DK143994B - Ekstruderingsmaskine til teksturering af proteinholdigt koederstatningsmateriale isaer sojaprotein - Google Patents

Description

(19) DANMARK (w) , \Ra/

® (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT (in 11+3994 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OQ VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 2465/75 (51) |nt.CI.3 A 23 J 3/00 (22) Indleveringsdag 30 · jul · 1 975 (24) Løbedag 20. Jul. 1975 (41) Aim. tilgængelig 3· feb. 197$ (44) Fremlagt 1 $· nov. 1 981 (86) International ansøgning nr. " (86) International indleveringsdag -(85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. ”

(30) Prioritet 2. aug. 1974, 4g4099, tJS

(71) Ansøger CENTRAL SOYA COMPANY INC., Port Wayne, US.

(72) Opfinder Gabor Puski, US: Arthur Harold Konwlnski, US* (74) Fuldmægtig Th. Ostenfeld Patentbureau A/S.

(54) Ekstruderingsmaskine til teksture® ring af proteinholdigt køderstat® ningsmateriale, især sojaprotein.

Den foreliggende opfindelse angår en ekstruderingsmaskine til teksturering af proteinholdigt køderstatningsmateriale, især sojaprotein.

I løbet af de sidste ti år har man arbejdet meget på at fremstille køderstatningsprodukter af vegetabilsk protein, idet man fortrinsvis har anvendt sojaprotein som udgangsmateriale. Tidlige forsøg har været rettet mod at udvikle køderstatningsprodukter af spundne sojaproteinfibre. Nyere forsøg har været rettet mod udvikling af en 03 mere økonomisk vej til køderstatningsprodukter ved ekstrudering af ΟΊ proteinholdigt materiale, især affedtet sojamel. Dette arbejde beskri- ^ ves f.eks. i USA-patentskrift nr. 3.488.770, ifølge hvilket man frem- -3" stiller et ekstruderet produkt af affedtet sojamel, som har en plexi- lamellar struktur med åbne celler. Selvom dette produkt, som nu er i handelen som erstatningsprodukt for kød, indeholder det nødvendige

O

2 143996 næringsprotein, karakteriseres det af en utilfredsstillende, moset tekstur, især i varmebehandlede kødvarer, og fremfor alt i konserverede kødvarer.

I et forsøg på at forbedre teksturen af køderstatningsprodukter er ifølge svensk fremlæggelsesskrift nr. 377.272 foreslået en fremgangsmåde og et apparat, hvor et partikelformigt proteinmateriale ledes gennem en langstrakt cylinder, hvis afgangsåbning kan varieres, således at åbningen øges, når trykket i cylinderen stiger, mens åbningens størrelse mindskes, når trykket i cylinderen falder.

Den foreliggende opfindelse bygger på en anden teknik, nemlig en modifikation af en ekstruderingsmaskine af den kendte type, som omfatter en cylinder med en roterbart lejret skrue. Ifølge opfindelsen gives cylinderen og skruen en særlig konfiguration, hvorved det har vist sig muligt at opnå en tekstur af lange proteinfibre, som i væsentligt højere grad ligner strukturen i kød, end det hidtil har været muligt med ekstruderede proteinholdige køderstatningsmaterialer.

Den foreliggende opfindelse angår således en ekstruderingsmaskine til teksturering af proteinholdigt køderstatningsmateriale, især sojaprotein, og omfattende en cylinder indrettet med et mundstykke i den ene ende og en tilførselsåbning i den modsatte ende samt en i cylinderen roterbart lejret skrue til fremføring af materialet fra tilførselsåbningen mod mundstykket, hvilken maskine er ejendommelig ved, at skruen er forsynet med en damplås anbragt i nærheden af, men adskilt fra mundstykket, at både skruen og cylinderen konvergerer i retning fra damplåsen mod mundstykket til dannelse af en konisk sektion, at skruegangen på skruen i den koniske sektion er forsynet med indskæringer, og at cylinderen mellem den koniske sektion og mundstykket danner en cylindrisk sektion med et forhold mellem o tværsnitsareal og længde på mindre end ca. 25,4 cm pr. cm.

