DE69906089T2 - Verfahren zur ueberfuehrung von phytat in anorganisches phosphat - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Inosithexaphosphat in anorganisches Phosphat. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren, das zusätzlich zu konventionellen Verfahren verwendet werden kann, die zum Extrahieren von Öl aus Ölsaat verwendet werden können.
  • Inosithexaphosphat [Myoinositol-1,2,3,4,5,6-hexakis(dihydrogenphosphat)] wird in unterschiedlichen Anteilen in allen Pflanzen als Hauptlagerform von Phosphor angetroffen. Zwischen 60 und 80% des gesamten Phosphors bei Pflanzen liegt in Form von Inosithexaphosphat vor. Inosithexaphosphat in Pflanzen wird häufig in Form von Komplexen mit Kationen, wie z.B. Calcium, Magnesium oder Kalium, angetroffen. Die resultierenden Komplexe werden manchmal Phytin genannt. Die Bezeichnung Inosithexaphosphat, wie hier verwendet, umfasst insbesondere solche Phytinkomplexe.
  • Inosithexaphosphat wird von monogastrischen Tieren nur schlecht verdaut: Als Ergebnis davon können monogastrische Tiere, denen eine inosithexaphosphatreiche Diät gefüttert wird, immer noch an Krankheiten leiden, die durch eine Phosphordefizient ausgelöst werden. Dies liegt daran, dass der Inosithexaphosphat-Phosphatanteil nicht bioverfügbar ist und dass der Hauptanteil des diätetischen Inosithexaphosphats, das von einem monogastrischen Tier eingenommen wird, seinen Gastrointestinaltrakt passiert und mit den Fäkalien ausgeschieden wird. Diese Exkretion ist ein besonderes Anliegen in den Bereichen intensiver Tierhaltung, wo exzessive Mengen an phosphorangereichertem Düngemittel für die Umwelt schädigend sein, können.
  • Ein weiteres Problem, das mit der Gegenwart von Inosithexaphosphat in Lebensmitteln-assoziiert ist, ist die Tatsache, dass es mit multivalenten Metallkationen Komplexe bildet. Dies kann die Bioverfügbarkeit solcher Kationen für Tiere und Menschen stören. Dies kann wiederum zu Metalldefizienzstörungen oder nicht-ausreichender Knochenmineralisierung führen, insbesondere im Fall von Vegetariern, älteren Menschen und Kindern.
  • Inosithexaphosphat hat auch den Nachteil einer Inhibition von verschiedenen Enzymen im Gastrointestinaltrakt, einschliesslich Pepsin und Trypsin. Es bildet auch Komplexe mit Proteinen, die ihre Verdauung ver hindern. Aus diesen Gründen ist bei Gegenwart von Inosithexaphosphat in einer Diät tatsächlich die Ernährung kontraproduktiv, da es die Verdaubarkeit der ebenfalls vorliegenden Proteine reduziert.
  • Eine Lösung, die vorgeschlagen wurde, um die obigen Probleme zu lösen, ist die Umwandlung von Inosithexaphosphat in anorganisches Phosphat. Phosphor in anorganischem Phosphat ist für monogastrische Tiere bioverfügbar. Dies vermindert den Phosphorgehalt in Fäkalien, setzt Kationen. frei, die vormalig durch das Inosithexaphosphat komplexiert wurden, unterstützt die Proteinverdauung und verhindert eine Inosithexaphosphatinhibition von Gastrointestinalenzymen. Es ist bekannt, dass die Umwandlung durch Behandlung des Inosithexaphosphats entweder in vitro oder in vivo mit einem Phosphataseenzym, das Phytase genannt wird, bewirkt werden kann. Die Reaktionsprodukte dieser Umwandlung sind Monoinositol und Orthophosphat, wobei das letztere in dieser Beschreibung als anorganisches Phosphat bezeichnet wird.
  • Die in vivo-Umwandlung wird durch Zugabe von Phytase zu Lebensmitteln durchgeführt, die Inosithexaphosphat enthalten. Im Ergebnis sind sowohl das Inosithexaphosphat als auch die Phytase im Gastrointestinaltrakt vorhanden, wo die Phytase zumindest in der Theorie, das Inosithexaphosphat in anorganisches Phosphat umwandeln kann. Es hat sich jedoch erwiesen, dass dies nur teilweise effektiv ist und bestenfalls zu einer Umwandlung von nicht mehr als 55% des Inosithexaphosphat-Phosphors in anorganisches Phosphat führt, und in der Regel in einem sehr viel geringeren Anteil. Diese unvollständige Umwandlung ist im wesentlichen eine Konsequenz der Bedingungen innerhalb des Gastrointestinaltrakts, die sich von denjenigen deutlich unterscheiden, die für die Phytaseaktivität optimal sind. Temperatur, pH, Feuchtigkeit und Mineralgehalt der Verdauungssysteme sind derart, dass die Phytase nur teilweise im Gastrointestinaltrakt während der Zeit effektiv sein kann, die die Nahrungsmittel benötigen, um ihn zu passieren.
