EP4250942A1 - Proteinpräparat aus kürbiskernen und verfahren zur herstellung - Google Patents

Proteinpräparat aus kürbiskernen und verfahren zur herstellung

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EP4250942A1
EP4250942A1 EP21816355.8A EP21816355A EP4250942A1 EP 4250942 A1 EP4250942 A1 EP 4250942A1 EP 21816355 A EP21816355 A EP 21816355A EP 4250942 A1 EP4250942 A1 EP 4250942A1
Authority
EP
European Patent Office
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mass
less
pumpkin seeds
particularly preferably
protein
Prior art date
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Pending
Application number
EP21816355.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Eisner
Andreas STÄBLER
Stephanie Mittermaier
Dominic Wimmer
Klaus Schreiber
Isabel MURANYI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a sensory-appealing protein preparation for food, pet food and animal feed made from pumpkin seeds and a method for obtaining such pumpkin seed protein ingredients.
  • soybean proteins which can be mixed with soybean and pea proteins as a blend component in order to compensate for the methionine deficit in these legume proteins. This can be achieved with proteins from pumpkin seeds, for example, as these have a high methionine content.
  • a cost-effective source of proteins for food, animal feed and pet food are pressing and extraction residues from the extraction of edible oil from pumpkin seeds.
  • pumpkin seeds After peeling, pumpkin seeds have a thin light to dark green integument that is difficult or impossible to separate from the cotyledons. With these raw materials, the integument is separated before the oil is extracted not wanted because a green color in the oil is deliberately desired.
  • the seeds are thermally treated before de-oiling in order to obtain roasted aromas and then pressed. At high temperatures of over 100° C., press cakes with an oil content of less than 15% by mass, in many cases less than 10% by mass, are then obtained. These can be ground into a powder and added to food and animal feed.
  • pumpkin seed preparations are known whose fat content is reduced to values below 2% by mass after pressing using supercritical CO2, which improves storage stability.
  • this method causes very high costs.
  • the extraction takes place at high pressure of several 100 bar in very expensive reactors, the manufacture and operation of which is associated with high CO2 emissions. Since the process requires a lot of energy and large amounts of CO2 are released from the de-oiled flour after expansion, protein flours that are extracted using supercritical CO2 do not have any clear ecological advantages compared to animal proteins and also cause similarly high costs for the provision.
  • the color of these preparations is still dark green, which is also not conducive to acceptance in food applications.
  • the object of the present invention was to provide a neutral-tasting, largely light-colored and high-quality vegetable protein preparation and a cost-effective method of production that is suitable for food applications with sophisticated tastes such as drinks and yoghurt and fine baked goods such as cakes or emulsions such as creams and fillings.
  • the preparation should advantageously have as high a protein content as possible in order to contribute to protein enrichment in foodstuffs even when used in small quantities, or to compensate for the methionine deficit even in small doses when mixed with legume protein.
  • cleaned and peeled pumpkin seeds are used, which have a proportion of dry integument based on the dry integument contained in native seeds of less than or equal to 100% by mass, advantageously less than 75% by mass, better less 50% by mass, particularly preferably less than 10% by mass.
  • the preparation according to the invention is characterized by the following properties (the methods of determination are given at the end of the description):
  • the fat content of the preparation is less than 6% by mass, advantageously less than 4% by mass, better less than 3% by mass, particularly advantageously less than 2% by mass, based on each case on the dry matter or dry substance (DS) of the preparation.
  • the protein content of the preparation is greater than 60% by mass, advantageously greater than 70% by mass, better greater than 75% by mass, particularly advantageously greater than 78% by mass (based on
  • the preparation has a light color, with the L* value after grinding to a particle size d9o (d9o: proportion of 90% of the mass of all particles smaller than the specified value) below 250 gm greater than 70, advantageously greater than 80, particularly advantageously greater is 90.
  • the L* value for a 10% aqueous suspension is greater than 70, advantageously greater than 80, particularly advantageously greater than 85 (see Table 1).
  • the preparation has a residual content of integument of the pumpkin seeds of less than 10% by mass, preferably less than 6% by mass, advantageously less than 3% by mass, particularly preferably less than 1% by mass.
  • the preparation contains a proportion of water-soluble carbohydrates. Since sucrose makes up the largest proportion of water-soluble carbohydrates, these are given below as the sucrose content.
  • the sucrose content is less than 4% by mass, advantageously less than 2% by mass, better less than 1.5% by mass, particularly advantageously less than 1% by mass.
  • the particle size of the preparation advantageously has a d9o ert of less than 500 gm, better less than 250 gm, advantageously less than 150 gm, particularly advantageously less than 100 gm.
  • the preparation has good to very good technofunctional properties.
  • the water binding is greater than 1 mL/g, advantageously greater than 2 mL/g, particularly advantageously greater than 3 mL/g, and the Oil binding greater than 1 mL/g, advantageously greater than 2 mL/g, particularly advantageously greater than 2.5 mL/g.
  • the preparation has an emulsifying capacity of more than 250 mL/g, advantageously more than 350 mL/g, better more than 400 mL/g, particularly advantageously more than 500 mL/g.
  • the preparations according to the invention show excellent suitability as an ingredient for dairy alternatives, despite a solubility of in some cases less than 15%.
  • the preparation contains proportions of alcohol, in particular ethanol, greater than 0.001% by mass, better >0.01% by mass.
  • proportions of alcohol in particular ethanol, greater than 0.001% by mass, better >0.01% by mass.
  • the preparation contains proportions of hexane greater than 0.0005% by mass, preferably >0.001% by mass. but less than 0.005% by mass. Preparations with such hexane levels show better functional properties compared to lower hexane level preparations.
  • Table 1 Color values for the pumpkin seed protein preparation of the exemplary embodiment as ground flour and in a 10% suspension
  • solvent-containing preparations still show very good properties in terms of technical functionality at the specified levels of solvent, such as very good texturing in the extruder with the formation of solid gel structures, although the protein content is in the same order of magnitude as protein isolates (such as pea protein isolates), which in the presence of solvents such as ethanol show a significant loss of functionality.
  • the preparation has additional properties that can be of great use in different food applications.
  • the content of the sucrose originally contained in the seeds in relation to the protein content can be reduced with the help of suitable processes, so that the ratio of proteins to sucrose in the protein preparation is significantly higher than in peeled pumpkin seeds with integument.
  • This can bring advantages in avoiding the formation of undesired Maillard reactions in the production of food, since Maillard products change the color of the food produced with the proteins and the food acquires a darker appearance and a Maillard taste. This is particularly undesirable for foods such as milk or yoghurt alternatives or for fine baked goods and confectionery or delicatessen products.
  • the carbohydrate-reduced pumpkin seed protein preparation according to the invention is particularly suitable for the production of sensory demanding foods that should contain no or only small amounts of Maillard products.
  • sucrose content in the protein preparation in relation to the content of water-soluble carbohydrates in the raw material to values of less than 50% significantly reduces the Maillard reaction, e.g. during extrusion or when baking the protein at temperatures above 130°C, and the final product brighter and sensory more neutral than when a preparation containing the sucrose content originally contained in the seeds is processed.
  • protein contents of more than 76% by mass can be achieved in the preparation according to the invention—after advantageous implementation of the method according to the invention—and without first dissolving the proteins in water, as is necessary in the production of protein isolates according to the prior art.
  • protein contents can be obtained without separating the proteins from the press cake matrix, which are almost in the same order of magnitude as those of pea protein isolates, which are slightly over 80%.
  • the method according to the invention has several sub-steps, peeled and cleaned pumpkin seeds containing an integument content of between 0 and 100% of the integument originally adhering to the seeds being provided.
  • These pumpkin seeds are subjected to mechanical de-oiling, preferably with a continuous press, such as a screw press, an extruder or a discontinuous hydraulic press, which is advantageously operated quasi-continuously in a combination of several individual presses, and the press cakes or partially de-oiled pumpkin seeds obtained are then extracted by means of solvent extraction , advantageously largely freed from oil and sucrose after setting a defined particle size and setting a defined water content of the press cake or the partially de-oiled pumpkin seeds.
  • the solvent or solvents are then separated from the preparation.
  • the preparation is preferably ground to a defined particle size distribution.
  • the process can advantageously be accompanied by sieving and classifying methods, which enable parts of the integument to be separated before, during or after processing the seeds.
  • the partial steps of the proposed method are explained in more detail below.
  • pumpkin seeds are provided or pumpkin seeds are freed from foreign matter or contaminants using mechanical processes.
  • the proportion of impurities is reduced to less than 0.5% by mass, advantageously less than 0.2% by mass, better less than 0.1% by mass, particularly advantageously less than 0.05% by mass, or it Pumpkin seeds are provided with a correspondingly small amount of stock.
  • Partial separation of the integument In the following optional step, the pumpkin seeds are at least partially freed from the integument. Abrasive methods can be used for this, which free the surface of the pumpkin seeds at least partially from the integument by means of rubbing, shearing or grinding.
  • the integument fraction separated off with adhering portions of cotyledons is preferably fed to a separate oil production facility, and the pumpkin seeds partially or completely freed from integument are fed to further processing according to the invention.
  • a separation under damp or wet conditions advantageously at elevated temperatures, can be used.
  • the pumpkin seeds are either heated or boiled before the hard shells are separated and the integument is rubbed off mechanically after the hard shells have been separated. It can also be done in a similar way if the already peeled pumpkin seeds are soaked in water, boiled and then freed from the integument, as is known from peeling almonds.
  • the method according to the invention is advantageously used with pumpkin seeds that have been partially, largely or completely freed from integument raw material carried out.
  • a prior separation or sorting of integument-poor or integument-free cores from integument-rich cores takes place.
  • the seeds are conditioned before the mechanical partial deoiling, with the temperature and moisture content of the seeds being adjusted, if necessary after the kernels have been comminuted.
  • the water content in the seeds is adjusted to between 2 and 8% by mass, better still between 3 and 6% by mass, particularly advantageously between 4 and 5.5% by mass.
  • the cores Prior to the mechanical partial deoiling, are advantageously coarsely comminuted to an edge length of 0.5 to 7 mm, advantageously between 0.5 and 5 mm, particularly advantageously between 0.5 and 2 mm. Rough crushing, e.g.
  • the pumpkin seeds can be processed particularly well in a continuous press.
  • the pressing or another technique of mechanical partial deoiling can be carried out both with pumpkin seeds that still contain their entire integument or with seeds in which the integument has been partially or completely separated by a suitable pretreatment.
  • the oil is mechanically separated from the seeds, advantageously with continuous devices for de-oiling.
