung
wird verglichen mit der konventionellen Standardprozedur zur Herstellung
von Surimi, wie auch einem in jüngster
Zeit verbesserten konventionellen Prozess. Der verbesserte konventionelle
Prozess wurde konzipiert, um ein besseres Gel mit weißerer Farbe
zu produzieren und mehr Lipide zu entfernen, als erhalten wurden
unter Verwendung des konventionellen Verfahrens. Flussdiagramme
für die drei
Prozesse sind dargestellt in den 2, 3 und 4.
In allen drei Prozeduren werden die ursprünglichen Schritte des Köpfens, Entgrätens, des
optionalen Filetierens, Spülens
und Zerkleinerns durchgeführt
unter Verwendung eines standardmäßigen fischverarbeitenden
Equipments. Nach diesen ursprünglichen
Schritten unterscheidet sich der ASP-Prozess dieser Erfindung substantiell
durch Veränderungen
von den anderen beiden Verfahren. Die Ziele der konventionellen
und verbessert konventionellen Prozesse sind es, die Proteine unter
Bedingungen zu halten, welche ihre Unlöslichkeit vorantreiben, wohingegen
unerwünscht
lösliche
Komponenten weggewaschen oder entfernt werden. Jedoch hat dies einen
unerwartet großen
Verlust an Protein zur Folge. Unter Verwendung des ASP-Prozesses,
werden die Bedingungen so eingestellt, um das Inlösungbringen
des gesamten Muskelproteins voranzutreiben. Die Bedingungen sind
ein pH von weniger als ungefähr 3,5,
jedoch nicht zu gering, um die Zerstörung der Proteine zu erzeugen
und eine Ionenstärke
von weniger als oder mehr als ungefähr 200 mM.
-
KONVENTIONELLER
PROZESS
-
Die
Ausgangsschritte des konventionellen Prozesses sind in 2 dargestellt.
Die Anzahl der Wiederholungen oder der Volumina in den Waschschritten
können
variieren. Zermahlener oder zerkleinerter Fisch kann gewaschen werden
mit wiederaufgetautem Wasser (ungefähr 6°C), lang genug und in Volumina
mit ausreichender Größe, um unerwünschte Komponenten
zu entfernen. Das zu starke Waschen des Fleisches kann das Quellen
der Proteine verursachen, für
welches gezeigt worden ist, dass es mit dem Entwässern überlagert und schädlich für die Gelausbildung
ist. Ein großer
Anteil der wasserlöslichen
Komponenten wird in der ersten Waschung entfernt mit relativ wenigen
in den nachfolgenden Waschungen. Zeit, die mit dem Waschen verbracht
wird, oder Verweilzeit, bestimmt auch die Wascheffizienz. Zwischen
9–12 Minuten
hat sich als eine adäquat
effektive Verweilzeit pro Waschung herausgestellt. Das Entwässern nach
jedem Waschschritt wird realisiert unter Verwendung eines rotierenden
Siebs. Dieses Gerät
ist ein kontinuierlich umwälzendes
Sieb mit Perforationen von ungefähr
1 mm, welche eine partielle Entwässerung
ermöglichen.