  • Die zweite Lösung, bei der inosithexaphosphathaltige Lebensmittel einer in vitro-Hydrolyse mit Phytase unterzogen werden, hat sich als effektiver als die in vivo-Umwandlung, die oben beschrieben wurde, erwiesen. Dies liegt daran, dass die Bedingungen für die in vitro-Reaktion so eingestellt werden können, dass die Phytase ihre optimale Aktivität erreicht. EP-A-0 380 343 beschreibt ein Beispiel eines solchen Verfahrens, bei dem Inosithexaphosphat, das in Sojaproteinisolaten vorliegt, zu anorganischem Phosphat umgewandelt wird. Diese Umwandlung wird in wässriger Lösung unter Verwendung einer bakteriellen Phytase mit einem pH von 2 bis 6 und einer Temperatur von 20 bis 60°C durchgeführt.
  • Es wurde jedoch festgestellt, dass selbst solche Behandlungen immer noch unzureichend sind. Zunächst musste die Aufschlämmung, die sich aus diesen Behandlungen ergibt, getrocknet werden, indem erhebliche Mengen Wasser ausgetrieben wurde, die konventionell enthalten sind. Obwohl ein solches Trocknen ein relativ einfacher Verfahrensschritt ist, ist es trotzdem relativ teuer, ihn durchzuführen, und zwar aufgrund der Menge des Wassers, die konventionell verwendet wurde. Eine solche Menge ist erstens notwendig, um die wässrige Umgebung bereitzustellen, die die Phytase benötigt, um katalytisch aktiv zu werden, und zweitens, um das Vermischen der, Aufschlämmung zu erleichtern, die andererseits eine relativ viskose Masse bilden würde. Als Konsequenz dieses Trocknungsproblems haben solche in vitro-Verfahren nur einen begrenzten kommerziellen Erfolg. Das zweite Problem, das festgestellt wurde, ist, dass die Umwandlung des Inosithexaphosphats zu anorganischem Phosphat bei diesen in vitro-Verfahren immer noch nicht komplett ist, ausser es werden extrem hohe Konzentrationen der (relativ teuren) Phytase verwendet. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben festgestellt, dass dies daran liegt, dass das Inosithexaphosphat in zwei Formen existiert: Eine phytaseempfängliche Form und eine mineralisch gebundene, phytaseresistente Form. Es wurde festgestellt, dass die phytaseresistente Form ein Inosithexaphosphat in Form eines Komplexes mit alkalischen Erdalkalimetallkationen, wie z.B. Mg2+ und Ca2+, ist.
  • Dementsprechend ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kommerziell anwendbares Verfahren für die in vitro-Umwandlung von Inosithexaphosphat in einem Lebensmittel zu anorganischem Phosphat bereitzustellen. Es ist eine zweite Aufgabe, ein solches kommerziell nutzbares Verfahren bereitzustellen, wobei etwa 50 mol-% oder mehr des Inosithexaphosphats zu anorganischem Phosphat umgewandelt werden. Es ist eine dritte Aufgabe, ein solches Verfahren als Zusatz zu einem konventionellen Verfahren zum Extrahieren von Öl aus Ölsaat bereitzustellen, um als Nebenprodukt eine Malzeit bereitzustellen, die mit anorganischem Phosphat angereichert ist und die geeignet ist zum Einschluss in Tierfutter oder zur allgemeinen Lebensmittelverwendung.
  • Gemäss einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Umwandlung von Inosithexaphosphat in einem Lebensmittel zu anorganischem Phosphat bereit, umfassend die Schritte von: (i) mechanisches Mischen einer Aufschlämmung umfassend: (a) 100 Gew.-Teile eines inosithexa phosphathaltigen Lebensmittels, (b) 60 bis 1.000 Gew.-Teile einer Lösungsmittelmischung, die Wasser und ein mit Wasser nicht mischbares organisches Lösungsmittel, mit einem Siedepunkt von 20 bis 100°C umfasst, wobei das mit Wasser nicht mischbare organische Lösungsmittel 20 bis 85 Gew.% der Lösungsmittelmischung bildet, und (c) eine Phytase; und (ii) Trocknen des Lebensmittels, um das organische Lösungsmittel zu entfernen.