  • continuous devices for de-oiling examples of such aggregates are screw presses, extruders or quasi-continuous hydraulic presses, but other mechanical devices for oil separation can also be used, such as centrifugal separation techniques.
  • the pressing is carried out in such a way that the residual oil content after pressing is greater than 8% by mass but less than 40% by mass; the residual oil content is advantageously between 8 and 30% by mass, better between 8 and 25% by mass and particularly advantageously between 8 and 20% by mass.
  • the lower limit of 8% by mass of residual oil content is chosen because further oil separation requires significantly higher temperatures, which can contribute to damage to the proteins.
  • pumpkin seeds have an oil content of up to 55% and cannot be easily mechanically de-oiled due to the lack of structure-giving components for drainage.
  • an attempt will be made to achieve a residual oil content of less than 25% by mass in the press cake after pressing or in the partially de-oiled pumpkin seeds. It may therefore be necessary to press the press cake again with a press or to carry out another mechanical partial de-oiling. During pressing, this can be done, for example, by adding the press cake to the inlet of the first press together with unpressed seeds, or in a second press that only presses the press cake further.
  • the press cake can also be pressed several times in order to achieve the desired residual oil content.
  • the desired low residual oil content can be achieved without having to set temperatures that are too high.
  • pressing or mechanical partial de-oiling takes place at moderate temperatures.
  • the pumpkin seeds are pressed or mechanically partially de-oiled at an average temperature below 100°C, particularly advantageously at less than 80°C.
  • the mean temperature is understood to be the arithmetic mean of the temperature of the seeds in the intake and the temperature of the press cake or the partially de-oiled pumpkin seeds at the outlet of the press or the device for mechanical partial de-oiling. This enables the oil to be pressed gently despite multiple pressing passes, without having to accept significant color changes in the preparation.
  • Optional conditioning of the press cake or the partially de-oiled pumpkin seeds Before further processing to separate the remaining oil and to reduce the proportion of sucrose from the press cake or partially de-oiled pumpkin seeds, in an advantageous embodiment of the method according to the invention, the press cake or the partly de-oiled pumpkin seeds. It turns out that lowering the moisture in the press cake or partially de-oiled pumpkin seeds, which can be up to 15% by weight after mechanical partial de-oiling, to a residual moisture content of less than 8% by weight, advantageously less than 5% by weight, better less than 3% by mass, particularly advantageously less than 2% by mass, e.g. with the help of dryers, which makes de-oiling using organic solvents more efficient in the subsequent step, as more oil can be separated with less solvent at lower moisture levels. This can be used advantageously to reduce costs and contribute to protecting the proteins.
  • the press cake or the partially de-oiled pumpkin seeds are comminuted to particle sizes with a d9o value of less than 2 mm, advantageously less than 1 mm, better less than 0.5 mm, particularly advantageously less than 0.2 mm significantly accelerates the process of drying and extraction. This acceleration leads to an improvement in the functional properties of the preparations, since the residence time in the dryer and the contact time between the solvent and the proteins are reduced.
  • the proportion of fines with a particle size of less than 100 ⁇ m in the comminuted bed of press cake or pumpkin seeds should be less than 50% by mass, advantageously less than 25% by mass, particularly advantageously less than 10% by mass.
  • the flake thickness is advantageously set to below 2 mm, advantageously below 0.5 mm, particularly advantageously below 0.2 mm.
  • Flake thickness is understood to mean the average thickness of the flakes from the roller mill or another flaking unit. The average thickness can be determined, for example, by measuring with a caliper or a micrometer screw, it then corresponds to the average of 50 measurements.
  • the particle size and shape of the press cake in mechanical partial de-oiling with a press can be adjusted using different methods. Mills or crushers with appropriate sieve inserts or roller mills with defined roller spacing can be used. In this way, particle size distributions with a defined size spectrum can be obtained. These can be equalized after or during the grinding by separating them according to size, for example by means of sieving, with regard to the particle size distribution.
  • Fast-flowing liquids in the form of a pressure jet or suspensions containing solids can also be used to crush the press cake particles.
  • conveyor units, stirrers or mixers with a shearing load on the press cake are also used for this purpose. This makes it possible to use aggregates for comminution that are actually designed for pumping or stirring, such as
  • Centrifugal pumps or other forms of conveying units or agitators By means of a suitable residence time in these units or by circulation, it will be possible to set the comminution in the devices mentioned in such a way that the particle size distribution according to the invention is obtained.
  • Solvent extraction For the separation of residual oil and sucrose from the press cake or mechanically partially de-oiled pumpkin seeds, mixtures of alcohols with water are preferably used as the solvent.
  • the treatment with alcohol and the treatment with water can take place simultaneously in the same extraction step (in the form of an alcohol-water mixture) or they can be arranged one after the other.
  • hexane can also be used in the presence of water as a solvent, as well as combinations of alcohol or hexane as one solvent and water as the other solvent.
  • Alcohols such as ethanol, propanol, isopropanol or others can be used.
  • the proportion by mass of solvent based on the proportion by mass of press cake or partially de-oiled pumpkin seeds should be greater than 1.5 to 1, advantageously greater than 3 to 1, better still greater than 5 to 1. even better greater than 7 to 1, particularly advantageously greater than 10 to 1 can be selected. In this way, an extensive reduction of the oil to less than 2% by mass can be achieved.
  • the organic solvents alcohol or hexane in the extraction it is advantageous that a portion of water or an organic solvent with a defined water content is added in addition to the organic solvent is used.
  • the water can be used during the solvent extraction of the oil or only afterwards.
  • the water content in the extraction, based on the organic solvent is selected to be greater than 6% by mass, advantageously greater than 7% by mass, better still greater than 8% by mass, particularly advantageously greater than 10% by mass.
  • the water content should be less than 14% by mass in order to prevent the oil from being able to be dissolved sufficiently. This limitation makes it possible to obtain a technofunctional protein preparation which has a particularly light color and a very high protein content.
  • the water can be added to the organic solvent by providing water-containing solvent, by adding moist press cake or moist pumpkin seeds, or by adding water directly before or during the solvent extraction. Combinations of the measures mentioned can also be selected. If, in one embodiment, hexane is used as the organic solvent, the water content can also be adjusted so that it is higher than 14% by mass, based on the hexane. In the case of hexane, the good solubility for oil is retained, even if the water content, based on the solvent, is greater than 20 or even 30% by mass, for example. The water content according to the invention is therefore limited to a maximum of 14% by mass only in alcohols; this limitation does not apply to hexane as the solvent.
  • the temperature of the solvent during the extraction will be between 30°C and 75°C, advantageously between 45°C and 65°C, particularly advantageously between 50°C and 65°C.
  • the selected mixtures of water and organic solvent are able to separate both oil and soluble carbohydrates from the pumpkin seeds without causing excessive denaturation of the proteins at the same time.
  • a conventional percolation extraction can be used for the extraction, in which the solvent flows over a bed of press cake particles or particles that have been conditioned with regard to particle size/shape or moisture, so that oil and sucrose are discharged into the organic solvent or can take place in the water. Since fine particles are detached from the pumpkin seed press cake during this process and can be discharged with the solvent, extensive filtration devices must be provided in order to avoid clogging of pumps and pipes or loss of product. In order to prevent or at least limit this process, it can be advantageous to press the conditioned or unconditioned press cake into pellets before extraction, from which clearly during the extraction remove fewer fine particles. As a result, the effort involved in filtration can be significantly reduced.
  • immersion extraction e.g. in a mixing-settling process.
  • a multi-stage immersion extraction is particularly advantageous. In this process, the press cakes or the conditioned press cakes are completely immersed in the solvent.
  • an immersion extractor it is possible to crush the particles simultaneously with the extraction, as described above, using a stirrer. This also makes it possible to carry out a gradual comminution of the press cakes in several extraction containers arranged one behind the other.
  • solvent and raffinate can be separated mechanically, advantageously by sedimentation.
  • the oil-containing miscella in the supernatant can then be distilled and the recovered solvent can be used again for the extraction of one of the press cake particles with a finer particle size distribution.
  • the press cake (raffinate) that has been separated from the solvent can be mixed with fresh solvent and thus be de-oiled again.
  • the excess solvent from the treatment of a raffinate loaded with less oil can be used again for the extraction of a raffinate loaded with more oil to reduce the total amount of solvent, and so on.
  • a countercurrent extraction can also be implemented in a screw, chamber or belt extractor.
  • a particular advantage of using sedimentation results from the possibility of setting the sedimentation time for setting the solid-liquid separation shafts.
  • a sedimentation takes place in the earth's gravity field to to a defined volume ratio of raffinate and supernatant.
  • This process can advantageously be supported by a filter or sieve bottom that accelerates or sinks the sedimentation of the particles from above or by applying a vacuum below a filter below the sedimentation layer (eg suction filter).
  • the volume fraction of the supernatant is predetermined in advance of at least 50%, advantageously greater than 60%, particularly advantageously greater than 70%.
  • the raffinate can be treated with solvent again in countercurrent and the suspension stirred until a new particle size distribution occurs due to the shearing during stirring.
  • the sedimentation process then takes place again.
  • the process of mixing and settling the raffinate can be repeated several times; the process is advantageously carried out more than 2 times, better more than 3 times, particularly advantageously more than 4 times, so that the extraction is particularly advantageously carried out as a multi-stage extraction in countercurrent becomes.
  • the water content can be lower to make the de-oiling more efficient, since, for example, a solvent such as ethanol or propanol with less water dissolves more oil can.
  • a solvent such as ethanol or propanol with less water dissolves more oil can.
  • this procedure also has the advantage that the water content is only high for a short time in the first extraction stage, so that protein denaturation can be minimized.
  • Post-treatment and desolventization of the preparation After extraction with organic solvents and water, the preparation can optionally be further treated with aqueous enzyme solutions or by means of fermentation to improve its functional properties, or it can be dried directly. Drying is advantageously carried out at low temperatures below 120° C., better below 100° C., particularly advantageously below 80° C., in order to protect the proteins and to keep the color of the preparation as light as possible.
  • a dryer that can be operated in a vacuum and whose pressure is reduced again at the end of the drying process to separate the solvent residues is advantageously used for this purpose.
  • the pressure is reduced to values below 500 mbar, better below 200 mbar, particularly advantageously below 100 mbar. This reduction in pressure at the end of drying allows a further reduction in temperature during post-drying and thus further protection of the proteins.
  • the dried protein preparations are advantageously ground to adjust the functionality, since preparations ground with different fineness show clear differences in the technofunctional properties, such as, for example, in the solubility.