Salz kann zu der letztendlichen Waschung hinzugegeben werden, um
das Entwässern
zu realisieren. Nach der letztendlichen partiellen Entwässerung
wird der gewaschene, zerkleinerte Fleisch durch einen Verfeinerer
passiert. In dem Verfeinerer wird das zerkleinerte gewaschene Fleisch
durch ein Sieb mit 0,5 mm Perforationen unter hohem Druck einer konzentrischen
Einzugschnecke gezwungen. Das Verfeinern wird als der "Aufräum"-Schritt bezeichnet,
wo nur fein zerkleinerter Muskel durch die Perforationen dringen
kann. Jedoch ist die Abtrennung nicht vollständig und etwas Produkt geht
in diesem Schritt verloren. Abgeleitet an eine unterschiedliche
Stelle wird der Auslauf des Verfeinerers, welcher aus kleinen Knochen-
und Hautfragmenten und dunklem Muskel besteht, welche dazu tendieren,
Partikel von einer Größe von mehr
als 0,5 mm zu bilden. Die Mahlmaschine ist effektiv beim Entfernen
von nicht erwünschten,
nicht essbaren Fragmenten, ist jedoch nicht zu 100% effizient und
einige Partikel gehen durch zum Fleisch. Der feuchte Anteil in diesem
Stadium der Produkt ist ungefähr
90%. Hohe Feuchtigkeit ermöglicht,
dass der Mahlprozess effizienter funktioniert. Um den Flüssigkeitsgehalt
auf die gewünschten
80% zu verringern, wird das gemahlene zerkleinerte Fleisch in eine
Schraubenpresse platziert. Die Schraubenpresse schiebt, wie die
Mahlmaschine, das Fleisch gegen ein Sieb mit 0,5 mm Perforationen
unter Verwendung eines Einzugschnecken-Transportes, außer, dass
die Schraubenpresse unter höheren
Drücken
steht. Kryoschutzhilfsmittel werden zu dem entwässerten Fleisch hinzugegeben,
um die Proteine gegen Denaturierung beim Einfrieren zu schützen und
ihre Funktionalität
aufrechtzuerhalten. Eine übliche
Mischung von Kryoschutzhilfsmitteln besteht aus 4% Sucrose, 4% Sorbitol
und 0,2% Natriumtripolyphosphat. Im letztendlichen Schritt wird
das Produkt gefroren in einer Ablage-Gefriertruhe, welche das Produkt
schnell einfriert, um der Protein-Denaturierung vorzubeugen, wie sie beim
langsamen Einfrieren auftritt.
-
VERBESSERTER
KONVENTIONELLER PROZESS
-
Drei
hauptsächliche
Punkte des verbesserten konventionellen Prozesses (3)
unterscheidet den Prozess von dem konventionellen Prozess. Zuerst
verbessert er die Farbe (er hellt auf) des Produktes durch Verwendung
eines "Mikronisierungs"-Schrittes welcher
die Partikelgröße auf bis
zu 12 Mikrometer verkleinert. Dies ermöglicht eine sehr effiziente
Aussonderung der unerwünschten
Komponenten aus diesem Gewebe, aufgrund der großen Oberflächenfläche. Zum Zweiten zerkleinert
oder mikronisiert der Prozess das Gewebe unter Vakuum (10 mm Hg),
was sich als effektiv bei der Reduktion der Oxidation der Lipide
herausgestellt hat. Der geringe Gasdruck, verursacht durch die Vakuumumgebung,
treibt auch die bessere Entfernung von niedermolekulargewichtigen
Verbindungen voran, welche für
die übel
riechenden oder ranzigen Gerüche
verantwortlich sind. Zum Dritten ist der Schritt in dem Prozess,
welcher den dramatischsten Effekt auf die Produktverbesserung erzeugt
derjenige der Zugabe von Natriumbikarbonat (0,1%) und Natriumpyrophosphat (0,05–0,1%) zur
ersten Waschung. Die Verbindungen erhöhen der pH der ersten Waschung
auf ungefähr 7,2–7,5, was
ultimativ eine Verbesserung in der Gel-Elastizität verursacht und den Lipidgehalt
auf ungefähr
1 % reduziert. Der Prozess erhöht
auch die Menge an Protein, welche während des aussondernden Schrittes verloren
geht. Aufgrund des Mikronisierungsschrittes muss das Produkt unter
Verwendung einer Zentrifugation zurückgewonnen werden, was die
kleinen gewaschenen Gewebspartikel zurückgewinnen kann. Die verbleibenden
Kyroschutz- und Einfrierschritte sind ähnlich, wie im konventionellen
Prozess.
-
SAUERER IN LÖSUNG BRINGENDER
PRECIPITATIONS(ASP)-PROZESS
-
Wie
oben erwähnt,
weicht ein bevorzugter ASP-Prozess radikal von dem konventionellen
und verbesserten konventionellen Prozess folgend auf dem Gewebszerstörungsschritt
ab. Das gesamte Gewebe wird homogenisiert in seinem Verdünnungsmedium.
