NO137624B - Fremgangsm}te for fremstilling av n{ringsmiddelfunksjonelle proteiner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av funksjonelle næringsmiddelproteiner fra proteinholdig materiale, hvorved proteinet først oppløses i vann sammen med et proteinløsningshjelpemiddel som utgjøres av urinstoff eller guanidinhydrpklorid, og deretter, etter fraseparering av utgangsmaterialets øvrige, uløste komponenter, gjenvinnes i koa-gulert form ved at proteinløsningshjelpemidlets konsentrasjon på forskjellige måter reduseres i forhold til proteinet. Denne behandling tilveiebringer, til forskjell fra andre proteinfrem-stillingsmetoder,at proteinpreparatene etter oppvarmning, frysning, frysning og tørkning, eller tørkning oppnår enestående funksjonelle egenskaper, noe som i høy grad forenkler de opp-nådde proteiners anvendelse i næringsmidler. Med funksjonelle egenskaper tenker man blant annet på at proteinet har høy vannbindingsevne, kjøttlignende struktur og at det positivt bidrar til sluttproduktenes aroma og smak. I tillegg kommer at de tillempede prosesser ikke skal innvirke særlig på proteinkonsentratets næringsverdi og heller ikke ha omgivelsesfor-styrrende effekter.

Det er allerede kjent å løse proteiner på denne måte (kfr. US-patentskrift nr. 2 717 835). Man har imidlertid i dette tilfelle latt den store mengde urinstoff forbli i pro-duktet, som er inndampet for konservering. Man har imidlertid deretter vært nødt til å kvitte seg med større mengder av det tilsatte urinstoff, ved forgjæring i nærvær av melasse.

Resterende urinstoff nedbrytes til ammoniakk og kar-boksylsyre ved tilsetning av enzymet urease. Herved har man fremfor alt fra fiskeavfall oppnådd et tørket pulver som inneholder proteiner, nedbrutte proteiner, gjær, forgjæringspro-

dukter og karbohydrater. Dette pulver har vært ment for anvendelse som dyrefor (kfr. US-patentskrift nr. 2 717 836).

De fremgangsmåter som er beskrevet i begge de nevnte patent-skrifter, synes å være uøkonomiske og er ikke blitt anvendt i noen større utstrekning.

US-patentskrift nr. 2 384 673 beskriver hydrolyse

av gelatin og fraskilling av oppløst gelatin fra urinstoff eller andre oppløsende midler ved utfelling eller dialyse,

noe som er vanlig biokjemisk praksis. Dialyse alene utfeller ikke gelatinet, som kan utvinnes ved fordampning av vannet fra den dialyserte løsning. I motsetning til den fremgangsmåte som benyttes i henhold til patentet, foregår det ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende,oppfinnelse utfelling av proteinet .

I det siste ti-år er det beskrevet tallrike metoder

for fremstilling av proteinkonsentrat, som er ment anvendt som menneskeføde.. Flere produkter er således fremkommet, men de fleste har av forskjellige grunner bare kunnet utnyttes som dyrefor, blant annet på grunn av at preparatene ikke har opp-

nådd egnede funksjonelle egenskaper.

I den herskende situasjon av en stadig knappere til-

gang på høyverdige proteiner er det av største betydning at et slikt protein, f.eks. fra fisk, som f or tiden bare anvendes som dyref6r i form av fiskemel, kan anrikes og konserveres på

en slik måte at proteinkonsentratenes funksjonelle egenskaper er slik at de tillater anvendelse i konvensjonelle næringsmiddel-typer.

Ved de fleste fremgangsmåter for fremstilling av proteinkonsentrat for fortæring av mennesker etterstrebes nå således oppnåelse av et så kjøttlignende produkt som mulig og at produktene ved innblanding i tradisjonelle matvarer merkes så lite som mulig. Allerede kjente tekstureringsprosesser bygger vanlig-vis på at et ved en annen fremgangsmåte fremstilt proteinkonsentrat gjenoppløses i en vannløsning av salt eller alkali,

samt at denne løsning presses gjennom dyser inn i et surt koagu-leringsbad, hvor trådene som er dannet på mekanisk måte, oppfan-ges og spinnes til et nettverk.

En generelt anvendbar metode for fremstilling av proteinkonsentrat med gode funksjonelle egenskaper er ikke beskrevet tidligere.