Opfindelsen vil nu blive beskrevet nærmere under henvisning til tegningen, hvor figur 1 skematisk, delvis i snit, viser en del af en ekstruderingsmaskine ifølge opfindelsen, med tilhørende diagrammer over temperatur- og trykprofiler, figur 2 et mikrofotograf! i ca. 250 gange forstørrelse af teksturen (ikke gennemskæring) i et sojamelprodukt fremstillet ved hjælp af maskinen ifølge opfindelsen, og figur 3 et på tilsvarende måde forstørret mikrofotografi af en del af affedtet sojamel, som er fremstillet efter den i USA-patent- 3 143994 skrift nr. 3.488.770 beskrevne fremgangsmåde.

Ved en praktisk udførelse af opfindelsen foretages på en Wenger X-25 ekstruderingsmaskine følgende modifikationer af formen på ekstruderingsskruen i den sektion, som sidder foran mundstykket, gennem hvilket den protelnholdige masse presses ud ved drejning af skruen mellem ekstruderingscylinderens begrænsende ydre. Under henvisning til figur 1 øgedes diameteren foran damplåsen eller barrieren 12, som er beliggende mellem den koniske skrue 13 og den umiddelbart foranliggende skruesektion 11. Herved begrænses tværsnitarealet mellem indersiden af ekstruderingscylinderen 10 og damplåsen 12. Samtidig begrænses flowet af det materiale, som ekstruderes i zone 1, hvorved man opnår højere tryk og forskydning. Endvidere fjernedes dele af skruegangen ved indskæringer i den sidste skruesektion, dvs. den koniske sektion 13. Dette bevirker en sænkning i flow-hastigheden af materialet i denne sektion (zone 2) af ekstruderingsanordningen og muliggør således en større forskydning eller bearbejdning af den proteinholdige masse, som føres igennem ekstruderingsmaskinen. Denne modifikation udgør også det første led i den generelle trinvise formindskelse af trykket i ekstruderingscylinderen. Eftersom det tværsnitsareal, som er tilgængeligt for materiale-flow, øges ved en sådan indskæring, sker der en formindskelse af trykket og en efterfølgende meget begrænset ekspansion af det materiale, som bearbejdes. For det tredie indsattes et forlænget rum 14 mellem enden af den koniske skrue 13 og den tilgrænsende side af mundstykket 15. Det bør bemærkes, at der ikke findes nogen skrue i denne sektion (zone 3) i ekstruderingscylinderen. Dette muliggør et laminært materiale-flow og orientering af fibrene i de proteinholdige masser i flow-retningen. Dette spiller en vigtig rolle for opnåelse af den relativt kompakte fibrøse struktur hos det ekstruderede proteinholdige slutprodukt i modsætning til det ikke fibrøse,svampede produkt, som tidligere er beskrevet. Det tværsnitsareal, som er tilgængeligt for materiale-flow, øges i denne sektion og bevirker en yderligere sænkning af trykket.

Det har ved forsøg vist sig, at zone 3, for at målet med opfindelsen skal nås, bør have et forhold mellem tværsnitsareal og længde, som er mindre end ca. 25,4 cm2 pr. cm længde ved fremstilling af et produkt med ovennævnte ønskede egenskaber.

4 143594

Som vist i figur 1 har man ved ovennævnte modifikationer af eks- truderingsmaskinen opnået en trinvis formindskelse af trykket fra det højeste tryk i zone 1 (foran den udvidede damplås) til det laveste tryk efter zone 3 (atmosfæretryk). I virkeligheden er trykfaldet 2 over mundstykkets munding mindre end 7,0 kp/cm . Det har en størrelses- 2 orden på 4,9-5,6 kp/cm . Dette viste sig at være en vigtig faktor for opnåelse af den begrænsede ekspansion af det udstrømmende produkt, som ønskes for en kødlignende tekstur.