  • Vorzugsweise umfasst die Aufschlämmung in dem obigen Verfahren 150 bis 750 Gew.-Teile der Lösungsmittelmischung, noch bevorzugter 250 bis 600 Gew.-Teile, und besonders bevorzugt 325 bis 475 Gew.-Teile.
  • Mit dem obigen Verfahren ist es möglich, das in einem Lebensmittel vorliegende Inosithexaphosphat zu anorganischem Phosphat umzuwandeln, und zwar bei reduzierten Kosten im Vergleich mit den früher erhältlichen in vitro-Verfahren, und mit hohem Ertrag. Di Phytase benötigt die gleichzeitige Anwesenheit einer signifikanten Menge an Lösungsmittel, um die Umwandlung von Inosithexaphosphat zu anorganischem Phosphat effektiv zu katalysieren. Während im Stand der Technik immer angenommen wurde, dass dieses Lösungsmittel ausschliesslich Wasser sein sollte, haben die Erfinder dieser Anmeldung überraschend festgestellt, dass ein wesentlicher Anteil dieses Wassers durch ein nicht-mischbares organisches Lösungsmittel ersetzt werden kann, ohne die Fähigkeit der Phytase zur Katalyse der Umwandlung von Inosithexaphosphat zu anorganischem Phosphat signifikant zu beeinflussen. Die Verwendung eines Lösungsmittelsystems, das 20 bis 85 Gew.%, noch bevorzugter 40 bis 75 Gew.% und besonders bevorzugt 50 bis 70 Gew.% des mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittels enthält, ist in der Lage, die Phytaseaktivität zu unterstützen, währendes gleichzeitig den Vorteil hat, dass das Trocknen der Aufschlämmung, folgend auf die phytasekatalysierte Umwandlung, auf einen akzeptablen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 2,0 Gew. deutlich billiger ist als das Trocknen einer vergleichbaren Aufschlämmung, bei der das Lösungsmittel vollständig aus Wasser gebildet wird. Dies liegt daran, dass die in der vorliegenden Erfindung verwendete Lösungsmittelmischung die Eingabe von weniger Energie benötigt, um sie aus der Aufschlämmung zu verdampfen.
  • Die Aufschlämmung, die mechanisch vermischt wird, umfasst weiterhin vorzugsweise einen Chelatbildner für Erdalkalimetallkationen. Ein solcher Chelatbildner, kompetiert mit dem Inosithexaphosphat um die Bindung anorganischer Kationen, insbesondere Erdalkalimetallkationen, z.B. Ca2+ und Mg2+. Diese Bindung anorganischer Kationen durch einen Chelatbildner hat das Ergebnis einer Umwandlung von phytaseresistentem Inosithexaphosphat zu phytaseempfänglichem Inosithexaphosphat, das dann wiederum zu anorganischem Phosphat durch die ebenfalls vorliegende Phytase umgewandelt werden kann.
  • Die Lebensmittel, die gemäss der vorliegenden Erfindung verarbeitet werden können, können alle inosithexaphosphathaltigen Lebensmittel sein. Solche Lebensmittel sind in der Regel solche, die von Pflanzen abgeleitet werden. Gemäss einem besonders bevorzugten Aspekt der Erfindung ist das Lebensmittel eines, das erhalten wird, indem zerkleinerte Ölsaat mit einem organischen Lösungsmittel zur Extraktion des Öls aus der Ölsaat vermischt wird, und dann Abtrennung der zerkleinerten Ölsaat, versetzt mit dem Lösungsmittel aus dem ölhaltigen Lösungsmittel. Dies sind typische Schritte, die zur Extraktion von Öl verwendet werden, z.B. aus Sojabohnen, Sonnenblumensaat, Rapssaat, Canolasaat, Reis, Reisöl, Mais, Baumwollsaat, Erdnüssen, Safflorsaat, Kokosnuss, Palmkernen, Walnüssen oder Haselnüssen, oder jedem verarbeiteten Derivat davon, wie z.B. von Fett befreiten Sojabohnen. Andere Quellen für Inosithexaphosphat, die verarbeitet werden können, beinhalten Getreidekörner, wie z.B. Weizen, Gerste, Triticale, Roggen, Sorghum oder Hafer.
