NL8003624A - Werkwijze voor het verlagen van de gelerings- temperatuur van weiproteinen, verkregen uit melk. - Google Patents

Description

! X

i VO 630

Titel: Werkwijze voor het verlagen van de geleringstemperatuur van wei-proteïnen, verkregen uit melk.

De uitvinding "betreft een werkwijze voor het verlagen van de geleringstemperatuur van wei-proteïnen verkregen uit melk, speciaal caseïnewei of kaaswei.

Eiwitten zijn essentieel in het menselijke dieet, omdat zij de 5 essentiële aminozuren verschaffen. Vele eiwitten worden voorts gebruikt vanwege hun fysische en voedingseigenschappen, en wel in voedingsmiddelen, waarin gelvorming,. schuimen, emulgeren of verdikkingskwaliteiten worden gevraagd en deze eigenschappen worden gewoonlijk aangeduid als de functionele eigenschappen van een eiwit. Caseïne, eiproteïnen, ge-10 latine en gluten zijn alle voorbeelden van eiwitten, die eerder vanwege hun functionele eigenschappen dan vanwege hun voedingseigenschappen worden gebruikt. In de laatste jaren is*veel werk verricht wat betreft het winnen van eiwitten uit melkwei en hoesel de voedingssuperioriteit van weiproteïnen buiten discussie staat is het functionele gebruik van 15 proteïnen betrekkelijk klein, ook al vanwege hun vrij slechte fysische eigenschappen. Er bestaan op het ogenblik technische werkwijzen, waarbij weiprodukten met tot 90$ of meer weiproteïne kunnen worden verkregen, maar ook deze produkten zijn betrekkeli.ik benerkt wat’betreft hun functioneel gebruik, omdat de schuim- en geleigenschappen gewoonlijk 20 slechter zijn dan die van eiproteïnen, terwijl de viscositeitseigen-schappen achterliggen bij die van caseïne, gelatine of sojaeiwitten.

De totale wei-proteïnefractie wordt gevormd door globulaire proteïnen welke wel degelijk kunnen worden gebruikt op een functionele manier. De specifieke functionele eigenschappen van weiproteïne in 25 technische produkten liggen evenwel op het ogenblik op een niveau, waarbij ze over het algemeen net niet equivalent zijn met eiwitten uit andere bronnen.

Men heeft geprobeerd wei-eiwitten af te breken tot peptiden en aminozuren door een hydrolyse bij een specifieke pH om de schuim-30 eigenschappen van dit soort eiwitten te verbeteren. Een dergelijk procédé is echter ongunstig gebleken voor de geleigenschappen van dit soort proteïnen.

Ook is voorgesteld de schuimeigenschappen van waterige oplossingen met daarin opgeloste kaasweiproteïnen, speciaal kaasweiproteïne-35 concentraten verkregen door een gelfiltratie van gedeeltelijk van 800 3 6 24 .I*4· ' -2- te verbeteren melksuiker bevrijde kaaswei/ door de waterige eiwit oplos sing te verhitten op een temperatuur tussen 90 en 99°C en wel gedurende ten hoogste 5 minuten, liefst niet meer dan 6 seconden, bij een pH van 5-8,5, liefst 6-7,5; gevolgd door afkoelen van de oplossing beneden 60°C en kleppen 5 van de waterige oplossing binnen 8 uren na deze verhittingsbehandeling.

De aldus verkregen oplossingen bleken echter minder geschikt voor een vervanging van het wit van eieren in voedingsmiddelen, waarbij gebruik wordt gemaakt van de coagulatieeigenschappen van dit wit van eieren.

De uitvinding betreft nu een werkwijze waarbij de gelei-·.·’. · 10 genschap van weinrotexnen zodanig kan worden gewijzigd, dat de temperatuur waarbij gdéring; optreedt, lager is dan die van de niet gemodif-ceerde proteïnen.

Daarbij werd gevonden, dat de structuur van weiprotelneO·. zodanig kan worden gewijzigd, dat een interactie tussen de gemodificeerde pro-15 teïnemoleculen bij een lagere temperatuur optreedt dan tussen ongemodificeerde proteïnemoleculen, waardoor de geltemperatuur van de .proteïnen wordt verlaagd. Deze modificatie bleek cp te treden, wanneer de proteïnen voldoende lang bij verhoogde temperaturen warden bewaard, terwijl de pH van het systeem op een zodanig niveau wordt gehouden, dat 20 precipitatie, coagulatie of gelering'van de proteïnen tijdens deze hittebehandeling wordt vermeden.