Oppfinnelsen viser at man på en enkel måte kan oppnå anrikede proteiner (proteinkonsentrat) med høy næringsverdi ved at de i en nøytral vannløsning sammen med et proteinløsningshjelpe-middel oppløste proteiner utfelles ved at proteinløsningshjelpe-midlet atter avskilles fra proteinet. Som proteinløsningshjelpe-middel anvendes her urinstoff eller guanidinhydroklorid. Det proteinholdige materiale utgjøres fremfor alt av fisk, kjøtt, skalldyr, vekster, mikroorganismer og sopp. Blant vekstene kan det nevnes alger og blant skalldyrene krill (en liten reke).

Som utgangsmateriale kan det til og med anvendes proteinpreparater som er oppnådd på annen måte enn ved den har beskrevne fremgangsmåte, f.eks. i den hensikt å forbedre de funksjonelle egenskaper. Slike proteinpreparater kan f.eks. være flotterte proteiner fra slaktehus eller fiskeforedlingsindustri. Alle for-anstaltninger som fører til at proteinløsningshjelpemidlets konsentrasjon reduseres i forhold til proteinet, medførar en fullstendig utfelling av proteinet, hvorved man oppnår et sterkt vannholdig, rent proteinkonsentrat i strukturløs geléform, som er befridd fra først og fremst fett, karbohydrater og lavmolekylære forbindelser, men hvis lukt og smak sterkt minner om utgangsmaterialets.

Den viktigste observasjon er imidlertid at man kan oppnå et sterkt tekstur«rt proteinkonsentrat ved f.eks. en påfølgende frysning eller vannfjerning, hver for seg eller i kombinasjon.

En uventet effekt vedrørende funksjonelle egenskaper oppnås således ved å kombinere spesifikke oppløsnings- og utfellings-forhold for proteinanrikelse med enten temperaturinnvirkning eller vannfjerning eller begge. Ved den spesifikke anriknings-prosess skjer en kjemisk forberedelse av proteinkonsentratets kommende tekstur, som således fremkalles ved temperaturinnvirkning eller vannfjerning, hver for seg eller i kombinasjon.

Den beskrevne kombinasjonseffekt er ikke tidligere kjent, og det innebærer et stort fremskritt at den utpregede tekstur kan fremkalles med enkle midler, hvorav slutt-trinnet utgjøres av en behandling som er vanlig for å øke holdbarheten av næringsmidler.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan således teknisk inndeles i tre momenter:

1. Oppløsning av protein og fraskilling av andre komponenter.

2. Spesifikk utfelling av proteinkonsentratet.

3. Slutt-teksturering.

Oppløsningen (1) skjer i vannløsning som inneholder høy konsentrasjon av urinstoff eller guanidinhydroklorid, ved maling, blanding, omrøring og avseparering av først og fremst fett, ben, brusk, cellulose, stivelse osv. Løsningen inneholder oppløste proteiner og andre vannløslige substanser fra utgangsmaterialet.

Utfelling (2) skjer Ivis proteinløsningshjelpemidlet bringes til

å separere fra proteinet. Dette kan tilveiebringes på mange måter, f.eks. i overensstemmelse med følgende prinsipper:

1_. Fortynning med vann, elektro lyt løsninger, organiske løsnings-midler eller kombinasjoner av disse. Herved kan man variere pH-verdien og temperaturen i intervallene henholdsvis 4 - 6 og 0 - 100°C. 2. Membranteknikk, hvor proteinløsningen som inneholder protein-løsningsh jelpemidlet, stenges inne i et rom hvis grenseflater helt eller delvis utgjøres av en membran som velges slik at pro-teinløsningsh jelpemidlet , men ikke proteinet, kan passere. Vanlige membranprosesser er dialyse, omvendt osmose og ultrafil-trering. Trykket, temperaturen og pH-verdien kan varieres. 3. Membranfri diffusjon, hvor en proteinløsning som inneholder proteinløsningshjelpemidlet, utformes til tynne skikt (størrel- sesorden 0,1 - 10 mm) og bringes i kontakt med løsningsmiddel i henhold til punkt 1, hvorved proteinløsningshjelpemidlet dif-funderer fra det proteinhoIdige skikt og proteinet momentant utfelles på overflaten av det opprinnelige skikt. Det utfelte protein på skiktoverflaten stabiliserer derved hele skiktet, mens proteinløsningshjelpemidlet fortsetter å diffundere og føres bort. Temperatur og pH kan velges som under punkt 1. 4. Mobilitetsseparering utføres f.eks. ved å utsette protein-løsningen som inneholder proteinløsningshjelpemidlet, for et likerettet elektrisk felt, hvorved forskjellen i ladning mellom proteinet og proteinløsningshjelpemidlet medfører at disse komponenter kommer til å skille seg med hensyn til vandringshastig-het eller - retning. Denne prosess kan til og med kombineres med membranteknikk og kalles elektrodialyse.