I tidligere kendte publikationer, f.eks. USA-patentskrift nr. 3.488.770, angives, at trykfaldet over mundstykkets munding skal være højere end 7,0 kp/cm , og fortrinsvis ligge inden for intervallet fra 17,5 kp/cm2 til 63,0 kp/cm2. Et så højt trykfald i ét trin giver den mindre ønskede svampeagtige og mosede tekstur, som er karakteristisk for det tidligere kendte produkt.

En vigtig faktor ved anvendelsen af ekstruderingsmaskinen ifølge opfindelsen er kontrolleringen af vandindholdet i det protein-holdige materiale, som bearbejdes i ekstruderingsmaskinen. I modsætning til, hvad man ville vente på baggrund af det tidligere kendte, har det vist sig, at densiteten og kompaktheden hos det ekstruderede produkt øges ved tilsætning af så meget vand til det proteinholdige materiale, at man får en blanding, som indeholder mindst 30% vand.

En passende øvre værdi er ca. 60%.

Skønt man ikke helt kender den mekanisme, hvorved man opnår et produkt med ønskede kødlignende egenskaber, er det muligt, at det højere vandindhold i den proteinholdige blanding, f.eks. tørt affedtet sojamel og vand, som bearbejdes i ekstruderingsmaskinen, muliggør en ekstra god forskydning, sådan at der udvikles relativt kompakte,kødlignende fibermasser eller -strenge, til forskel fra de opsvulmede proteinstrenge, som fremstilles efter den tidligere kendte teknik. Som det fremgår af figur 1, lettes dette af lavere temperatur og tryk, specielt i de zoner, som støder til ekstruderingsmundstykket. Formindskelsen af det ringformige rum mellem de tilgrænsende skrue-sektioner bevirker en længere opholdstid af den varme,termoplastiske 5 143994 masse i hver skruesektion af cylinderen, hvorved skrueanordningen kan bearbejde massen og lave en masse med forlængede fibre og en pladelignende struktur i det ekstruderede slutprodukt. Denne bearbejdes derefter yderligere i den sidste koniske sektion Indeholdende den koniske skrue med indskæringer og rettes derefter ind i den vigtige åbne sektion af cylinderen umiddelbart før ekstruderingsmundstykket. Kombinationen af disse faktorer, dvs. det højere vandindhold i den proteinholdige masse, den lavere temperatur, den øgede forskydning, det åbne rum i ekstruderingscylinderen til orientering af fibrene i massen og den generelle trinvise formindskelse af trykket bevirker en mere kødlignende tekstur hos slutproduktet. Dette produkt er karakteristisk ved at have relativt flade, forlængede og generelt i længderetningen orienterede fibre i massen, som minder om stablede små plader, der efterligner kompaktheden hos kød.

X figur 2 vises det ved hjælp af ekstruderingsmaskinen ifølge den foreliggende opfindelse fremstillede produkt. Af figuren fremgår specielt ved sammenligning med figur 3, at der kun findes få, om nogen, åbne rum (luftmiceller) mellem de plane lag. I den udstrækning, de forekommer, synes luftmicelleme at have form af tynde, langstrakte rum, hvis diameter er mindre end ca. 0,2 mm. Ved forstørring i størrelsesordenen ca. 250 gange findes der ikke mere end ca. 3 af disse 2 miceller pr. mm . Denne struktur adskiller sig altså tydeligt fra det vokslignende eller svampelignende udseende hos tidligere kendte produkter. Det bør bemærkes, at forholdet mellem fast materiale og åbne rum er ca. 20:1 i produktet i figur 2. Fortrinsvis bør mindre end 25% af produktets volumen være tomrum.

Den praktiske anvendelse af opfindelsen anskueliggøres nærmere i de efterfølgende eksempler.