Der Homogenisierungsschritt platziert Muskelgewebe (zerkleinert
oder ganz) und eine Lösung
von 1 mM Zitronensäure,
pH 3,0, vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 Teil an Gewebe
zu 9 oder mehr Teilen an Lösung.
Geringere Verhältnisse
von Gewebe zu Lösung
können
eingesetzt werden, abhängend
von der Quelle des tierischen Gewebes, um Gelbildung zu vermeiden.
Die Homogenisierungsausrüstung,
welche verwendet werden kann, ist ein Polytron-Kinematik-Homogenisator bei einer Geschwindigkeit
von 76 (1–2
Min.). Die Prozedur kann im großen
Maßstab
erfolgen unter Verwendung eines Urshel Commitrol Model 1700 oder
eines vergleichbaren Ausrüstungsgerätes. Nach
der Homogenisierung ist der pH der resultierenden Lösung ungefähr 5,3 bis
5,5. Bei diesem pH, der nahe am isoelektrischen Punkt von vielen
der Muskelproteine liegt, ist die Aufnahme der Lösung durch die Proteine in
einem Minimum. Dies verhindert die Hydratation der Proteine und
hält die
Viskosität
niedrig. Der pH des Homogenats wird davon abgesenkt auf ungefähr 3,5 oder
geringer unter Verwendung, jedoch nicht darauf limitiert, von Salzsäure (HCl).
1 M HCl wurde typischerweise verwendet, jedoch können andere Mineral- oder organische
Säuren
eine ebenso gute Leistung erbringen.
-
Wenn
ein 1:9 Verhältnis
an Gewebe zu geringem pH (≤ pH
3,5) Lösung
verwendet wird, dann wird die resultierende Protein-Konzentration
ungefähr
16 mg/ml für
Fisch und 22 mg/ml für
Huhn sein. Viskositäten
dieser Lösungen
können
von ungefähr
5 bis 30 mPa·s
variieren, abhängend
von der Proteinkonzentration. Beinahe jedes Muskelgewebe, das untersucht
worden ist unter Verwendung dieser Niedrig-pH (und Ionenstärke-) in
Lösung
bringenden Technik zeigte eine Löslichkeit
der Proteine zwischen 90 und 100%.
-
In
diesem Stadium in dem Prozess, wenn die Mehrzahl der Proteine sich
in Lösung
befindet, können Prozesse,
wie z.B. Erhitzen (um mögliche
Pathogene oder Enzyme zu zerstören),
Zugabe von Additiven (Antioxidantien, Polymerkomponenten oder Proteinvernetzenden
Substanzen) und/oder Fraktionierung der Proteine durch Größenausschluss-Chromatographie
oder Ultrafiltration durchgeführt
werden. Desweiteren kann, da flüssige
Medien viel einfacher zu handhaben sind als Feststoffe, der Transport
des Produkts mit Pumpen zu diesem Zeitpunkt erfolgen.
-
Im
nächsten
Schritt, wobei der pH auf einem Punkt erhöht wird, wo die Proteine weniger
löslich
sind und ausfallen, kann die Durchführung erfolgen unter Verwendung
verschiedener Typen an alkalischen Verbindungen. Der pH wurde erhöht unter
Verwendung von 1 M NaOH für
eine Grobeinstellung und 100 mM NaOH für eine Feineinstellung. Sobald
die Lösung
eingestellt ist, können
die Proteine sichtbar gemacht werden als weiße "Schlieren" in der Lösung. Die Schlieren beginnen
bei einem pH von 3.8 aufzutreten und ihre Konzentration erhöht sich
stetig mit ansteigendem pH. Bei pH-Werten von größer als einem erwünschten
pH, abhängend
von der Quelle des tierischen Gewebes, beginnt die Lösung sich
einzudicken und nimmt eine glänzende Erscheinung
ein. Proben, zentrifugiert bei diesen höheren pHs haben größere Mengen
(bis zu 40%) an Protein, verbleibend im Überstand, und diese werden
folglich nicht zurückgewonnen.