Volgens de uitvinding wordt dus de geleringstemperatuur van wei-proteïnen uit melk verlaagd door een waterige oplossing van dergelijke weiproteïnen met een proteïneconcentratie van 0,5-10 (g/v) % op een 25 temperatuur van tenminste 70°C te houden, waardoor het aantal reactieve sulfhylrylgroepen wordt verhoogd, waarbij de tijdsduur van deze hittebehandeling en de pH van de oplossing beide zodanig worden gekozen, dat precipitatie, geleren of coagulatie van de eiwitten tijdens deze hittebehandeling wordt vermeden, waarna tenslotte de resulterende oplossing 30 weer wordt afgekoeld.

Wil de modificatie binnen een redelijke tijd plaatsvinden, dan moet de temperatuur op of boven 70°C worden gehouden. Voor een gegeven mate van modificatie van de eiwitten staan temperatuur en duur van de behandeling met elkaar in verband; over het algemeen zijn bij hogere 35 temperaturen lagere behandelingsduren en bij lagere temperaturen langere 800 3 6 24 -3- behandelingsduren nodig. De temperatuur moet hoog genoeg zijn om de benodigde modificatie te doen optreden, maar niet zo hoog dat coagulatie, precipitatie of een extensieve verbreking van de primaire peptidebin-dingen optreedt, hoewel S-S of andere labiele bindingen binnen, de ei-5 witmoleculen mogen worden verbroken.

Het effect van de onderhavige modificatiebehandeling op de ei-witmoleculen is dat de eiwitmoleculen worden geopend en daarbij een of meer inwendige. SH of S-S-groepen reactief worden, die in de natuurlij'ke vorm van de eiwitmoleculen binnen het eiwitmolecuul zijn opgesloten en 10 niet voor reacties beschikbaar zijn. Aangenomen wordt, dat de opening van de eiwitmoleculen tevens een toename veroorzaakt in de disulfide-groepen die beschikbaar zijn,voor interactie metsulfhydrylgroepen in andere eiwitmoleculen en dat dit althans gedeeltelijk.een rol speelt bij de verlaging van de geleringstemperatuur. Aangenomen wordt, dat de 15 extra beschikbaar gekomen sutffiydrylgroepen en disulfidegroepen een interactie van de eiwitmoleculen verhoogt, waardoor de geleringstemperatuur wordt verlaagd.

De modificatiebehandeling wordt uitgevoerd bij eiwitten in oplossing, d.w.z. in een waterige oplossing. De concentratie van de eiwitten 2Ö in.deze oplossing kan variëren van 0,5 tot 10 % (g/v). Beneden 0,5$ worden de oplossingen oneconomisch te verwerken, en boven 10% wordt het moeilijk zo niet onmogelijk een ongecontroleerde interactie van de eiwitmoleculen te vermijden, waardoor onoplosbaarheid, precipitatie of zelfs geleren in de behandelingsinstallatie kan optreden. Bij voorkeur zijn ^5 de eiwitten in de waterige oplossing aanwezig in een concentratie van 3-5$·

Het is essentieel, dat tijdens de hittebehandeling geen precipitatie, geleren of hittecoagulatie optreedt. Om dit te bereiken moet de pH van de oplossing meestal zwak alkalisch zijn, b.v. zijn gelegen 3° tussen 7,5 en 9. Een zeer gunstige pH is ca. 8,0.

Voor normale procedures zal de temperatuur gewoonlijk beneden 90°C liggen, hoewel met ultra-hoge temperatuurteehniek veel lagere be-handelingsduren mogelijk zijn; en zelfs temperaturen van 120°C of meer zijn mogelijk gebleken.