  • Wenn Öl aus der oben erwähnten Saat extrahiert wird, werden 10 bis 80 Gew.% (noch bevorzugter 35 bis 60 Gew.%) zerkleinerter Ölsaat mit 90 bis 20 Gew.% (noch bevorzugter 65 bis 40 Gew.%) des organischen Lösungsmittels vermischt, wobei es sich typischerweise um n-Hexan handelt, obwohl jedes andere, mit Wasser nicht mischbare organische Lösungsmittel verwendet werden kann, das einen Siedepunkt von 20 bis 100°C aufweist. Nach kräftigem Vermischen wandert das Öl aus der zerkleinerten Ölsaat in das Hexan, worauffolgend das mit Öl angereicherte Hexan von der zerkleinerten Ölsaat getrennt wird, auf der ein Rest des Hexan-Lösungsmittels verbleibt. Die mit Lösungsmittel versetzte zerkleinerte Ölsaat umfasst typischerweise 15 bis 65 Gew.% des Lösungsmittels und 85 bis 35 Gew.% der zerkleinerten Ölsaat, noch bevorzugter 25 bis 50 Gew.% des Lösungsmittels, und 75 bis 50 Gew.% der zerkleinerten Ölsaat und noch bevorzugter 35 bis 45 Gew.% des Lösungsmittels, und 65 bis 55 Gew.% der zerkleinerten Ölsaat. Die mit Lösungsmittel versetzte, zerkleinerte Ölsaat wird auf diesem technischen Gebiet manchmal als Extraktionsrückstand oder weisse Flocken bezeichnet.
  • Bei einem typischen Verfahren gemäss dem Stand der Technik zur Extraktion von Öl aus Ölsaat wird die mit Lösungsmittel versetzte zerkleinerte Ölsaat auf dieser Stufe getrocknet, um alle Spuren des organischen Lösungsmittels zu entfernen. Dies ist bei der vorliegenden Erfindung nicht der Fall, wobei diese mit Lösungsmittel versetzte, zerkleinerte Ölsaat dann behandelt wird, um das vorliegende Inosithexaphosphat in anorganisches Phosphat umzuwandeln. Insbesondere werden 100 Gew.-Teile (ausschliesslich des Lösungsmittels) der zerkleinerten Ölsaat, versetzt mit dem organischen Lösungsmittel, zur Bildung einer Aufschlämmung mit 10 bis 10.000 Einheiten Phytase pro Kilogramm der zerkleinerten Ölsaat, 30 bis 350 Gew.-Teile (noch bevorzugter 100 bis 250 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 120 bis 180 Gew.-Teile) Wasser und optional zusätzliches, mit Wasser nicht mischbares organisches Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von 20 bis 100°C, wobei es sich um dasselbe oder ein anderes als das organische Lösungsmittel, das in dem Ölextraktionsschritt verwendet wird, handeln kann, vermischt, sodass die Gesamtmenge des, organischen Lösungsmittels 30 bis 850 Gew.-Teile (noch bevorzugter 125 bis 500 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 200 bis 300 Gew.-Teile) beträgt. Diese Aufschlämmung wird einem mechanischen Vermischen unterzogen, z.B. in einem Hobbart-Mischer, während dessen die Phytase das in der zerkleinerten Ölsaat vorliegende Inosithexaphosphat in anorganisches Phosphat umwandelt.
  • Die obige Aufschlämmung kann weiterhin 0,05 bis 10 Gew.-Teile des Chelatbildners beinhalten. Wie vorher erwähnt, kompetiert dieses Mittel mit, dem Inosithexaphosphat um die Bindung anorganischer Kationen, um ein phytaseresistentes Inosithexaphosphat in ein phytaseempfängliches Inosithexaphosphat umzuwandeln. Der Chelatbildner ist jedes Material, das Erdalkalimetallkationen chelatisieren kann. Typisch für einen solchen Chelatbildner sind Bi-, Tri- oder Tetracarbonsäuren, wie z.B Ascorbinsäure, Phthalsäure, Zitronensäure oder EDTA.
  • Noch bevorzugter werden in diesem Schritt 100 Gew.-Teile (ausschliesslich dem Lösungsmittel) der Ölsaat mit 0,5 bis 5 Gew.-Teilen des Chelatbildners und 100 bis 1.000 Einheiten Phytase pro Kilogramm zerkleinerter Ölsaat vermischt.
  • Die Aufschlämmung wird vorzugsweise in der Mischvorrichtung umge setzt, wo das Inosithexaphosphat in anorganisches Phosphat durch die katalytische Aktion der Phytase umgewandelt wird, und zwar für 5 Minuten bis 2 Stunden, noch bevorzugter 15 bis 90 Minuten und besonders bevorzugt 30 bis 75 Minuten, bei einer Temperatur von vorzugsweise 10 bis 70°C, noch bevorzugter 20 bis 65°C und besonders bevorzugt 40 bis 60°C. Der pH der Aufschlämmung beträgt vorzugsweise 2 bis 8, noch bevorzugter 3 bis 6 und besonders bevorzugt 4,5 bis 5,5. Der Säuregehalt der Aufschlämmung kann an der Gegenwart des sauren Chelatbildners liegen, obwohl eine Mineralsäure, wie z.B. HCl oder H3PO4 alternativ oder zusätzlich enthalten sein kann, um den pH der Aufschlämmung auf das Optimum für die Phytaseaktivität einzustellen.