Das Sammeln des Proteins wird realisiert durch Zentrifugation; jedoch
kann das Protein auch erhalten werden durch Filtration. Der feuchte
Gehalt des aussedimentierenden Proteins kann in gewisser Weise gesteuert
werden durch die Zentrifugationskraft. Eine Zentrifugationskraft
von 34.000 × Schwerkraft
erzeugte Protein von Atlantik-Kabeljau-Protein mit 78% Feuchtigkeitsgehalt,
wohingegen eine Kraft von 2575 × Schwerkraft
(eine Tischzentrifuge) eine Probe erzeugte mit einem Feuchtigkeitsgehalt
von 84%. Salz oder geladene Polymere können auch verwendet werden, um
das Ausfällen
zu bewirken.
-
Das
eingesammelte Protein kann hergestellt werden in einem Standard-Surimi-Produkt
durch die Zugabe von Kryoschutzhilfsmitteln, wie z.B. 4% Sucrose,
4% Sorbitol und 0,5% Natriumtripolyphosphat und hinreichend Base,
wie z.B. Natriumkarbonat und/oder Natriumhydroxid, um den gewünschten
pH von ungefähr 5,5
bis ungefähr
7,0 zu erhalten. Die Proteine mit den Kryoschutzhilfsmitteln werden
in einem Tiefkühlschrank eingefroren,
welcher Standard in der Industrie ist.
-
Ein
Proteinpulver mit einem pH von ungefähr 3,0 ist sinnvoll in der
Herstellung von Protein- angereicherten Getränken, wie z.B. in Fruchtsaft
oder Sport-Getränken.
Um den Feuchtigkeitsgehalt zu vermindern, ist es möglich, die
Proteine bei einem pH von 5,5 auszufällen und anschließend auf
pH 3,0 wieder anzusäuern unter
Verwendung von maximal ungefähr
1/10 des ursprünglichen
Volumens. Dieser Schritt wurde durchgeführt unter Verwendung von Atlantik-Kabeljau-Proteinen,
wobei das Protein in Lösung
von 1 % auf 6,1 % vor dem Trocknen erhöht worden ist. Dieses Pulver
kann auch verwendet werden als ein emulgierendes Agens in Produkten,
wie z.B. Mayonnaise oder Salatdressings.
-
Ein
weiteres Produkt wurde erzeugt durch Trocknen, unter Vakuum, des
ausgefällten
Proteins vom Atlantik-Kabeljau, zu welchem Kyoschutzhilfsmittel
hinzugegeben worden waren. Das Pulver wurde hydratisiert, um ein
Gel zu produzieren mit einem Strang von 1,1, einem Zug von 26,6
kPa und einem Weißheitsindex
von 61,2. Visuell enthielt das Gel kleine Partikel an grobem Gewebe,
welches auf Flächen
zurückgehen
kann, wo die Proteine stark miteinander wechselwirkten. Das Einbringen
von niedrig- oder hochmolekulargewichtigen Wirksubstanzen, wie z.B.
negativ geladenen Stärken
oder Zuckern, kann das Produkt verbessern durch Überlagern mit Protein-Protein-Wechselwirkungen.
Diese Verbindungen können
zu der Lösung
bei geringem pH hinzugegeben werden, vor dem Ausfällen.
-
HAUPTSÄCHLICHE UNTERSCHIEDE ZWISCHEN
DEN PROZESSEN
-
1. Gehalt
-
Unter
Verwendung des konventionellen Prozesses finden sich üblicherweise
Proteinrückgewinnungen zwischen
55–65%
unter Verwendung von Fischfleisch als Ausgangsmaterial. Sowohl myofibrillare
als auch sarkoplasmische Proteine werden entfernt während der
Waschschritte, wobei eine große
Mehrzahl der Proteine sarkoplasmisch ist. Ein großer Anteil
dieser Proteine geht im ersten Waschschritt verloren. Der verbesserte konventionelle
Prozess verliert weiteres Protein aufgrund des erhöhten pHs
in dem ersten Waschschritt. Ausbeuten von gerade einmal 31% wurden
berichtet. In dem ASP-Prozess dieser Erfindung werden höhere Rückgewinnungsraten
an Protein erhalten. Typische Proteinrückgewinnungen unter Verwendung
des ASP-Prozesses
sind in Tabelle 1 gezeigt.