35 De perioden gedurende welke de verhoogde temperatuur moet worden 800 3 6 24 « -k- gehandhaafd voor een "bepaalde mate van modificatie, d.w.z. een gegeven verlaging van. de geltemperatuur, is tevens afhankelijk van de concentratie van de eiwitten in de waterige oplossing. Voor elke gegeven verhoogde temperatuur zal naarmate de concentratie hoger is de be-5 nodigde tijd voor een gegeven mate van modificatie langer zijn. B.v. is voor een 3$’s concentratie 30 seconden hij 90°C of 30 minuten hij 70°C gunstig gebleken. Voor een 3$'s concentratie moeten de temperaturen en de andere parameters zo worden gekozen, dat de verblijfstijd hij de verhoogde temperatuur hij voorkeur tussen 3 en 5 minuten is 10 gelegen. Gewoonlijk kan dit worden bereikt met temperaturen tussen 75 en 85°C. Bij concentraties beneden 31 zouden hij een gegeven temperatuur langere behandelingsduren nodig zijn voor dezelfde mate van modificatie. Mati- concentraties van meer dan 2%, b.v. 5-10$, moet men gewoonlijk met kortere behandelingsduren werken om bij een gegeven temperatuur 15 dezelfde modificatie te bereiken.

De modificatie volgens de uitvinding kan worden toegepast bij ongeconcentreerde melkwei, maar bij voorkeur wordt de vei eerst ge-ultrafiltreerd. Liefst wordt de onderhavige werkwijze uitgevoerd op een geconcentreerde, afgescheiden wei, waarin de proteineconcentratie in 20 de orde ligt van 3$ (g/v). Ook een gefractioneerde melkwei kan worden toegepast maar indien de fractionering te ver is voortgezet kunnen bepaalde individuele fracties niet aan het proces beantwoorden. Men moet er beslist voor zorgen, dat bij elke concentratie of fractianerings-• techniek de eiwitten ^al? zodanig hoge temperaturen worden blootgesteld, 25 dat een denaturering van de proteïnen kan optreden, speciaal indien concentraten van verschillende bronnen worden gebruikt.

Bij een voorkeurswerkwijze voor het uitvoeren van·de uitvinding wordt een melkwei met een eiwitconcentratie van ca. 3% met een verdund alkalimetaalhydroxide, bij voorbeeld natronloog^op pH 8,0 ge-30 bracht. Vervolgens wordt de temperatuur van de wei op 70-90°C verhoogd en daarop gedurende 30 minuten tot 30 seconden bewaard,ofwel onder toepassing van een continu procédé met warmteuitwisselaars, danwel onder toepassing van een chargegewijze techniek. Na afloop van de hittebehandeling wordt de wei snel gekoeld en bij voorkeur de pH op 6,5-7,0 35 gebracht, waarna de wei wordt geconcentreerd en gedroogd tot een droog 800 36 24 -5- gemodificeerd weiproteïneprodukt. Concentratie bij lage temperatuur en sproeidrogen van betrekkelijk verdunde oplossingen zijn zeer geschikt gebleken ter vermijding van een eventuele denaturering van de eiwitten. Een analyse van de gemodificeerde weiprotelnen, verkregen volgens 5 de uitvinding, heeft aangetoond, dat het beschikbare sulfhydrylgehalte was. verhoogd vergeleken met de ongemódificeerde proteïnen. Bepaling van de geleringstemperatuur van gereconstitueerde ongemodificeerde en gemodificeerde eiwit oplos singen met 15/¾ (g/v) proteïne heeft aangetoond, dat de gemodificeerde eiwitten bij een lagere temperatuur geleren, 10 maar dat er geen significante verlaging optreedt in de gelsterkte bij vergelijking van gelen uit gemodificeerd en ongemodificeerd proteïne.

De mate waarin de geleringstemperatuur wordt verlaagd hangt af van het gecombineerde effect van de temperatuur en de behandelingsduur bij een gegeven concentratie aan weiprotelnen in de behandelde oplos-15 sing. Voor een gegeven concentratie weiproteïne en een gegeven temperatuur zal de mate waarin de geleringstemperatuur wordt verlaagd groter zijn bij toename van de behandelingstijd en bij een gegeven concentratie aan weiproteïne en een gegeven behandelingsduur zal de verlaging van de geleringstemperatuur groter zijn naarmate de temperatuur hoger 20 is.

De volgende voorbeelden lichten de uitvinding nader toe.

Voorbeeld I;

Een weiproteïneconcentraatpoeder verkregen door ultrafiltreren en • sproeidrogen bij lage temperatuur (met 85$ eiwit, 8,5¾ vet en 3% lac- 25 tose) werd in water gereconstitueerd tot een oplossing met 3% eiwit.