  • the grinding is therefore carried out to d9o particle sizes of less than 500 gm, advantageously less than 250 gm, better less than 150 gm, particularly advantageously less than 100 gm. Description of a use of the preparation:
  • a mixture of the preparation according to the invention with protein components from legume proteins from the group pea, lentil, bean, broad bean, peanut or soya is advantageous, particularly advantageously only from the group pea and soya, particularly advantageously only pea.
  • a mixture according to the invention should have a protein content of >60% by mass, advantageously >70% by mass, particularly advantageously >80% by mass.
  • the ratio of the protein according to the invention to the total mass of the mixture should be greater than 5% by mass and less than 95% by mass, advantageously greater than 10% by mass and less than 90% by mass, particularly advantageously greater than 25% by mass. -% and less than 75% by mass, preferably greater than 40% by mass and less than 60% by mass. This makes it particularly possible to combine the functionality of the legume proteins with the good sensory properties and color of the preparation according to the invention.
  • the protein content is defined as the content calculated by determining the nitrogen according to Dumas and multiplying it by a factor of 6.25. In the present patent application, the protein content is given in percent by mass, based on the dry matter (TS), ie the anhydrous sample. Colour :
  • the perceivable color is defined using CIE-L*a*b* color measurement.
  • the L* axis indicates the brightness, with black having the value 0 and white having the value 100.
  • the a* axis describes the green or red component and the b* axis describes the blue or yellow component.
  • the protein solubility is determined using the determination method according to Morr et al. Determined 1985, see journal article: Morr C.V., German, B., Kinsella, J.E., Regenstein, J.M., Van Buren, J.P., Kilara, A., Lewis, BA, Mangino, ME, "A Collaborative Study to Develop a Standardized Food Protein Solubility Procedure. Journal of Food Science, Vol. 50 (1985) pp. 1715-1718).
  • the protein solubility can be given for a defined pH value, if no pH value is given, the data refer to a pH value of 7.
  • the emulsifying capacity is determined by means of a determination method (hereinafter referred to as EC determination method), in which 100 ml of a 1% suspension of the protein preparation with a pH of 7 and corn oil is added until the phase inversion of the oil-in-water emulsion occurs.
  • EC determination method a determination method in which 100 ml of a 1% suspension of the protein preparation with a pH of 7 and corn oil is added until the phase inversion of the oil-in-water emulsion occurs.
  • the emulsifying capacity is defined as the maximum oil absorption capacity of this suspension, determined via the spontaneous decrease in conductivity during phase inversion (cf. the journal article by Wäsche,
  • the fat content is determined by the Soxhlet method using hexane as a solvent. - sucrose:
  • sucrose content is determined using a modified measurement in accordance with DIN 10758:1997-05 (including correction 1 from Sep. 2018) using HPLC methods.
  • the sugars are extracted from the sample matrix with hot water. After separating interfering substances, the extracts are made up to a defined volume with water, filtered and the filtrates are fed to the HPLC measurement.
  • the water binding capacity is determined using the method given in: American Association of Cereal Chemists, "Approved methods of the AACC". 10th ed., AACC. St Paul, MN, 2000b; Methods 56-20. "Hydration capacity of pregelatinized cereal products”.
  • the water binding capacity is z. B. specified in ml / g, d. H. milliliters of bound water per gram of preparation, and is determined according to the AACC determination method via the weight of the water-saturated sediment minus the weight of the dry preparation after mixing approx. 2 g protein preparation with approx. 40 ml water for 10 minutes and centrifuging at 1000g for 15 minutes at 20°C.
  • the oil-binding capacity can be specified in ml/g, ie milliliters of bound oil per gram of preparation, and is measured according to centrifuge determination methods as the volume of the oil-binding sediment after mixing 1.5 g protein preparation with 15 ml corn oil for 1 minute and centrifuging at 700g for 15 minutes at 20°C.
  • the preparation had a pleasant nutty taste and a protein content of 76.4%, a protein solubility of 13.3% at pH 7 and an emulsifying capacity of 160 mL/g. In the L*a*b measurement, an L* value of 91.9 was determined. Tables 2 and 3 below give the composition and functional properties of this preparation. Table 2: Composition of the pumpkin seed protein preparation compared to pumpkin seeds before treatment
  • the pumpkin seed preparation from the exemplary embodiment were added to a muffin recipe as a substitute for an egg.
  • the functionality was very appealing, the muffins had a fluffy crumb, a brown crust and a very pleasant taste.
  • the preparation is particularly suitable for applications such as nut or chocolate cake.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Proteinpräparat aus Kürbiskernen und ein kostengünstiges Verfahren zu dessen Herstellung. Das Proteinpräparat weist einen Proteingehalt von mehr als 60 Mass.-%, einen Fettgehalt unter 6 Mass.-% und eine Helligkeit L* von größer als 70 auf. Das Proteinpräparat ist geschmacklich neutral, hell und qualitativ hochwertig, so dass es sich für farblich anspruchsvolle Lebensmittelapplikationen wie Drinks und Joghurt sowie feine Backwaren wie Kuchen oder auch Emulsionen wie Cremes und Füllungen eignet.

Description

Proteinpräparat aus Kürbiskernen und Verfahren zur Herstellung
Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft ein sensorisch ansprechendes Proteinpräparat für Lebensmittel, Heimtiernahrung und Futtermittel aus Kürbiskernen sowie ein Verfahren zur Gewinnung derartiger Kürbiskernproteinzutaten.
Stand der Technik
Vor dem Hintergrund knapper werdender Agrarflachen, Phosphorvorkommen und weiterer Ressourcen gewinnen pflanzliche Proteinpräparate für die Ernährung des Menschen und für den Einsatz in Tierfutter immer mehr an Bedeutung.
Die zunehmende Nachfrage nach hochwertigen Lebensmitteln führt zu einem steigenden Bedarf an ernährungsphysiologisch und technofunktionell optimierten Proteinpräparaten, die einfach und kostengünstig bereitgestellt werden können.
Von zunehmender Bedeutung sind dabei pflanzliche Proteine, die als Blendkomponente mit Soja- und Erbsenproteinen gemischt werden können, um eine Kompensation des Methionindefizits in diesen Leguminosenproteinen zu erreichen. Dies kann z.B. mit Proteinen aus Kürbiskernen erreicht werden, da diese einen hohen Methioningehalt aufweisen .
Eine kostengünstige Quelle von Proteinen für Lebens- und Futtermittel und Heimtiernahrung sind Press- und Extraktions rückstände aus der Gewinnung von Speiseöl aus Kürbiskernen. Kürbiskerne haben nach dem Schälen ein dünnes hell- bis dunkelgrünes Integument, dass nicht oder nur schwer von den Kotyledonen abgetrennt werden kann. Ein Abtrennen des Integuments ist bei diesen Rohstoffen vor der Ölgewinnung nicht gewollt, da bewusst eine grüne Farbe im Öl erwünscht ist. Aus diesem Grund werden beim Pressen zur Gewinnung von Kürbiskernöl nach Stand der Technik die Samen vor der Entölung thermisch behandelt, um Röstaromen zu erhalten, und dann gepresst. Bei hohen Temperaturen von über 100°C werden dann Presskuchen mit einem Ölgehalt kleiner 15 Mass.-%, vielfach kleiner 10 Mass.-% erhalten. Diese können zu einem Pulver vermahlen werden und Lebensmitteln und Tierfutter zugesetzt werden. Aufgrund der harschen Behandlung bei hohen Temperaturen zeigen derartige Presskuchen meist eine dunkle, braun-grüne Farbe. Zudem führt der Anteil des Integuments zu einer grünen Farbe des Presskuchens, was die Akzeptanz in Lebensmittelapplikationen reduziert. Aufgrund des Gehaltes an ungesättigten Fettsäuren neigt der ölhaltige Presskuchen auch zur Oxidation des Restfettes, was die sensorischen Eigen schaften während der Lagerung sehr schnell verschlechtert. Derartige Kürbiskernpräparate weisen im Vergleich zu Isolaten aus Soja (Proteingehalt >90%) oder Erbse (Proteingehalt >80%) zudem nur Proteinkonzentration unter 60 Mass.-% auf, was die Anwendung in vielen Lebensmittelanwendung erschwert oder ausschließt .
Zudem sind Kürbiskernpräparate bekannt, deren Fettgehalt nach der Pressung mittels überkritischem CÖ2 auf Werte unter 2 Mass.-% reduziert wird, was die Lagerstabilität verbessert. Dieses Verfahren verursacht aber sehr hohe Kosten. Zudem erfolgt die Extraktion bei hohem Druck von mehreren 100 bar in sehr teuren Reaktoren, deren Herstellung und Betrieb mit hohen CÖ2-Emissionen einhergeht. Da der Prozess viel Energie benötigt und nach der Entspannung große Mengen an CO2 aus dem entölten Mehl freigesetzt werden, haben Proteinmehle, die mittels überkritischem CO2extrahiert werden, keine deutlichen ökologischen Vorteile gegenüber tierischen Proteinen und verursachen für die Bereitstellung auch ähnlich hohe Kosten. Zudem ist die Farbe auch bei diesen Präparaten noch immer dunkelgrün, was für die Akzeptanz in Lebensmittel anwendungen ebenfalls nicht förderlich ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein geschmacklich neutrales, weitgehend helles und qualitativ hochwertiges pflanzliches Proteinpräparat und ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung bereit zu stellen, das sich für geschmacklich anspruchsvolle Lebensmittel applikationen wie Drinks und Joghurt und feine Backwaren wie Kuchen oder auch Emulsionen wie Cremes und Füllungen eignet. Das Präparat sollte vorteilhaft einen möglichst hohen Proteingehalt aufweisen, um auch in geringen Einsatzmengen zu einer Proteinanreicherung in Lebensmitteln beizutragen oder beim Mischen mit Leguminosenprotein bereits in geringeren Dosen einen Ausgleich des Defizites an Methionin zu erreichen .
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Proteinpräparat nach Anspruch 1 und dem Verfahren zu dessen Herstellung nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Proteinpräparats können den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und dem Ausführungsbeispiel entnommen werden.
Als Rohstoff für die Herstellung des erfindungsgemäßen Proteinpräparats kommen gereinigte und geschälte Kürbiskerne zum Einsatz, die einen Anteil an trocknem Integument bezogen auf das in nativen Samen enthaltene trockne Integument von kleiner gleich 100 Mass.-%, vorteilhaft kleiner 75 Mass.-%, besser kleiner 50 Mass.-%, besonders bevorzugt kleiner 10 Mass.-% aufweisen. Das erfindungsgemäße Präparat zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus (die Bestimmungs methoden sind am Ende der Beschreibung angeführt):
• Der Fettgehalt des Präparats ist kleiner 6 Mass.-%, vorteilhaft kleiner 4 Mass.-%, besser kleiner 3 Mass.-%, besonders vorteilhaft kleiner 2 Mass.-%, jeweils bezogen auf die Trockenmasse bzw. Trockensubstanz (TS) des Präparats.