Eksempel 1

For sammenligning anvendtes to fremgangsmåder i dette eksempel, hvorved det ene gav et tidligere kendt produkt (med plexilamellar struktur og åbne celler), og det andet gav et produkt med maskinen ifølge opfindelsen. I begge tilfælde anvendtes en ekstruderingsmaskine med betegnelsen X-25, som fremstilles af Wenger Manufacturing Company i Sabetha, Kansas, U.S.A. Der fandtes syv skruesektioner, dvs. fremføringsskruer, anbragt på langs i sprøjtecylinderens længderetning, den sidste (umiddelbart før mundstykket) konisk og med en kappe med form scm en keglestub. Mellem alle skruesektioner var der anbragt en såkaldt damplås, 6 143994 som bestod af en cylindrisk krave på skrueakslen anbragt ud for en cylindrisk skulder på indersiden af ekstruderingscylinderen. Vekselvirkningen mellem, kraverne og deres respektive eller tilsvarende skuldre gav en række åbninger, gennem hvilke den flydende masse flød ved passage fra en skruesektion til en senere skruesektion regnet i flow-retningen.

Til fremstilling af det tidligere kendte produkt, nemlig det med plexilamellar struktur og åbne celler, ekstruderedes en blanding af affedtet sojamel med et proteinindhold på ca. 50% (på tør basis) og så meget vand, at vandindholdet var 30%, og ekstruderingsmaskinen kørtes som beskrevet i USA-patentskrift nr. 3.488.770. Det fremkomne produkt havde den struktur, som er vist i figur 3.

Ved den anden fremgangsmåde Øgedes vandindholdet i sojamelbland-ingen til 50%, og temperaturen sænkedes i kappesektionen umiddelbart før mundstykket til 85°C, og desuden modificeredes ekstruderingsmaskinen i overensstemmelse med opfindelsen således, at man fik en trinvis sænkning af trykket og dermed en øget forskydning. Dette gjordes på tre måder. For det første indførtes et 3,49 cm langt afstandsstykke mellem enden af den koniske skruesektion og den tilgrænsende side af mundstykket for at give plads for orientering og fiberdannelse før ekstruderingen gennem mundstykket. For det andet fjernedes dele af skruegangen i den sidste skruesektion, dvs. i den koniske skrue, ved indskæringer. Dette gav yderligere mulighed for øget forskydning. For det tredie formindskedes tværsnitsarealet før den sidste ring, dvs. af rummet, som dannes mellem damplåsen og indervæggen i ekstruderingscylinderen foran damplåsen. Disse tre ting giver også en generel trinvis formindskelse i trykket, hvilket er vigtigt for reguleringen af produktets ekspansion, når det kommer ud af mundstykkeåbningen. Det opnåede produkt havde den struktur, som er vist i figur 2,og er karakteristisk ved at have ekstra gode tekstur-egenskaber sammenlignet med det produkt, som fremstilledes efter den første fremgangsmåde, og som er vist i figur 3. Det ekstruderede produkt kan tørres til et vandindhold på 6-10 % på en hvilken som helst kendt måde og senere rehydratiseres umiddelbart før anvendelse og give et produkt med kødlignende tekstur.

7 143994

Eksempel 2

Produkter som i eksempel 1 fremstilledes påny, idet man tilsatte passende krydderier, smagsstoffer og farvestoffer til det affedtede sojamel før ekstrudering. De forskelle, som iagttoges mellem det produkt, der var fremstillet ifølge den tidligere kendte teknik, og det nye produkt, var de samme som i eksempel 1, dvs. at man for det nye produkt fik en mere kompakt, kødlignende struktur, som var karakteristisk ved at være mindre moset efter hydratisering og tillavning til brug.