  • Jedes mit Wasser nicht mischbare organische Lösungsmittel kann ver wendet werden, vorausgesetzt, dass es einen Siedepunkt von 20 bis 100°C aufweist. Lösungsmittel mit höherem Siedepunkt werden nicht bevorzugt, da sie aus der Aufschlämmung nicht einfach verdampft oder abgekocht werden können. Natürlich muss das gewählte organische Lösungsmittel einen Siedepunkt oberhalb der Temperatur aufweisen, bei der die Inosithexaphosphat-Umwandlung zu anorganischem Phosphat durchgeführt wird. Typische organische Lösungsmittel mit dem gewünschten Siedepunkt sind aliphatische Lösungsmittel mit mindestens 5 Kohlenstoffatomen, und bevorzugte Lösungsmittel sind Pentan, Hexan und Heptan, Strukturisomere davon und Isooctan.
  • Gemäss einem bevorzugten Aspekt der Erfindung umfasst die Aufschlämmung weiterhin ein oder mehr Getreidekörner, Getreidemehl, Fett, Vitamine, Aminosäuren oder ein oder mehr Enzyme. Getreidekörner und Getreidemehl enthalten Inosithexaphosphat und dieses wird auch in vorteilhafter Weise in anorganisches Phosphat während der Behandlung mit Phytase umgewandelt. Die Gegenwart von ein oder mehr Enzymen, wie z.B. einer Protease, einer Carboxypeptidase, einer Cellulase, einer Xylanase, einer ß-D-Mannosidase, einer Amylase, einer ?-Galactosidase, einer Pectinase, einer ß-Glucanase oder einer Esterase, wird auch bevorzugt. Dies liegt daran, dass solche Enzyme dabei helfen können, das Inosithexaphosphat aus dem Pflanzenkörper freizusetzen, wodurch es für die Wirkung der Phytase besser empfänglich ist und/ oder sie wirken auf die anderen Lebensmittelbestandteile derart, dass ihre Verdaubarkeit verbessert wird.
  • In einem folgenden Schritt wird das Lebensmittel getrocknet, um mindestens das organische Lösungsmittel und vorzugsweise mindestens einen Teil des wässrigen Lösungsmittels zu entfernen. Dies kann durch Befreiung von dem Lösungsmittel des Lebensmittels z.B. durch Erwärmen oder Sprühtrocknen durchgeführt werden. Das resultierende getrocknete Produkt weist vorzugsweise einen Gehalt an anorganischem Lösungsmittel von weniger als 0,1 Gew.%, noch bevorzugter weniger als 0,04 Gew.%, und einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 20 Gew.% und noch bevorzugter weniger als 15 Gew.% auf.
  • Das resultierende; mit anorganischem Phosphat angereicherte Lebensmittel kann dann zu einem Lebensmittel für Tiere oder für Menschen verarbeitet werden, indem es mit einem oder mehreren zusätzlichen Ernährungsmaterialien, je nach Bedarf, vermischt wird.
  • Das resultierende, mit anorganischem Phosphat angereicherte Lebensmittel ist für Menschen und alle Arten von Produktionstieren im Vergleich mit dem Ausgangslebensmittel von deutlich höherem Wert. Insbesondere kann das resultierende, mit Phosphat angereicherte Lebensmittel in die Diät von Produktionstieren, wie z.B. Hühnern, Truthähnen, Schweinen, Rindern, Fischen und Schafen, eingebaut werden. Da die resultierenden Lebensmittel einen relativ geringen oder vernachlässigbaren Gehalt an Inosithexaphosphat aufweisen, haben sie auch den Vorteil, dass sie die Mineral- und Protein-Bioverfügbarkeit in einem Lebensmittel oder Futterstoff, in dem sie enthalten sind, verbessern. Insbesondere die Kationen, die an dem Chelatbildner komplexiert sind, werden bioverfügbar sein, da die resultierenden Salze wasserlöslich sind. Ebenfalls wird sich die Bioverfügbarkeit der Proteine in dem Lebensmittel verbessern, da das Inosithexaphosphat nicht länger zur Verfügung steht, um sie in Protein-Inosithexaphosphat-Komplexen einzufangen.