• Der Proteingehalt des Präparats ist größer 60 Mass.-%., vorteilhaft größer 70 Mass.-%, besser größer 75 Mass.-%, besonders vorteilhaft größer 78 Mass.-% (bezogen auf
TS).
• Das Präparat hat eine helle Farbe, wobei der L*-Wert nach Vermahlen auf eine Partikelgröße d9o (d9o: Anteil von 90% der Masse aller Partikel kleiner als der ange gebene Wert) unter 250gm größer 70, vorteilhaft größer 80, besonders vorteilhaft größer 90 beträgt. Der L*-Wert bei einer 10%-igen wässrigen Suspension ist größer 70, vorteilhaft größer 80, besonders vorteilhaft größer 85 (s. Tabelle 1).
Bevorzugte (jeweils optionale) weitere Eigenschaften des Präparats:
• Das Präparat weist einen Restgehalt an Integument der Kürbiskerne von weniger als 10 Mass.-%, vorzugsweise weniger als 6 Mass.-%, vorteilhaft weniger als 3 Mass.- %, besonders bevorzugt weniger als 1 Mass.-% auf.
• Das Präparat enthält einen Anteil an wasserlöslichen Kohlenhydraten. Da Saccharose den höchsten Anteil an den wasserlöslichen Kohlenhydraten ausmacht, werden diese im Folgenden als Gehalt an Saccharose angegeben. Der Gehalt an Saccharose ist, kleiner 4 Mass.-%, vorteilhaft kleiner 2 Mass.-%, besser kleiner 1,5 Mass.-%, besonders vorteilhaft kleiner 1 Mass.-%.
• Die Partikelgröße des Präparats hat vorteilhaft einen d9o ert kleiner 500 gm, besser kleiner 250 gm, vorteilhaft kleiner 150 gm, besonders vorteilhaft kleiner 100 gm.
• Das Präparat weist gute bis sehr gute technofunktionelle Eigenschaften auf. So sind insbesondere die Wasserbindung größer als 1 mL/g, vorteilhaft größer 2 mL/g besonders vorteilhaft größer 3 mL/g, und die Ölbindung höher als 1 mL/g, vorteilhaft größer 2 mL/g besonders vorteilhaft größer 2,5 mL/g. Das Präparat hat eine Emulgierkapazität größer 250 mL/g, vorteilhaft größer 350 mL/g, besser größer 400 mL/g, besonders vorteilhaft größer 500 mL/g. Überraschenderweise zeigen die erfindungsgemäße Präparate trotz einer Löslichkeit von teilweise kleiner 15% eine hervorragende Eignung als Zutat für Molkereialternativen.
• Das Präparat enthält Anteile an Alkohol, insbesondere an Ethanol, größer 0,001 Mass.-%, besser >0,01 Mass%., vorteilhaft >0,1 Mass%, besonders vorteilhaft >0,5 Mass.-% aber jeweils kleiner 1 Mass.-%. Dabei zeigt sich, dass auch bei einem Gehalt von 0,5 Mass.-% die funktionellen Eigenschaften des Präparats auf einem sehr hohen Niveau liegen.
• Das Präparat enthält Anteile an Hexan größer 0,0005 Mass.-%, besser >0,001 Mass%. aber kleiner 0,005 Mass-%. Präparate mit derartigen Hexangehalten zeigen bessere funktionelle Eigenschaften im Vergleich zu Präparaten mit niedrigerem Hexangehalt.
Die in Mass.-% angegebenen Werte beziehen sich bei den Eigenschaften des Präparats in der vorliegenden Patentanmeldung jeweils auf die Trockenmasse bzw. Trockensubstanz des Proteinpräparats, mit Ausnahme der Anteile an Lösemitteln, die als absoluter Mass.-Anteil angegeben werden.
Tabelle 1: Farbwerte für Kürbiskernproteinpräparat des Ausführungsbeispiels als vermahlenes Mehl und in einer 10%- igen Suspension Überraschenderweise zeigen lösemittelhaltige Präparate bei den angegebenen Gehalten an Lösemittel hinsichtlich der Technofunktionalität noch immer sehr gute Eigenschaften wie z.B. eine sehr gute Texturierbarkeit im Extruder mit der Ausbildung fester Gelstrukturen, obwohl der Proteingehalt in der gleichen Größenordnung wie bei Proteinisolaten (wie z.B. Erbsenproteinisolaten) liegt, die bei Anwesenheit von Löse mitteln wie Ethanol deutliche Funktionalitätseinbußen zeigen.
In vorteilhaften Ausgestaltungen weist das Präparat zusätz liche Eigenschaften auf, die in unterschiedlichen Lebens mittelapplikationen von großem Nutzen sein können. So kann zum Beispiel der Gehalt der ursprünglich in den Samen enthaltenen Saccharose bezogen auf den Proteingehalt mit Hilfe geeigneter Verfahren reduziert sein, so dass im Proteinpräparat das Verhältnis von Proteinen zu Saccharose deutlich höher ist als in geschälten Kürbiskernen mit Integument. Dies kann Vorteile bringen zur Vermeidung der Bildung von unerwünschten Maillardreaktionen bei der Herstellung von Lebensmitteln, da Maillardprodukte die Farbe des mit den Proteinen hergestellten Lebensmittels verändern und das Lebensmittel ein dunkleres Erscheinungsbild und einen Maillardgeschmack erhält. Dies ist im Besonderen bei Lebensmitteln wie Milch- oder Joghurtalternativen oder bei feinen Back- und Süßwaren oder Feinkostprodukten unerwünscht. Somit eignet sich das erfindungsgemäße, Kohlenhydrat reduzierte Kürbiskernproteinpräparat in besonderer Weise für die Herstellung von sensorisch anspruchsvollen Lebensmitteln, die keine oder nur geringe Mengen an Maillardprodukten enthalten sollten.
Es zeigt sich, dass bereits eine Reduktion des Gehaltes an Saccharose im Proteinpräparat bezogen auf den Gehalt wasserlöslicher Kohlenhydrate im Rohstoff auf Werte kleiner 50% die Maillardreaktion z.B. bei einer Extrusion oder beim Backen des Proteins bei Temperaturen über 130°C erheblich reduziert und das finale Produkt heller und sensorisch neutraler ausfällt, als wenn ein Präparat mit dem ursprünglich in den Samen enthaltenen Gehalt an Saccharose verarbeitet wird.
Überraschenderweise kann man im erfindungsgemäßen Präparat - nach vorteilhafter Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens - Proteingehalte von über 76 Mass.-% erreichen, und das ohne vorheriges Auflösen der Proteine in Wasser, wie es bei der Herstellung von Proteinisolaten nach Stand der Technik erforderlich ist. Damit können mit Hilfe eines sehr einfachen, kostengünstigen und sehr nachhaltigen Verfahrens ohne ein Herauslösen der Proteine aus der Presskuchen-Matrix Proteingehalte erhalten werden, die fast in der gleichen Größenordnung liegen wie die von Erbsenproteinisolaten, die bei etwas über 80% liegen.
Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung des Proteinpräparats :
Das erfindungsgemäße Verfahren weist mehrere Teilschritte auf, wobei geschälte und gereinigte Kürbiskerne, die einen Anteil an Integument zwischen 0 und 100 % des ursprünglich an den Samen anhaftenden Integuments enthalten, bereitgestellt werden. Diese Kürbiskerne werden einer mechanischen Entölung, vorzugsweise mit einer kontinuierlichen Presse, wie z.B. einer Schneckenpresse, einem Extruder oder einer diskontinuierlichen hydraulischen Presse, die vorteilhaft im Zusammenschluss aus mehreren Einzelpressen quasi kontinuierlich betrieben wird, unterzogen, die erhaltenen Presskuchen bzw. teilentölten Kürbiskerne dann mittels Lösemittelextraktion, vorteilhaft nach Einstellung einer definierten Partikelgröße und Einstellung eines definierten Wassergehalts des Presskuchens bzw. der teilentölten Kürbiskerne, weitgehend von Öl und von Saccharose befreit. Anschließend werden das oder die Lösemittel aus dem Präparat abgetrennt. Am Ende erfolgt vorzugsweise eine Vermahlung des Präparats auf eine definierte Partikelgrößenverteilung. Begleitet werden kann der Prozess vorteilhaft von Sieb- und Sichtverfahren, die vor, während oder nach der Verarbeitung der Samen eine Separation von Anteilen an Integument ermöglichen. Im Folgenden werden die zum Teil optionalen Teilschritte des vorgeschlagenen Verfahrens näher ausgeführt.
Reinigung : In einem ersten Schritt werden gereinigte Kürbiskerne bereitgestellt oder Kürbiskerne mittels mechanischer Verfahren von Fremdbesatz oder Kontaminanten befreit. Der Anteil an Verunreinigungen wird dabei auf kleiner 0,5 Mass.-%, vorteilhaft kleiner 0,2 Mass.-%, besser kleiner 0,1 Mass.-% besonders vorteilhaft kleiner 0,05 Mass.- % reduziert, bzw. es werden Kürbiskerne mit entsprechend geringem Anteil an Besatz bereitgestellt.
Teilabtrennung des Integuments: Im folgenden optionalen Schritt werden die Kürbiskerne zumindest teilweise vom Integument befreit. Hierfür können abrasive Methoden zum Einsatz kommen, die mittels Reiben, Scheren oder Schleifen die Oberfläche der Kürbiskerne zumindest anteilig vom Integument befreien. Die dabei abgetrennte Integument- Fraktion mit anhaftenden Anteilen an Kotyledonen wird vorzugsweise einer getrennten Ölgewinnung zugeführt, die von Integument teilweise oder vollständig befreiten Kürbiskerne werden der weiteren erfindungsgemäßen Verarbeitung zugeführt. Als alternatives Verfahren zur Reduktion des Anteils an Integument kann eine Abtrennung unter feuchten bzw. nassen Bedingungen, vorteilhaft unter erhöhten Temperaturen zum Einsatz kommen. Dabei werden entweder die Kürbiskerne vor Abtrennung der harten Schalen erhitzt bzw. gekocht und nach Abtrennung der harten Schale das Integument mechanisch abgerieben. Ähnlich kann es auch durchgeführt werden, wenn die bereits geschälten Kürbiskerne in Wasser eingeweicht, aufgekocht und dann vom Integument befreit werden, wie es vom Schälen von Mandeln bekannt ist. Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren mit von Integument teilweise, weitgehend oder vollständig befreiten Kürbiskernen als Rohstoff durchgeführt. Vorteilhaft erfolgt dazu eine vorherige Trennung oder Sortierung von Integument-armen oder -freien von Integument-reicheren Kernen. Es ist aber auch möglich, das Verfahren mit vollständig erhaltenen Kürbiskernen durchzuführen und erst zu einem späteren Zeitpunkt (z.B. nach der Entölung) Teile des Integuments z.B. durch Siebe abzutrennen.