Eksempel 3 I dette eksempel gentoges fremgangsmåderne fra eksempel 1, men med en ændring i udgangsmateriale. I dette tilfælde anvendtes i stedet for affedtet sojamel et sojaproteinkoncentrat, dvs. et forædlet sojaproteinprodukt, som indeholdt ca. 70% eller mere protein (N x 6,25) på vandfri basis. Sojaproteinkoncentrat fremstilles af udvalgte sojabønner af høj kvalitet, og som er friske og rene. Bønneskallen fjernes, hjertebladet knuses og laves til flager, og plien ekstraheres med hexan (handelsvare), hvorefter opløsningsmidlet skilles fra, og det resterende opløsningsmiddel fjernes fra en uopløselig rest ved hurtig afdampning eller på lignende måde. Det tørre produkt fås i form af flager, som derefter ekstraheres med vandig alkohol, f.eks. 60-80% ethanol, for at fjerne kulhydrater, visse mineraler og andre opløselige bestanddele fra det uopløselige materiale. Derefter fjernes opløsningsmidlet fra produktet, og produktet tørres og formales, hvorved man får det endelige sojaproteinkoncentrat. Forskellen mellem de to ekstruderings-fremgangsmåder var påny den samme som i eksempel 1. Ligesom ved det affedtede sojamel i eksempel 1 var produkterne helt forskellige. De med ekstruderingsmaskinen ifølge opfindelsen fremstillede produkter havde en struktur, som lignede den, der er vist i figur 2. Den anden fremgangsmåde, hvor man også brugte sojaproteinkoncentrat, men anvendte den tidligere kendte teknik, resulterede i et produkt, som lignede det i figur 3. Teksturen i det produkt, som fremstilledes ud fra sojakoncentrat, var lettere at tygge og lignede mere kød end det produkt, som var fremstillet ud fra affedtet sojamel.

Eksempel 4 I dette eksempel anvendtes fremgangsmåden fra eksempel 1 til ekstrudering af en 50/50 blanding af affedtet sojamel og sojaprotein- δ 143994 isolat. Sojaproteinisolatet indeholdt ca. 90% protein og fremstilledes ud fra affedtede sojabønneflager, hvorfra opløsningsmidlet forsigtigt var fjernet. Flagerne blandedes med en svagt alkalisk vandopløsning for at ekstrahere opløselige proteiner, kulhydrater og mineralbestand-dele fra det uopløselige materiale. Den proteinholdige ekstrakt skiltes fra det resterende materiale i flagerne og gjordes sur (pH-værdi 4,6) med saltsyre for udfældning af størstedelen af globulinfraktionen i proteinet; denne skiltes fra ved centrifugering. Den fremkomne ostelignende masse vaskedes med vand, dispergeredes ved en pH-værdi på 7,0 med en opløsning af natriumhydroxid og spray-tørredes derefter.

Med blandingen af sojamel og sojaproteinisolat og ved benyttelse af samme betingelser ved de to sammenlignende fremgangsmåder som i eksempel 1 fik man et lignende resultat, dvs. det med maskinen ifølge opfindelsen fremstillede produkt lignede det i figur 2 afbildede, medens det produkt, som fremstilledes efter det amerikanske patentskrift nr. 3.488.770, lignede det i figur 3 viste.

Eksempel 5 I dette eksempel udførtes en sammenligningsprøve under anvendelse af to fremgangsmåder. Udgangsmaterialet var i dette tilfælde en 50/50-blanding af sojaproteinisolat og sojaproteinkoncentrat. Resultaterne viste igen, at ekstruderingsmaskinen ifølge opfindelsen gav et produkt, som var overlegent med hensyn til teksturegenskaber.

Efter hydratisering havde det ekstruderede produkt ikke bare en tekstur og fiberstruktur,som lignede råt kød, men produktets struktur lignede også strukturen hos fisk og fjerkræ. Produktet kan tåle forædling uden at tabe sine teksturegenskaber, hvilket ikke var tilfældet med de sojabønneprodukter, som var fremstillet efter den tidligere kendte ekstruderings-fremgangsmåde. Produktets indbydende egenskaber øger muligheden for at krydre det på passende måde, og produktet er let at farve, så det efterligner forskellige kødprodukter. Man kan endvidere forbedre produktets smag ved at koge produktet, inden man tørrer det, hvis dette ønskes. Produktet kan paneres og steges til et produkt, som ligner fisk eller skaldyr.