  • Die Phytase, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wird von verschiedenen Mikroorganismen erzeugt, wie z.B. Aspergillus spp., Rhizopus spp. und bestimmten Hefen. Phytase wird auch von verschiedenen Pflanzensamen erzeugt, z.B. Weizen, während der Keimbildung. Bevorzugte Phytasen beinhalten Natuphos®, erhältlich von BASF Deutschland, Phytase Novo, erhältlich von Novo Nordisk, und Finase®S, erhältlich von Alko Ltd.
  • Die benötigte Menge an Phytase hängt von der verwendeten Präparation, dem Inosithexaphosphatgehalt des Lebensmittels und den Reaktionsbedingungen ab. Die geeignete Dosierung kann von einem Fachmann einfach bestimmt werden. Die Phytaseaktivität kann bestimmt werden, indem 1% Natriuminosithexaphosphat als Substrat (erhältlich von Sigma St. Louis, Missouri) verwendet wird: Die Enzymreaktion wird bei einem pH von 5,5 und einer Temperatur von 40°C durchgeführt. Die Phytase setzt Phosphatgruppen aus dem Inosithexaphosphat frei. Die Bestimmung des freigesetzten anorganischen Phosphors basiert auf der Farbe, die durch Reduktion eines Phosphomolybdat-Komplexes gebildet wird.
  • Die gleichzeitige Gegenwart des organischen Lösungsmittels mit dem Wasser hat zusätzlich zur Erleichterung des Trocknens der Aufschlämmung den weiteren Vorteil, dass die Gesamtviskosität der Aufschlämmung deutlich reduziert wird. Es wurde festgestellt', dass in Abwesenheit des organischen Lösungsmittels, die wasserlöslichen Proteine, die in dem Lebensmittel vorliegen, dazu führen können, dass die Aufschlämmung so viskos wird, dass die notwendige mechanische Vermischung wesentlich behindert wird, ohne dass ein deutlicher Überschuss an Wasser zugegeben wird.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun im weiteren Detail durch das folgende Beispiel beschrieben. Dieses illustriert, wie das Verfahren der Erfindung in ein typisches Verfahren eingebaut werden kann, das verwendet wird, um Öl aus Rapssaat zu extrahieren. Es sollte festgehalten werden, dass dieses Beispiel den Umfang der vorliegenden Erfindung in keiner Weise begrenzen soll.
  • BEISPIEL – Rapssaatverarbeitung
  • Rapssaat enthält kleine Ölkörper in den Zellen und wird kommerziell im wesentlichen gezüchtet, um dieses Öl zu ergeben. Geerntete Rapssaat wurde gesäubert, getrocknet und auf bekannte Weise vorbehandelt. Die Rapssaat wurde dann durch Walzen zum Aufbrechen der Hülsen abgeblättert. Dies wurde durchgeführt, indem die Rapssaat durch den Walzenspalt eines Paares von glatten Walzen geführt wurde, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehten. Die Wirkung dieser Walzen scherte die Saat zu Flocken, während einige der Ölzellen aufgebrochen wurden.
  • Die Flocken wurden dann einer Thermalbehandlung bei etwa 80°C für etwa 1 Stunde unterzogen, was die verbliebenen Ölzellen aufbrach. Dieser Schritt unterstützte auch die Verbesserung der Proteinverfügbarkeit in der resultierenden Mahlzeit. Die konditionierten Flocken, die etwa 42 Gew.% Öl und etwa 8 Gew.% Feuchtigkeit enthielten, wurden dann durch einer Reihe von kontinuierlichen Niedrigdruck-Schraubenpressen geführt, wo sie einen leichten Druck erfuhren. Auf dieser Stufe wurde etwa die Hälfte des erhältlichen Rapsöls aus der Rapssaat extrahiert.
  • Der Kuchen, der aus den Schraubenpressen ausgegeben wurde, wurde dann in einen Rotocell-Lösungsmittelextraktor überführt, wo das Canolaöl mit kommerziellem n-Hexan extrahiert wurde. Der Kuchen wurde in die Lösungsmittel-Extraktionsvorrichtung durch eine Dampfversiegelungseinheit eingeführt, wo er in einem Korb abgelegt wurde. n-Hexan wurde durch die Schwerkraft durch das Kuchenbett gefiltert, so dass es in die Kuchenfragmente eindiffundierte und diese sättigte. Das Rapsöl wanderte in das organische Lösungsmittel und das ölhaltige Lösungsmittel floss dann durch den Kuchenträgerschirm am Boden des Korbs zur Abtrennung.