Konditionieren : In einer Ausgestaltung erfolgt vor der mechanischen Teilentölung eine Konditionierung der Samen mit Einstellung der Temperatur und Feuchte der Samen, ggf. nach Zerkleinerung der Kerne. Hierfür wird der Wassergehalt in den Samen zwischen 2 und 8 Mass.-% eingestellt, besser zwischen 3 und 6 Mass.-%, besonders vorteilhaft zwischen 4 und 5,5 Mass.-%. Vor der mechanischen Teilentölung erfolgt vorteilhaft zudem ein grobes Zerkleinern der Kerne auf eine Kantenlänge von 0,5 bis 7 mm, vorteilhaft zwischen 0,5 und 5 mm, besonders vorteilhaft zwischen 0,5 und 2 mm. Durch das grobe Zerkleinern z.B. in einer Prall- oder Schneidmühle können relevante Anteile des Integuments abplatzen, die von den Kernen vorteilhaft mittels Sichtung oder anderer Trennverfahren getrennt werden können. Dies verbessert die Farbe der Kürbiskernproteinpräparate. Zudem ist es vorteilhaft, die Samen vor oder nach der Zerkleinerung und vor dem Pressen auf eine Temperatur größer 40 °C zu erwärmen, vorteilhaft größer 50 °C, besser größer 60 °C, besonders vorteilhaft größer 75 °C. Die Kürbiskerne lassen sich nach dieser Art der Konditionierung besonders gut in einer kontinuierlichen Presse verarbeiten. Das Pressen oder eine andere Technik der mechanischen Teilentölung kann erfindungsgemäß sowohl mit Kürbiskernen erfolgen, die ihr Integument noch vollständig enthalten oder mit Kernen, bei denen das Integument durch eine geeignete Vorbehandlung teilweise oder vollständig abgetrennt ist.
Mechanische Teilentölung: Mit den Kürbiskernen erfolgt eine mechanische Abtrennung des Öls aus den Samen, vorteilhaft mit kontinuierlichen Vorrichtungen zur Entölung. Beispiele für derartige Aggregate sind Schneckenpressen, Extruder oder quasi-kontinuierliche hydraulische Pressen, es können aber auch andere mechanische Vorrichtungen zur Ölabtrennung zum Einsatz kommen wie zentrifugale Trenntechniken. Beim besonders vorteilhaften Abpressen der Samen zu Presskuchen und Öl mittels Schneckenpressen oder Extruder wird die Pressung so ausgeführt, dass der Restölgehalt nach der Pressung größer als 8 Mass.-% ist aber kleiner als 40 Mass.- %, vorteilhaft liegt der Restölgehalt zwischen 8 und 30 Mass.-%, besser zwischen 8 und 25 Mass.-% und besonders vorteilhaft zwischen 8 und 20 Mass.-%. Die Limitierung der unteren Grenze von 8 Mass-% an Restölgehalt wird gewählt, da eine weitere Ölabtrennung deutliche höhere Temperaturen erfordert, die zu einer Schädigung der Proteine beitragen können. Diese Werte gelten auch, falls keine Pressen sondern andere Arten der mechanischen Teilentölung eingesetzt werden.
Kürbiskerne weisen einen Ölgehalt bis zu 55% auf und sind aufgrund der fehlenden strukturgebenden Bestandteile für die Drainage nicht einfach mechanisch zu entölen. Zur Reduktion des benötigten Lösemittels bei der Entölung wird man aber versuchen, einen Restölgehalt unter 25 Mass.-% im Presskuchen nach der Pressung bzw. in den teilentölten Kürbiskernen zu erreichen. Daher kann es erforderlich sein, den Presskuchen mit einer Presse erneut abzupressen bzw. eine erneute mechanische Teilentölung durchzuführen. Dies kann beim Pressen bspw. durch Zugabe des Presskuchens in den Zulauf der ersten Pressung zusammen mit ungepressten Samen erfolgen oder in einer weiteren zweiten Presse, die nur den Presskuchen weiter presst. Die Pressung des Presskuchens kann auch mehrfach durchgeführt werden, um den gewünschten Restölgehalt zu erreichen. Durch mehrmaliges Pressen von Presskuchen bzw. mehrfache mechanische Teilentölung kann am Ende der gewünscht niedrige Restölgehalt erreicht werden ohne zu hohe Temperaturen einstellen zu müssen. Um zu vermeiden, dass die Proteine durch die wiederholte mechanische Teilentölung zu sehr geschädigt werden, erfolgt erfindungsgemäß ein Pressen bzw. die mechanische Teilentölung bei moderaten Temperaturen. Die Kürbiskerne werden bei einer mittleren Temperatur unter 100°C, besonders vorteilhaft bei weniger als 80°C, gepresst bzw. mechanisch teilentölt. Unter der mittleren Temperatur wird dabei der arithmetische Mittelwert der Temperatur der Samen im Einzug und der Temperatur des Presskuchens bzw. der teilentölten Kürbiskerne am Auslass der Presse bzw. der Einrichtung zur mechanischen Teilentölung verstanden. Dies ermöglicht eine schonende Abpressung des Öls trotz mehrfacher Pressdurchgänge, ohne deutliche Farbveränderungen im Präparat in Kauf nehmen zu müssen.
Optionale Konditionierung des Presskuchens bzw. der teilentölten Kürbiskerne: Vor einer Weiterverarbeitung zur Abtrennung des restlichen Öls und zur Reduktion des Anteils an Saccharose aus den Presskuchen bzw. teilentölten Kürbiskernen kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor einer Extraktion eine Konditionierung der Presskuchen bzw. der teilentölten Kürbiskerne erfolgen. Dabei zeigt sich, dass ein Absenken der Feuchte in den Presskuchen bzw. teilentölten Kürbiskernen, die nach der mechanischen Teilentölung bis zu 15 Mass.-% betragen kann, auf eine Restfeuchte kleiner 8 Mass.-%, vorteilhaft kleiner 5 Mass.-%, besser kleiner 3 Mass.-%, besonders vorteilhaft kleiner 2 Mass.-%, z.B. mit Hilfe von Trocknern, die Entölung mittels organischer Lösemittel im Folgeschritt effizienter macht, indem mit weniger Lösemittel bei niedrigerer Feuchte mehr Öl abgetrennt werden kann. Dies kann vorteilhaft zur Kostensenkung genutzt werden und zur Schonung der Proteine beitragen.
Weiterhin kann es von Vorteil sein, die Presskuchen bzw. teilentölten Kürbiskerne vor der Extraktion in ihrer Partikelgröße und -form zu verändern. Es zeigt sich, eine Zerkleinerung des Presskuchens bzw. der teilentölten Kürbiskerne auf Partikelgrößen mit einem d9oWert kleiner 2 mm, vorteilhaft kleiner 1 mm, besser kleiner 0,5 mm, besonders vorteilhaft kleiner 0,2 mm den Vorgang des Trocknens und die Extraktion deutlich beschleunigt. Diese Beschleunigung führt zur Verbesserung der funktionellen Eigenschaften in den Präparaten, da die Verweilzeit im Trockner und die Kontaktzeit zwischen Lösemittel und Proteinen verkürzt wird. In der zerkleinerten Presskuchen- bzw. Kürbiskernschüttung sollte erfindungsgemäß der Anteil an Feinkorn mit einer Partikelgröße kleiner 100 pm aber unter 50 Mass.-% liegen, vorteilhaft unter 25 Mass.-%, besonders vorteilhaft unter 10 Mass.-%.
Es ist auch möglich und für eine Perkolationsextraktion von Vorteil, wenn der Presskuchen oder die teilentölten Kürbiskerne nicht vermahlen, sondern flockiert wird bzw. werden. Vorteilhaft wird die Flockendicke dabei auf unter 2 mm eingestellt, vorteilhaft unter 0,5 mm, besonders vorteilhaft unter 0,2 mm. Unter Flockendicke wird dabei die mittlere Dicke der aus dem Walzenstuhl oder einem anderen Flockieraggregat verstanden. Die mittlere Dicke kann z.B. über Messung mit einem Messschieber oder einer Mikrometerschraube ermittelt werden, sie entspricht dann dem Mittelwert aus 50 Messungen.
Die Partikelgröße und -form des Presskuchens bei mechanischer Teilentölung mit einer Presse kann mit unterschiedlichen Verfahren eingestellt werden. So können Mühlen oder Brecher mit entsprechenden Siebeinsätzen oder Walzenstühle mit definierten Walzenabständen Verwendung finden. Dabei können Partikelgrößenverteilungen mit einem definierten Größenspektrum erhalten werden. Diese können nach oder während der Vermahlung durch Trennung nach Größe z.B. mittels Siebung hinsichtlich der Partikelgrößenverteilung vergleichmäßigt werden. Auch schnell strömende Flüssigkeiten als Druckstrahl oder feststoffhaltige Suspensionen können zum Zerkleinern der Presskuchenpartikel verwendet werden. Dabei können neben Flüssigkeitsdüsen auch Förderaggregate, Rührer oder Mischer mit einer Scherbelastung des Presskuchens genutzt werden. Vorteilhaft werden hierfür Aggregate mitgenutzt, die im Prozess ohnehin zum Fördern des Extraktionsmittels verwendet werden. Damit gelingt es, Aggregate für die Zerkleinerung einzusetzen, die eigentlich zum Pumpen oder Rühren konzipiert sind, wie z.B.
Kreiselpumpen oder andere Formen von Förderaggregaten oder Rührwerke. Durch geeignete Verweilzeit in diesen Aggregaten oder durch Kreislaufführung wird es gelingen, die Zerkleinerung in den genannten Geräten so einzustellen, dass die erfindungsgemäße Partikelgrößenverteilung erhalten wird.