De pH van deze oplossing werd met verdunde natronloog op 8,0 gebracht en de temperatuur gedurende 30 seconden op 90°C gehouden, waarna snel werd afgekoeld in een ijswaterbad. De oplossing werd vervolgens met een verstuivingsdroger rredroogd. Analyse van het gedroogde produkt -6 30 toonde aan, dat het suLf^drylgehalte was toegencmen van 2 x 10 /umol/g -6 ' tot 20 x 10- ^pmol/g. Wanneer een oplossing met 15¾ (g/v) eiwit van dit preparaat werd bereid verkreeg men bij 25°C een stevig gel, terwijl de ongemodificeerde weiprotelnen een temperatuur van T2°C nodig hadden alvorens een stevig gel werd gevormd.

35 Voorbeeld II: 80 0 3 6 24 0 -6-

Voorbeeld. I werd herhaald, met dit verschil, dat de weiproteïne-oplossing 3 minuten op 80°C werd verwarmd. Als resultaat van deze behandeling nam. het sulihydrylgehalte toe tot 8,0 x 10~^ pmol/g en de geltemperatuur werd verlaagd tot ca. 50°C.

5 Voorbeeld III:

Voorbeeld I werd herhaald, met dit verschil, dat de weiproteïne-oplossing een concentratie had van ¥% en 10 minuten bij 80°C,_werd bewaard. Als resultaat van deze behandeling nam het vrije sulfhydrylge- -6 halte toe tot. 9,0 x 10 /umol/g, terwijl een 15%'s waterige oplossing 10 van de behandelde proteïne een geltemperatuur had van 50°C.

Voorbeeld IV;

Voorbeeld I werd herhaald, met dit verschil, dat de proteïne oplossing een concentratie had van 5% en 10 minuten op 80°C weid. gehouden. Bij deze behandeling nam het vrije si^föydrylgehalte toe tot 16,2 x 10 ^umol/g 15 terwijl een 15%'s waterige oplossing van dit behandelde proteïne een geltemperatuur had van 1+2 °C.

Voorbeeld V:

Voorbeeld I werd herhaald, met dit verschil, dat de proteïnecp- lossing een concentratie had van 10% en 10 minuten bi.i 80°C werd be- 20 waard. Als gevolg van deze behandeling nam het vrije sulfhydrylgehalte -6 ' toe tot 22 x 10 yomol/g, terwijl een 15%'s oplossing van dit behandelde proteïne een geltemperatuur had van 36°C.

Door de parameters van de concentratie, de temperatuur en de be-handelingsduur te variëren, kunnen produkten worden verkregen met gel-25 temperaturen tussen 25 en T2°C, waardoor het aantal toepassingsmogelijkheden van weiproteïne aanmerkelijk kan worden verhoogd. Voorts worden aldus produkten mogelijk met een bepaalde geltemperatuur en een bepaalde gelsterkte. Het volgens de uitvinding verkregen produkt kan natuurlijk ook worden gebruikt gemengd met onbehandelde weiproteïnen 30 of materialen uit andere bronnen.

800 36 24

Claims (8)

1. Werkwijze voor het verlagen van de geltemperaturen van weipro-teïnen uit melk, met het kenmerk, dat men een waterige oplossing van de totale weiproteïnefractie met een concentratie aan proteïnen tussen 0,5 en 10# (g/v) hij temperaturen van tenminste 70°C enige tijd be-5 waart ter verhoging van fet^eac^ieve sul£i$rclrylgroepen, waarbij de ver-hittingsduur en de pH van de oplossing zodanig op elkaar worden afgestemd, dat een precipitatie, geleren of coagulatie van de eiwitten tijdens deze behandeling wordt vermeden; en vervolgens de verkregen oplossing weer afkoelt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de concentratie van de protelnoiin de waterige oplossing is gelegen tussen 0,5 en 10#.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de concentratie van de proteïnen in de waterige oplossing is gelegen tussen 3 15 en 5#· U. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de pH van de oplossing is gelegen tussen 755 en 9·

5. Werkwijze volgens conclusie h, met het kenmerk, dat de pH om streeks 8 bedraagt.

6. Werkwijze volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de temperatuur van de waterige oplossing beneden 90°C wordt gehouden.

7· Werkwijze volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de concentratie van de eiwitten in de waterige oplossing ca. 3# (g/v) bedraagt.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de waterige oplossing gedurende 30 seconden tot 30 minuten op 90 tot 70°C -wordt gehouden met evenredige tussencijfers.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de waterige oplossing 5 tot 3 minuten op 75 tot 85°C wordt gehouden. 30 35 800 3 6 24