  • Der Dampfdruck des n-Hexans begrenzt die praktische Betriebstemperatur der Lösungsmittel-Extraktionsvorrichtung auf etwa 55°C. Eine höhere Temperatur erhöht die Menge des Lösungsmitteldampfs, der wiedergewonnen werden muss, in ungeeigneter Menge. Weiterhin tritt eine Dampfphase an der Grenzfläche zwischen den Kuchenfragmenten und dem Lösungsmittel auf; die die Flüssigkeitsdiffusion effektiv blockiert, wenn sich die Kuchentemperatur beim oder nahe dem Siedepunkt des Lösungsmittels befindet. Auf diesem Weg ergab die Extraktionsvorrichtung eine im wesentlichen flüssige Phase, enthaltend Canolaöl und n-Hexan und eine "feste" Phase von mit Öl extrahierter Rapssaat, versetzt mit n-Hexan.
  • Bei der konventionellen Rapssaatverarbeitung würde die mit n-Hexan versetzten Rapssaat im nächsten Schritt vom Lösungsmittel befreit werden. In Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wurde die Rapssaat jedoch dann einer Phytasebehandlung zur Umwandlung von Inosithexaphosphat innerhalb der Saat in anorganisches Phosphat unterzogen.
  • 1 kg der zerkleinerten, mit Öl extrahierten Rapssaat, enthaltend 0,38 mol Gesamtphosphät in Form von Inosithexaphosphat, versetzt mit 0.,3 2 n-Hexan, wurden zu einer Aufschlämmung mit 750 Einheiten Natuphos®, einer Phytase, die von BASF Deutschland erhalten wurde, 1 l Wasser und 1,1 l zusätzlichem n-Hexan umgewandelt. Die in der ölextrahierten Rapssaat vorliegende Menge Inosithexaphosphat kann gemäss dem Verfahren von Tangkongchitr et al., beschrieben in Cereal Chem. 58, Seiten 226-228, überprüft werden. Die resultierende Aufachlämmung wurde dann in einem Plexiglasgefäss versiegelt, das bei 50°C durch Inkubation in einem Wasserbad gehalten wurde und das für 1 Stunde unter Verwendung eines Teighaken-Mischsystems kontinuierlich vermischt wurde. Beim Abschluss dieser Inkubationszeitspanne enthielt die resultierende Mahlzeit (Probe 1) 0,17 mol anorganisches Phosphat, äquivalent zu einer Umwandlung von 45 mol-% des Ausgangs-Inosithexaphosphats. Verschiedene Verfahren sind bekannt, um anorganisches Phosphat zu überprüfen, wie z.B. das Pons und Guthrie-Verfahren (Ind. Eng. Chem. Anal., Aufl. 1B, Seiten 184-186). Zum Vergleich wurde eine identische Behandlung an 1 kg zerkleinerter Rapssaat durchgeführt, ausser dass die Phytase weggelassen wurde. Die resultierende Mahlzeit (Probe 2) enthielt nur 0,019 mol anorganisches Phosphat; äquivalent zu einer Umwandlungsrate von nur 5 mol-%, basierend auf dem Ausgangs-Inosithexaphosphatgehalt der mit Öl extrahierten Rapssaat.
  • Eine weitere 1 kg-Charge zerkleinerter Rapssaat wurde gemäss Probe 1 behandelt, ausser dass Zitronensäure der Aufschlämmung als Chelatbildner zugefügt wurde, um eine Endkonzentration von 0,5 Gew.% Zitronensäure in der Aufschlämmung zu ergeben. Die Zitronensäure reduzierte den pH der Mischung auf 5,0. Diese Behandlung resultierte in einer Mahlzeit (Probe 3), enthaltend 0,32 mol anorganisches Phosphat, äquivalent zu einer Umwandlung von 85 mol-% des Ausgangs-Inosithexaphosphats. Probe 3 zeigte die Vorteile der kombinierten Behandlung mit sowohl dem organischen Lösungsmittel als auch dem Chelatbildner. Ähnlich hohe Werte einer Inosithexaphosphat-Umwandlung können durch Verwendung von alternativen Chelatbildnern, wie z.B. EDTA oder Phthaisäure, erreicht werden.
  • Die resultierenden, mit anorganischem Phosphat angereicherten Mahlzeiten der Proben T bis 3 wurden dann einer lösungsmittelentziehenden Röstbehandlung unterzogen. Der Lösungsmittelentzug entfernt das n-Hexan für das Recyceln zum Ölextraktionsschritt durch Verdampfen aus der Mahlzeit zusammen mit einem Anteil des Wassers. Die resultierende getrocknete Mahlzeit kann dann direkt als Nahrungsmittelzusatzstoff für Tierfutter oder für menschliche Lebensmittel mit hohem Proteingehalt und hohem anorganischen Phosphatgehalt verwendet werden.