Lösemittelextraktion : Für die Abtrennung von Restöl und Saccharose aus den Presskuchen bzw. mechanisch teilentölten Kürbiskernen kommen vorzugsweise Mischungen von Alkoholen mit Wasser als Lösemittel zum Einsatz. Dabei können die Behandlung mit Alkohol und die Behandlung mit Wasser simultan im selben Extraktionsschritt erfolgen (in Form einer Alkohol- Wasser-Mischung) oder hintereinander angeordnet werden. Weiterhin kann auch Hexan unter Anwesenheit von Wasser als Lösemittel eingesetzt werden, ebenso wie Kombinationen von Alkohol oder Hexan als ein Lösungsmittel und Wasser als anderes Lösungsmittel. Als Alkohole können z.B. Ethanol, Propanol, Iso-Propanol oder andere eingesetzt werden. Um eine weitgehende Abtrennung des Öls aus den Presskuchen oder teilentölten Kürbiskernen sicher zu stellen, sollte der Massenanteil an Lösemittel bezogen auf den Massenanteil an Presskuchen bzw. teilentölten Kürbiskernen größer 1,5 zu 1, vorteilhaft größer 3 zu 1, besser größer 5 zu 1, noch besser größer 7 zu 1, besonders vorteilhaft größer 10 zu 1 gewählt werden. Damit kann eine weitgehende Reduktion des Öls bis unter 2 Mass.-% erreicht werden.
Bei Einsatz der organischen Lösemittel Alkohol oder Hexan bei der Extraktion ist von Vorteil, dass neben dem organischen Lösemittel ein Teil Wasser zugegeben wird oder ein organisches Lösemittel mit einem definierten Wassergehalt verwendet wird. Der Einsatz des Wassers kann dabei während der Lösemittelextraktion des Öls erfolgen oder erst im Anschluss. Im Falle des simultanen Einsatzes von organischem Lösemittel und Wasser und Wahl eines geeigneten Wassergehaltes gelingt es, sowohl das Fett aus den Presskuchen bzw. Kürbiskernen weiterstgehend abzutrennen als auch simultan die Saccharose zu entfernen. Dafür wird der Wassergehalt in der Extraktion bezogen auf das organische Lösemittel größer 6 Mass.-% gewählt, vorteilhaft größer 7 Mass.-%, besser größer 8 Mass.-%, besonders vorteilhaft größer 10 Mass.-%. Im Falle des Einsatzes von Alkoholen als organisches Lösemittel sollte der Wassergehalt aber kleiner als 14 Mass.-% gewählt werden, um zu vermeiden, dass das Öl nicht mehr hinreichend gelöst werden kann. Durch diese Begrenzung gelingt es, ein technofunktionelles Proteinpräparat zu erhalten das eine besonders helle Farbe und einen sehr hohen Proteingehalt aufweist.
Der Zusatz des Wassers zum organischen Lösemittel kann durch Bereitstellung von wasserhaltigem Lösemittel erfolgen, durch Zusatz von feuchtem Presskuchen bzw. feuchten Kürbiskernen oder durch einen direkten Zusatz von Wasser vor oder während der Lösemittel-Extraktion. Es können auch Kombinationen aus den genannten Maßnahmen gewählt werden. Wenn in einer Ausgestaltung als organisches Lösemittel Hexan zum Einsatz kommt, kann der Wassergehalt auch so eingestellt werden, dass er bezogen auf das Hexan höher als 14 Mass.-% ausfällt. Im Falle von Hexan bleibt die gute Löslichkeit für Öl erhalten, selbst wenn Wassergehalte bezogen auf das Lösemittel von z.B. größer 20 oder gar 30 Mass.-% genutzt werden. Somit ist der erfindungsgemäße Wassergehalt nur in Alkoholen auf maximal 14 Mass.-% limitiert, bei Hexan als Lösemittel gilt diese Limitierung nicht.
Es kann während der Behandlung von proteinreichen Presskuchen aus Kürbiskernen mit Wasser-Alkohol-Mischungen parallel zur Abtrennung des Öls und der Saccharose auch zu einer Denaturierung der Proteine kommen. Um diesen Effekt weitgehend zu umgehen, steht nur ein kleines Prozessfenster für diesen simultanen Trennschritt zur Verfügung. Dies umfasst nicht nur den festgelegten Wassergehalt, sondern auch die Temperatur und die Verweilzeit. Die Temperatur des Lösemittels während der Extraktion wird erfindungsgemäß zwischen 30°C und 75°C liegen, vorteilhaft zwischen 45°C und 65°C, besonders vorteilhaft zwischen 50°C und 65°C. Bei dieser Temperatur sind die gewählten Mischungen aus Wasser und organischem Lösemittel in der Lage, sowohl Öl als auch lösliche Kohlenhydrate aus den Kürbiskernen abzutrennen, ohne gleichzeitig eine zu weitgehende Denaturierung der Proteine zu bewirken. Die Dauer des Kontakts zwischen organischem Lösemittel und dem Presskuchen bzw. dem Proteinpräparat bei Temperaturen oberhalb 45°C liegt beim erfindungsgemäßen Verfahren zwischen 30 Minuten und 12 Stunden, vorteilhaft zwischen 1 Stunde und 5 Stunden, besonders vorteilhaft 1 bis 2 Stunden. Die oben genannten Temperaturbereiche sollten aber auch gewählt werden, wenn Hexan als Lösemittel zum Einsatz kommt, um eine thermische Schädigung der Proteine weitgehend zu vermeiden.
Für die Extraktion kann eine konventionelle Perkolations- extraktion zum Einsatz kommen, bei der eine Schüttung aus Presskuchenpartikeln oder Partikeln, die hinsichtlich Partikelgröße/form oder -feuchte konditioniert wurden, mit dem Lösemittel überströmt wird, damit ein Austrag von Öl und Saccharose in das organische Lösemittel bzw. in das Wasser erfolgen kann. Da bei diesem Vorgang aus den Kürbiskernpress kuchen feine Partikel abgelöst werden und mit dem Lösemittel ausgetragen werden können, sind umfangreiche Filtrations vorrichtungen vorzusehen, um ein Verstopfen von Pumpen und Rohrleitungen oder Produktverluste zu vermeiden. Um diesen Vorgang zu unterbinden oder zumindest zu begrenzen kann es von Vorteil sein, den konditionierten oder nicht konditionierten Presskuchen vor der Extraktion in Pellets zu pressen, aus denen sich während der Extraktion deutlich weniger Feinpartikel herauslösen. Dadurch kann der Aufwand der Filtration deutlich reduziert werden.
Da ein Verlust an Feinpartikeln bei der Perkolations- extraktion nicht vollständig vermieden werden kann, ist es von Vorteil, eine Immersionsextraktion vorzugsweise z.B. in einem Mixing-Settling-Verfahren durchzuführen. Besonders vorteilhaft gestaltet sich eine mehrstufige Immersions extraktion. Bei diesem Verfahren tauchen die Presskuchen bzw. die konditionierten Presskuchen ganz in das Lösemittel ein.
In einem Immersionsextrakteur ist es möglich, die Partikel wie oben beschrieben mit einem Rührer simultan zur Extraktion zu zerkleinern. Damit gelingt es zudem, eine stufenweise Zerkleinerung der Presskuchen in mehreren hintereinander angeordneten Extraktionsbehältern durchzuführen. Im Anschluss an den ersten Extraktionsschritt können Lösemittel und Raffinat mechanisch getrennt werden, vorteilhaft durch Sedimentation. Die ölhaltige Miscella im Überstand kann im Anschluss destilliert und das rückgewonnene Lösemittel kann erneut für die Extraktion einer von Presskuchenpartikeln mit einer feineren Partikelgrößenverteilung zum Einsatz kommen. Der von Lösemittel getrennte Presskuchen (Raffinat) kann mit frischem Lösemittel versetzt werden und damit nochmals entölt werden. Der Lösemittelüberstand aus der Behandlung eines mit weniger Öl belasteten Raffinats kann zur Reduktion der gesamten Lösemittelmenge erneut für die Extraktion eines mit mehr Öl belasteten Raffinats genutzt werden und so weiter. Damit erhält man eine Gegenstromextraktion mit Rührbehältern. Alternativ kann eine Gegenstromextraktion auch in einem Schnecken-, Kammer- oder Bandextrakteur realisiert werden.
Ein besonderer Vorteil des Einsatzes der Sedimentation ergibt sich aus der Möglichkeit, die Sedimentationsdauer zur Einstellung der Trennschäfte Fest-Flüssig-Trennung festzu legen. Hierbei findet im Anschluss an eine Extraktion, die mit definierten Partikelgrößen durchgeführt wird, nach Stoppen des Rührens eine Sedimentation im Erdschwerefeld bis zu einem definierten Volumenverhältnis aus Raffinat und Überstand statt. Dieser Vorgang kann vorteilhaft unterstützt werden durch einen von oben die Sedimentation der Partikel beschleunigenden oder absinkenden Filter- oder Siebboden oder durch ein Anlegen eines Vakuums unterhalb eines Filters unter der Sedimentationsschicht (z.B. Nutsche). Bei der Sedimentation ist es sinnvoll, bei einem vorher festgelegten Volumenanteil des Überstands von mindestens 50%, vorteilhaft größer 60%, besonders vorteilhaft größer 70% den Überstand vom Raffinat z.B. durch ein Absaugen abzutrennen.
Im Gegenstrom kann das Raffinat erneut mit Lösemittel beauf schlagt und die Suspension gerührt werden, bis sich aufgrund der Scherung während des Rührens eine neue Partikelgrößen verteilung einstellt. Im Anschluss findet der Sedimentations vorgang erneut statt. Der Vorgang des Vermischens und Absetzens des Raffinats kann mehrfach wiederholt werden, vorteilhaft erfolgt der Vorgang häufiger als 2-mal, besser häufiger als 3-mal, besonders vorteilhaft häufiger als 4-mal, so dass die Extraktion als mehrstufige Extraktion besonders vorteilhaft im Gegenstrom durchgeführt wird. Dabei ist es in einer Ausgestaltung des Verfahrens von Vorteil, in verschie denen Stufen der mehrstufigen Extraktion unterschiedliche Mischungsverhältnisse aus organischem Lösemittel und Wasser zu verwenden. So kann in der ersten Extraktionsstufe ein höherer Wassergehalt genutzt werden, um wasserlösliche Komponenten gezielt abzutrennen, in weiteren Extraktions schritten kann der Wassergehalt niedriger gewählt werden, um die Entölung effizienter zu machen, da z.B. ein Lösemittel wie Ethanol oder Propanol mit weniger Wasseranteil mehr Öl lösen kann. Dieses Vorgehen hat z.B. bei Einsatz von Ethanol als Lösemittel zudem den Vorteil, dass der Wassergehalt nur für kurze Zeit in der ersten Extraktionsstufe hoch ist, so dass die Proteindenaturierung minimiert werden kann. Dies zeigt überraschenderweise, dass bei Kürbiskernen eine Denaturierung der Proteine reduziert werden kann, wenn in verschiedenen Extraktionsstufen Lösemittel oder Lösemittelmischungen mit unterschiedlichen Polaritäten zum Einsatz kommen.