Det med ekstruderingsmaskinen ifølge opfindelsen fremstillede produkt ligner ikke kun kød i teksturen, men kan også anvendes i charcuterier osv., således som det fremgår af følgende eksempel.

9 143994

Eksempel 6 I dette eksempel fremstilledes et produkt af typen "Sloppy Joe". "Sloppy Joe" er et slang-udtryk for et levnedsmiddel, som består af krydret, malet kød i tomatsovs. Det i eksempel 1 fremstillede produkt med en vægtfylde på mindst 320 kg/m anvendtes i følgende blanding til "Sloppy Joe"-tilberedningen.

Bestanddele Vaegt-%

Sojaprodukt som køderstatning 35,00

Vand 17,50

Oksebouillon 15,00

Tomatpasta 12,50

Sukker 4,50

Hvedemel 4,50

Eddike 2,50

Krydderier, smagsstoffer 8,50 100,00

Bestanddelene til sovsen blandedes i en beholder med dampkappe og varmedes op til 82°C, hvorefter det som køderstatning benyttede sojaprodukt blandedes i. Den fremkomne kødsovs fyldtes på dåser. Dåserne forsegledes og varmebehandledes ved 121°C i 65 minutter.

Efter varmebehandling havde produktet en kødlignende tekstur, både med hensyn til udseende og følelse i munden.

Eksempel 7

Det i eksempel 6 anvendte, ekstruderede sojaproteinprodukt anvendtes i dette eksempel til fremstilling af et erstatningsprodukt for fjerkrækød i form af "Chicken å la King" med følgende sammensætning :

Bestanddele Vægt-%

Ekstruderet proteinprodukt 22,00

Grøntsager 7,00

Vand 58,50

Kyllingefedt 4,5Q

Stivelse 2,40

Affedtet tørmælk 2,40

Hvedemel 1,20

Krydderier, smagsstoffer 2,00 100,00 10 ua&94

Ved fremstilling af "Chicken å la King" blandedes bestanddelene til sovsen i en beholder forsynet med dampkappe under opvarmning til 82°C. Det ekstruderede protein og grøntsagerne fyldtes i en kraftig aluminiumsbeholder, hvorefter sovsen hældtes ned i beholderen,og bestanddelene blandedes. Beholderen afdækkedes derefter og nedfrystes. Produktet havde en overraskende kødlignende tekstur med hensyn til udseende og smag efter rekonstituering i ovn ved 204°C i 60 minutter.

Eksempel 8

Til fremstilling af "hønse"-suppe anvendtes samme ekstruderede produkt sammen med et koncentrat med kyllingesmag, krydderier, smagsstoffer og vand. Bestanddelene indgik i følgende koncentrationer:

Bestanddele Vægt-%

Ekstruderet proteinprodukt 2,00

Koncentrat med kyllingesmag 2,00

Nudler 12,80

Krydderier, smagsstoffer 0,05

Vand 83,07 100,00

Disse bestanddele blandedes til en suppe, og suppen fyldtes i konserveringsdåser, som forsegledes. Konserveringsdåserne varmebehandledes derefter ved 121°C i 65 minutter. Det derved opnåede produkt havde de for hønsesuppe typiske egenskaber og indeholdt kødlignende smådele.

I samtlige tidligere eksempler viste det sig, at det ekstruderede sojaprotein ikke bare tålte kogning, men også modstod retort-betingelser. Herved adskiller det sig fra det sojaprotein, som tidligere har været tilgængeligt efter bearbejdning ved ekstrudering. Produktet er ikke på nogen måde et sammenpresset eller oppustet produkt, men er tæt og fibrøst.