Claims (15)

  1. Verfahren für die Umwandlung von Inosithexaphosphat in einem Lebensmittel zu anorganischem Phosphat, umfassend die folgenden Schritte: (i) mechanisches Mischen einer Aufschlämmung, umfassend: (a) 100 Gew.-Teile eines inosithexaphosphathaltigen Lebensmittels, (b) 60 bis 1.000 Gew.-Teile einer Lösungsmittelmischung, die Wasser und ein mit Wasser nicht mischbares organisches Lösungsmittel umfasst, mit einem Siedepunkt von 20 bis 100°C, wobei das mit Wasser nicht mischbare organische Lösungsmittel 20 bis 85 Gew.% der Lösungsmittelmischung bildet, und (c) eine Phytase; und (ii) Trocknen des Lebensmittels, um das organische Lösungsmittel zu entfernen.
  2. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei das mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel 40 bis 75 Gew.% der Lösungsmittelmischung bildet.
  3. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, wobei die Aufschlämmung weiterhin einen Chelatbildner für Erdalkalimetallkationen umfasst.
  4. Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das inosithexaphosphathaltige Lebensmittel zum Einschluss in die Aufschlämmung erhalten wird durch Vermischung von zerkleinerten Ölsaat mit dem nicht-mischbaren organischen Lösungsmittel, um Öl aus der Ölsaat zu extrahieren, und Abtrennung der zerkleinerten Ölsaat, versetzt mit dem Lösungsmittel aus dem ölhaltigen Lösungsmittel.
  5. Verfahren gemäss Anspruch 4, wobei 10 bis 80 Gew.% der zerkleinerten Ölsaat mit 90 bis 20 Gew.% des organischen Lösungsmittels vermischt werden.
  6. Verfahren gemäss Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die mit Lösungsmittel versetzte, zerkleinerte Ölsaat 15 bis 65 Gew.% des Lösungsmittels und 85 bis 35 Gew.% der zerkleinerten Ölsaat umfasst.
  7. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Aufschlämmung gebildet wird durch Vermischen von: 100 Gew.-Teilen (ausschliesslich mitvorliegendem Lösungsmittel) von zerkleinerter Ölsaat, versetzt mit dem Lösungsmittel; 10 bis 10.000 Einheiten Phytase pro kg zerkleinerter Ölsaat; 30 bis 350 Gew.-Teilen Wasser und gegebenenfalls zusätzlichem organischen Lösungsmittel, so dass die Gesamtmenge des organischen Lösungsmittels in der Aufschlämmung 30 bis 850 Gew.-Teile beträgt.
  8. Verfahren gemäss Anspruch 7, wobei die Aufschlämmung weiterhin 0,05 bis 10 Gew.-Teile eines Chelatbildners für Erdalkalimetallkationen umfasst.
  9. verfahren gemäss Anspruch 3 oder 8, wobei der Chelatbildner Ascorbinsäure; Phthalsäure, Zitronensäure oder EDTA ist.
  10. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Ölsaat Sojabohnen, Sonnenblumensamen, Rapssamen, Canolasamen, Reis,, Reiskleie, Mais, Baumwollsamen, Erdnüsse, Safflowersamen, Kokosnuss, Palmkerne, Walnüsse oder Haselnüsse ist.
  11. Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Mischschritt (i) in einem Mischer für 5 Minuten bis 2 Stunden bei einer Temperatur von 10 bis 70°C und einem pH von 2,0 bis 8,0 durchgeführt wird.
  12. Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche; wobei das organische Lösungsmittel Pentan, Hexan oder Heptan ist.
  13. Verfahren gemass einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die. Aufschlämmung weiterhin ein oder mehr Getreidekörner, Getreidemehl, Fette, Vitamine, Aminosäuren oder ein oder mehrere Enzyme umfasst.
  14. Verfahren gemäss Anspruch 13, wobei die ein oder mehreren Enzyme ausgewählt sind aus einer Protease, einer Carboxypeptidase; einer Cellulase, einer Xylanase, einer (β-D-Mannoxidase, einer Amylase, einer α-Galactosidase, einer Pectinase, einer β-Glucanase und einer Esterase.
  15. Verfahren zur Erzeugung eines Tierfutters oder eines menschlichen Lebensmittels, umfassend die Schritte der Umwandlung von Inosithexaphosphat in einem Lebensmittel zu anorganischem Phosphat gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, und Vermischen des resultierenden anorganischen Phosphatangereicherten Lebensmittels mit einem oder mehreren zusätzlichen Nahrungsmittelprodukten.
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