Neben der Mischung von Wasser und einem organischen Lösemittel wie Ethanol in einem Extraktionsschritt kann es auch von Vorteil sein, zunächst ein lipophiles Lösemittel einzusetzen und nach teilweiser Abtrennung des Lösemittels oder vollständiger Desolventierung des Raffinats ein hydrophiles oder wasserhaltiges Lösemittel zu verwenden. Dies kann die Belastung der Proteine durch Anwesenheit von Wasser weiter reduzieren.
Nachbehandlung und Desolventieren des Präparats: Im Anschluss an die Extraktion mit organischen Lösemitteln und Wasser kann das Präparat optional, zur Verbesserung der funktionellen Eigenschaften, mit wässrigen Enzym-Lösungen oder mittels Fermentation weiter behandelt oder direkt getrocknet werden. Die Trocknung wird vorteilhaft bei geringen Temperaturen unter 120 °C erfolgen, besser unter 100 °C, besonders vorteilhaft unter 80 °C, um die Proteine zu schonen und die Farbe im Präparat möglichst hell zu erhalten. Dafür wird vorteilhaft ein Trockner genutzt werden, der im Vakuum betrieben werden kann und dessen Druck am Ende der Trocknung zur Abtrennung der Lösemittelreste nochmal abgesenkt wird. Vorteilhaft erfolgt eine Absenkung des Drucks auf Werte kleiner 500 mbar, besser kleiner 200 mbar, besonders vorteilhaft kleiner 100 mbar. Durch diese Druckabsenkung am Ende der Trocknung kann eine weitere Temperaturreduktion während der Nachtrocknung und damit eine weitere Schonung der Proteine erreicht werden.
Nach der Trocknung erfolgt vorteilhaft eine Vermahlung der getrockneten Proteinpräparate zur Anpassung der Funktiona lität, denn unterschiedlich feine vermahlene Präparate zeigen deutlichen Unterschiede in den technofunktionellen Eigenschaften, wie z.B. in der Löslichkeit. Die Vermahlung erfolgt daher je nach Applikation auf d9o-Partikelgrößen kleiner 500 gm, vorteilhaft kleiner 250 gm, besser kleiner 150 gm, besonders vorteilhaft kleiner 100 gm. Beschreibung eines Einsatzes des Präparates:
Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Präparates aus Kürbiskernen zeigen sich besondere Vorteile bei der Herstellung von Proteinmischungen für Lebensmittel oder Heimtiernahrung aufgrund des vergleichsweise hohen Methioningehalts an den Aminosäuren von größer 2 Mass.-%. Vorteilhaft ist eine Mischung des erfindungsgemäßen Präparates mit Proteinanteilen aus Leguminosenprotein aus der Gruppe Erbse, Linse, Bohne, Ackerbohne, Erdnuss oder Soja, besonders vorteilhaft nur aus der Gruppe Erbse und Soja, besonders vorteilhaft nur Erbse. Eine erfindungsgemäße Mischung sollte >60 Mass.-%, vorteilhaft >70 Mass.-%, besonders vorteilhaft >80 Mass.-% Proteingehalt aufweisen. Das Verhältnis des erfindungsgemäßen Proteins zur gesamten Masse der Mischung sollte größer sein als 5 Mass.-% und kleiner 95 Mass.-%, vorteilhaft größer als 10 Mass.-% und kleiner als 90 Mass.-%, besonders vorteilhaft größer 25 Mass.-% und kleiner 75 Mass.-%, am besten größer 40 Mass.-% und kleiner 60 Mass.-%. Damit gelingt es in besonderem Maße, die Funktionalität der Leguminosenproteine mit der guten Sensorik und Farbe des erfindungsgemäßen Präparates zu kombinieren.
Nachfolgend wird zur quantitativen Charakterisierung der hergestellten Proteinpräparate auf folgende Bestimmungs erfahren zurückgegriffen:
- Proteingehalt:
Der Proteingehalt ist definiert als der Gehalt, der sich aus der Bestimmung des Stickstoffs nach Dumas und dessen Multiplikation mit dem Faktor 6,25 errechnet. Der Proteingehalt wird in der vorliegenden Patentanmeldung in Massenprozent angegeben, bezogen auf die Trockensubstanz (TS), also die wasserfreie Probe. Farbe :
Die wahrnehmbare Farbe ist mittels CIE-L*a*b*- Farbmessung definiert. Dabei gibt die L*-Achse die Helligkeit an, wobei Schwarz den Wert 0 und Weiß den Wert 100 hat. Die a*-Achse beschreibt den Grün- oder Rotanteil und die b*-Achse den Blau- oder Gelbanteil.
- Proteinlöslichkeit:
Die Proteinlöslichkeit ist mittels Bestimmungsverfahren nach Morr et al. 1985 bestimmt, siehe den Zeitschriftenartikel: Morr C. V., German, B., Kinsella, J.E., Regenstein, J. M., Van Buren, J. P., Kilara, A., Lewis, B. A., Mangino, M.E, "A Collaborative Study to Develop a Standardized Food Protein Solubility Procedure. Journal of Food Science", Band 50 (1985) Seiten 1715-1718). Die Proteinlöslichkeit kann für einen definierten pH-Wert angegeben werden, falls kein pH- Wert genannt ist, beziehen sich die Daten auf einen pH-Wert von 7.
- Emulgierkapazität:
Die Emulgierkapazität wird mittels Bestimmungsverfahren (nachfolgend EC-Bestimmungsverfahren genannt) bestimmt, bei dem 100 ml einer 1 %igen Suspension des Proteinpräparats mit pH 7, Maiskeimöl zugegeben wird bis zur Phaseninversion der Öl-in-Wasser-Emulsion . Die Emulgierkapazität ist definiert als das maximale Ölaufnahmevermögen dieser Suspension, bestimmt über die spontane Abnahme der Leitfähigkeit bei der Phaseninversion (vgl. den Zeitschriftenartikel von Wäsche,
A., Müller, K., Knauf, U., "New processing of lupin protein isolates and functional properties". Nahrung/Food, 2001, 45, 393-395) und ist z.B. angegeben in ml Öl/g Proteinpräparat, d.h. Milliliter emulgiertes Öl pro Gramm Proteinpräparat
- Fettgehalt:
Der Fettgehalt wird bestimmt nach der Soxhlet Methode unter Verwendung von Hexan als Lösemittel. - Saccharose:
Der Gehalt an Saccharose wird mittels modifizierter Messung gemäß DIN 10758:1997-05 (inkl. Berichtigung 1 von Sep. 2018) mit HPLC-Verfahren bestimmt. Zur Probenvorbereitung werden die Zucker mit heißem Wasser aus der Probenmatrix extrahiert. Nach Abtrennung von Störstoffen werden die Extrakte mit Wasser auf ein definiertes Volumen aufgefüllt, filtriert und die Filtrate der HPLC-Messung zugeführt.
- Wasserbindung:
Das Wasserbindevermögen wird mittels dem ermittelt, wie es angegeben ist in: American Association of Cereal Chemists, "Approved methods of the AACC". 10th ed., AACC. St. Paul, MN, 2000b; Method 56-20. "Hydration capacity of pregelatinized cereal products". Das Wasserbindevermögen ist z. B. in ml/g angebbar, d. h. Milliliter gebundenes Wasser pro Gramm Präparat, und wird gemäß dem AACC-Bestimmungsverfahren bestimmt über das Gewicht des mit Wasser gesättigten Sediments abzüglich der Einwaage des trockenen Präparats nach Mischung von ca. 2 g Proteinpräparat mit ca. 40 ml Wasser für 10 Minuten und Zentrifugation bei 1000g für 15 Minuten bei 20°C.
- Ölbindung:
Das Ölbindevermögen ist in ml/g angebbar, d.h. Milliliter gebundenes Öl pro Gramm Präparat, und wird gemäß Zentrifugen- Bestimmungsverfahren gemessen als Volumen des ölbindenden Sediments nach Mischung von 1,5 g Proteinpräparat mit 15 ml Maiskeimöl für 1 Minute und Zentrifugation bei 700g für 15 Minuten bei 20°C. Ausführungsbeispiel :
200 g eines Kürbiskern-Presskuchens mit einem Ölgehalt von 23 Mass.-%, der mit Hilfe einer Presse bei einer mittleren Temperatur von 75 °C durch 2-maliges Pressen gewonnen wurde, wurde in einem Trockner auf eine Wasserfeuchte von 2,5 Mass.- % getrocknet und der Presskuchen in einem Mörser grob zerkleinert. Der zerkleinerte Presskuchen wurde mit jeweils 600 mL Lösemittel (Ethanol-Wasser-Mischung mit 7 Mass.-% Wassergehalt) 5-mal extrahiert. Dafür wurden in der ersten Stufe zu den 200 g Presskuchen 600 mL zugesetzt, 5 Minuten bei 50°C gerührt, danach der Rührer ausgeschaltet. Der Feststoff sedimentierte über 30 Minuten, im Anschluss wurden 300 mL an Überstand abgezogen und erneut 600 mL Lösemittel zugesetzt. Die folgenden Extraktionsschritte erfolgten analog, es wurden jeweils 600 mL zugegeben und 600 mL abgezogen. Im Anschluss wurde das letzte Raffinat bzw. Sediment in einem Trockenschrank für 24 Stunden getrocknet und anschließend mit einem Sieb mit 1 mm Maschenweite gesiebt. Bei der Siebung gelang es, rund 50% der erhaltenen Anteile des Integuments abzutrennen, die vor der Pressung nicht entfernt werden konnten. Somit konnte die Grünfärbung reduziert und die Helligkeit des Präparats zu verbessert werden. Nach der Siebung erfolgte eine Vermahlung auf kleiner 250 pm.
Das Präparat wies einen angenehm nussigen Geschmack auf und einen Proteingehalt von 76,4 %, eine Proteinlöslichkeit von 13,3% bei pH 7 und eine Emulgierkapazität von 160 mL/g. Bei der L*a*b-Messung konnte ein L*-Wert von 91,9 ermittelt werden. Die nachfolgenden Tabellen 2 und 3 geben die Zusammensetzung und funktionelle Eigenschaften dieses Präparats an. Tabelle 2: Zusammensetzung des Kürbiskern-Proteinpräparats im Vergleich zu Kürbiskernen vor der Behandlung
Tabelle 3: Funktionelle Eigenschaften von mit Ethanol extrahierten Proteinpräparaten
Anwendungsbeispiel :
20 g des Kürbiskern-Präparates aus dem Ausführungsbeispiel wurden als Ersatz für ein Ei in eine Muffinrezeptur gegeben. Die Funktionalität war sehr ansprechend, die Muffins hatten eine lockere Krume, eine braune Kruste und einen sehr angenehmen Geschmack. Das Präparat eignet sich besonders für Applikationen wie Nuss- oder Schokoladenkuchen.