-
Tabelle
1 Protein-Rückgewinnungen
aus unterschiedlichen Spezies unter Verwendung des ASP-Prozesses
-
2. Gel-Werte
-
Man
hat im allgemeinen geglaubt, dass ein Strangwert von 1,9 der minimale
Wert ist, der notwendigerweise erhalten werden muss von einem Gel,
damit es als Grad-AA-Gel eingestuft wird. Der Strangwert ist ein
Maß, des
Zusammenhalts oder Elastizität
von dem man glaubt, dass er ein gewünschtes Attribut eines exzellenten
Gels ist. Tabelle 2 berichtet den Strang zusammen mit den Zugwerten
für Beispiele,
erzeugt unter Verwendung des ASP-Prozesses. Zum Vergleich wurde
ein Strangwert von 1,12 erhalten unter Verwendung von Atlantik-Makrel-Surimi,
hergestellt unter Verwendung des konventionellen Prozesses in einem
semi-kommerziellen Maßstab
an der NOAA Missisipi State-University Seafood Pilot Plant in Pascagoula,
MS.
-
Tabelle
2 Rheologische Proben, hergestellt unter Verwendung des ASP-Prozesses
-
-
3. Farbe
-
Surimi
von Atlantik-Dorsch, erzeugt unter Verwendung des ASP-Prozesses
entwickelte sogar weißere Gele
als Surimi mit Atlantik-Dorsch in dem konventionellen Prozess mit
einem "L"-Wert von 82,3, einem "a"-Wert von – 0,11 und einem "b"-Wert von 2,88. Der resultierende Weißheitsindex
für diese
Probe war 82,1. Werte von ungefähr
75 oder höher
werden als exzellent betrachtet.
-
4. Vorteile für die flüssige Form
-
Der
ASP-Prozess reduziert das tierische Muskelgewebe von einer festen
Substanz in eine niedrig viskose Flüssigkeit, wobei substantiell
all die Proteine in Lösung
sind. Unter dem Gesichtspunkt der Verarbeitung stellt dies einen
bedeutenden Vorteil dar. Flüssigkeiten
sind leichter zu handhaben als Feststoffe. Ein Hauptproblem in der
Surimi-Industrie
ist, dass Knochen-, Haut- und Makelstellen das Endprodukt verunreinigen.
Jedoch können
Proteine in Form einer Flüssigkeit
in dem ASP-Prozess zentrifugiert oder filtriert werden, um sicherzustellen,
dass keine Kontamination in das endgültige Produkt gelangt. Die
Verwendung der flüssigen
Proteinlösung
vereinfacht auch die Entfernung von Kontaminanten, wie z.B. Metallfragmenten
aus der Ausrüstung.
Dies ist ein großes
Problem in der Produktion von Nahrung. Die flüssige Phase kann auch in ihrer
Temperatur gesteuert werden bei Operationen, wie z.B. dem Pasteurisieren
zur Entfernung von Pathogenen oder dem raschen Abkühlen. Die
Ausrüstung,
um Flüssigkeiten
zu bewegen ist auch viel billiger als die Ausrüstung, die benötigt wird,
um Feststoffe zu bewegen. Wenn man die Proteine in einer flüssigen Form
vorliegen hat, erleichtert dies auch das Fraktionieren der Proteine,
entweder zum Anreichern oder zum Eliminieren von spezifischen oder
Gruppen von Proteinen. Der ASP-Prozess spart auch Verarbeitungszeit,
da er die Zeit eliminiert, die für
drei oder mehr Waschungen, wie im konventionellen Prozess, benötigt wird
und den Mahlschritt eliminieren kann. Der Schritt des Inlösungbringens
der Proteine nimmt sehr wenig Zeit in Anspruch und kann in einem
Ein-Durchlauf-System realisiert werden.