Claims

Patentansprüche
1. Proteinpräparat, welches aus Kürbiskernen hergestellt ist, mit einem
- Proteingehalt von mehr als 60 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse, und
- einem Fettgehalt unter 6 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse, bestimmt nach der Soxhlet Methode unter Verwendung von Hexan als Lösemittel,
- wobei das Proteinpräparat eine Helligkeit L* von größer als 70 aufweist, bestimmt gemäß CIE-L*a*b*- Farbmessung bei einer d90-Partikelgröße des Proteinpräparats unter 250 gm oder nach einem Vermahlen des Proteinpräparats auf eine d90-Partikelgröße unter 250 gm.
2. Proteinpräparat nach Anspruch 1, das eine Helligkeit L* von größer als 80, vorzugsweise größer als 90 aufweist.
3. Proteinpräparat nach Anspruch 1 oder 2, das einen Restgehalt an Integument der Kürbiskerne von weniger als 10 Mass.-%, vorzugsweise weniger als 6 Mass.-%, vorteilhaft weniger als 3 Mass.-%, besonders bevorzugt weniger als 1 Mass.-%, bezogen auf die Trockenmasse des Präparats, aufweist.
4. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Proteingehalt mehr als 70 Mass.-% beträgt, vorzugsweise mehr als 75 Mass.-%, besonders bevorzugt mehr als 78 Mass.-%.
5. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Fettgehalt unter 4 Mass.-% liegt, vorzugsweise unter 3 Mass.-%, besonders bevorzugt unter 2 Mass.-%.
6. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Anteil an Saccharose weniger als 4 Mass.-%, vorzugsweise weniger als 2 Mass.-%, besonders bevorzugt weniger als 1,5 Mass.-% oder weniger als 1 Mass.-%, bezogen auf die Trockenmasse beträgt.
7. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Emulgierkapazität, bestimmt nach dem in der Beschreibung angegebenen EC-Bestimmungsverfahren, mehr als 250 ml/g beträgt, vorzugsweise mehr als 350 ml/g, besonders bevorzugt mehr als 400 ml/g oder mehr als 500 ml/g.
8. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das eine Wasserbindung aufweist, die mehr als 1 ml/g beträgt, vorzugsweise mehr als 2 ml/g, besonders bevorzugt mehr als 3 ml/g, bestimmt nach AACC- Bestimmungsverfahren, und/oder eine Ölbindung aufweist, die mehr als 1 ml/g beträgt, vorzugsweise mehr als 2 ml/g, besonders bevorzugt mehr als 2,5 ml/g, bestimmt mittels Zentrifugen-Bestimmungsverfahren.
9. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das einen Anteil an Alkohol, insbesondere Ethanol, von > 0,001 Mass.-%, bevorzugt > 0,01 Mass.-%., besonders bevorzugt > 0,1 Mass.-% oder > 0,5 Mass.-%, aufweist, der jedoch weniger als 1 Mass.-% beträgt.
10. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das einen Anteil an Hexan von > 0,0005 Mass.-%, bevorzugt > 0,001 Mass.-%., aufweist, der jedoch weniger als 0,005 Mass.-% beträgt.
11. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das eine d90-Partikelgröße von weniger als 500 pm aufweist, vorzugsweise weniger als 250 pm, vorteilhaft von weniger als 150 mpi, besonders bevorzugt von weniger als 100 mpi.
12. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dem zusätzlich Leguminosenproteine aus der Gruppe Erbse, Linse, Bohne, Ackerbohne, Erdnuss oder Soja, vorzugsweise nur aus der Gruppe Erbse und Soja, besonders bevorzugt nur aus Erbse, zugemischt wurden.
13. Verwendung des Präparats nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als Zutat in Lebensmitteln, Heimtiernahrung und Futtermitteln.
14. Verfahren zur Gewinnung eines Proteinpräparats aus Kürbiskernen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit wenigstens folgenden Schritten:
- Schälen der Kürbiskerne oder Bereitstellen von geschälten Kürbiskernen;
- mechanische Teilentölung der geschälten Kürbiskerne, bei der eine mittlere Temperatur der geschälten Kürbiskerne unter 100°C gehalten wird;
- Durchführung eines oder mehrerer Extraktionsschritte zur weiteren Entölung der teilentölten Kürbiskerne, optional nach einer Vermahlung oder Flockierung, bis auf einen Restölgehalt von unter 6 Mass.-%, bei der auch ein Anteil an Saccharose abgetrennt wird, wobei der eine oder die mehreren Extraktionsschritte mit einer oder mehreren Alkohol-Wassermischungen oder mit Alkohol oder Hexan als Lösungsmittel unter Anwesenheit von Wasser durchgeführt werden, jeweils mit einem Wasseranteil im Bereich zwischen > 6 Mass.-% und < 14 Mass.-% bei Alkoholen und zwischen > 6 Mass.-% und < 14 Mass.-% bei Hexan, oder wobei die mehreren Extraktionsschritte mit Alkohol oder Hexan als einem ersten und mit Wasser als einem zweiten Lösungsmittel durchgeführt werden; und
- Trocknung des nach Durchführung des einen oder der mehreren Extraktionsschritte erhaltenen Raffinats.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Kürbiskerne mit einem Restanteil an trockenem Integument von weniger als 100 Mass.-%, vorzugsweise weniger als 75 Mass.-%, besser weniger als 50 Mass.-%, besonders bevorzugt weniger als 10 Mass.-%, bezogen auf das ursprünglich in den Kürbiskernen enthaltene trockene Integument, bereitgestellt oder das Integument bis auf diesen Restanteil entfernt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die mittlere Temperatur der geschälten Kürbiskerne bei der mechanischen Teilentölung unter 80°C gehalten wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem die weitere Entölung der teilentölten Kürbiskerne bis auf einen Restölgehalt von unter 4 Mass.-%, vorzugsweise unter 3 Mass.-%, besonders bevorzugt unter 2 Mass.-% erfolgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem der eine oder die mehreren Extraktionsschritte mit einer oder mehreren Alkohol-Wassermischungen als Lösungsmittel oder mit Alkohol als Lösungsmittel unter Anwesenheit von Wasser durchgeführt werden, wobei der Wasseranteil jeweils im Bereich zwischen > 6 Mass.-% und < 14 Mass.-%, vorzugsweise zwischen > 10 Mass.-% und <
14 Mass.-% liegt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem der Wasseranteil bei einer mehrstufigen Extraktion bei der ersten Stufe am höchsten und bei einer oder mehreren nachfolgenden Stufen niedriger gewählt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem eine Temperatur des Lösungsmittels bei der Durchführung des einen oder der mehreren
Extraktionsschritte zwischen 30°C und 75°C gewählt wird, vorzugsweise zwischen 45°C und 65°C, besonders bevorzugt zwischen 50°C und 65°C.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem eine Dauer des Kontakts zwischen dem Lösungsmittel und den teilentölten, gegebenenfalls vermahlenen oder flockierten, Kürbiskernen bei Temperaturen des Lösungsmittels von > 45°C zwischen 30 Minuten und 12 Stunden, vorzugsweise zwischen 1 Stunde und 5 Stunden, besonders bevorzugt zwischen 1 und 2 Stunden gewählt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, bei dem die mechanische Teilentölung bis auf einen Restölgehalt erfolgt, der zwischen > 8 Mass.-% und < 40 Mass.-%, vorzugweise zwischen > 8 Mass.-% und < 30 Mass.-%, besonders bevorzugt zwischen > 8 Mass.-% und < 25 Mass.-% oder zwischen > Mass.-% 8 und < 20 Mass.-% liegt.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, bei dem die geschälten Kürbiskerne vor der mechanischen Teilentölung durch Einstellung der Feuchte der Samen auf einen Wassergehalt in den Samen zwischen 2 und 8 Mass.- %, vorzugsweise zwischen 3 und 6 Mass.-%, besonders bevorzugt zwischen 4 und 5,5 Mass.-%, konditioniert werden.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, bei dem die Kürbiskerne vor der mechanischen Teilentölung auf eine Temperatur > 40°C, vorzugsweise > 50°C, vorteilhaft > 60°C, besonders bevorzugt > 75°C, erwärmt werden.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 24, bei dem die Kürbiskerne vor der mechanischen Teilentölung grob auf eine Kantenlänge zwischen 0,5 und 7 mm, vorteilhaft zwischen 0,5 und 5 mm, besonders vorteilhaft zwischen 0,5 und 2 mm, zerkleinert werden.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, bei dem die teilentölten, gegebenenfalls grob zerkleinerten, vermahlenen oder flockierten, Kürbiskerne vor der Durchführung des einen oder der mehreren Extraktionsschritte durch Absenken der Feuchte auf eine Restfeuchte von < 8 Mass.-%, vorzugsweise < 5 Mass.-%, besonders bevorzugt < 3 Mass.-% oder < 2 Mass.-%, konditioniert werden.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 26, bei dem eine Partikelgröße der teilentölten Kürbiskerne vor der Durchführung des einen oder der mehreren Extraktionsschritte auf einen d90-Wert von < 2 mm, vorzugsweise < 1 mm, besonders bevorzugt < 0,5 mm oder < 0,2 mm gebracht wird, wobei ein Anteil an Feinkorn mit einer Partikelgröße kleiner 100 pm < 50 Mass.-%, vorzugsweise < 25 Mass.-%, besonders bevorzugt < 10 Mass.-% beträgt.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 26, bei dem die teilentölten Kürbiskerne vor der Durchführung des einen oder der mehreren Extraktionsschritte auf eine Flockendicke von < 2 mm, vorzugsweise < 0,5 mm, besonders bevorzugt < 0,2 mm flockiert werden.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 28, bei dem die Trocknung des Raffinats bei einer Temperatur von < 120 °C, vorzugsweise < 100 °C, besonders bevorzugt < 80 °C erfolgt.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 29, bei dem die Trocknung des Raffinats ein einem Vakuumtrockner durchgeführt wird, wobei am Ende der Trocknung eine Absenkung des Drucks auf < 500 mbar, vorzugsweise < 200 mbar, besonders bevorzugt < 100 mbar erfolgt.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 30, bei dem vor der Trocknung des Raffinats eine Behandlung des Raffinats mit wässrigen Enzym-Lösungen oder mittels Fermentation erfolgt.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 31, bei dem das Raffinat nach der Trocknung auf eine definierte Partikelgrößenverteilung mit einem d90-Wert von < 500 gm, vorzugsweise < 250 gm, besonders bevorzugt < 150 pm oder < 100 pm, vermahlen wird.
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