5_. Tyngdekraft separer ing kan foregå ved at proteinløsningen som inneholder proteinløsningshjelpemidlet, utsettes for sterke sentrifugalfelt, s.k. ultrasentrifugering, hvorved forskjellen i molekylstørrelse medfører en separasjon av proteinet og pro-teinløsningshjelpemidlet uteri at førstnevnte først koagulerer.

Denne felling utgjøres imidlertid så godt som utelukkende

av protein, mens øvrige substanser forblir i løsning. Det skjer med andre ord en rensning og anrikelse av proteinet i dette trinn. I det utfelte protein finnes en vannfase som eventuelt inneholder rester av urinstoff. Dette urinstoff kan lett fjernes med urease, enklest ved tilsetning av en mindre mengde aktivt soya-mel.

Slutt-teksturering (3) skjer normalt ved frysning ved -5 --30°C eller frysetørkning, eventuelt ved vasking med organiske løsningsmidler. Også andre tørkemetoder kan komme på tale.

Trinnene (2) og (3) kan utformes slik at det endelige tek-sturerte protein kan få valgfrie geometriske former.

I henhold til oppfinnelsen utnyttes således de proteinløsende hjelpemidler urinstoff eller guanidinhydroklorid utelukkende under endel av prosessen og kan prinsipielt gjenvinnes helt, eventuelt med unntagelse av den meget liten del av urinstoff som ødelegges av enzymet urease. Hensikten er at enten skal disse kjemikalier resirkuleres i prosessen eller de skal anvendes i annen sammen-heng. Urinstoff kan f.eks. brukes på nytt som forstoff for drøvtyggere eller som kunstgjødning i jord- og skogbruk. De senere anvendelser understreker til og med at det ikke er noe å innvende mot urinstoffet i toksikologisk-hygienisk" henseende. Urinstoff forekommer til or -"ed naturlig i f.eks. melk og. fisk.

Et flytskjema ved anvendelse av urinstoff vises på ved-lagte tegning. Av skjemaet fremgår det at proteinkilden behan-dles med proteinløsningshjelpemiddel (her urinstoff), hvorved det fremkommer et trefasesystem bestående av fett, proteinløs-ning og uløste bestanddeler. På grunn av proteinløsningshjelpe-midlets sterke konserverende effekt kan systemet lagres og dis-tribueres i denne form. Det er imidlertid fordelaktig for såvel kjemisk holdbarhet som for volumutnyttelse at systemet separeres før lengere tids lagring. Et separert system som består av opp-løst fiskeprotein, kunne således lagres ved 5°C i 5 måneder uten at næringsverdien ble påvirket (se analysetabellen - kolje -

i eksempel 1). Fraseparert fett kan anvendes på vanlig måte, mens uløste bestanddeler som for det meste utgjøres av mineraler og cellulose, kan anvendes for gjødningsformål.

Etter proteinutfellingen kan urinstoffet enten renses og resirkuleres i prosessen eller anvendes uten særskilt rensning som nitrogengjødning, dyrefortilsetning eller som nitrogenkilde ved fermentering. I sistnevnte tilfelle er det mulig ved hjelp av mikroorganismer å fremstille ytterligere protein, f.eks. for dyrefor.

Det utfelte protein forsynes med passende funksjonelle egenskaper, først og fremst ved frysning eller tørkning, og kan senere anvendes i næringsmidler.

I det følgende skal det bringes eksempler som belyser delvis fremstilling av funksjonelt protein, delvis næringsverdien og anvendeligheten av de fremstilte funksjonelle proteiner.

EKSEMPEL 1. Fremstilling av funksjonelt torskeprotein.

5 kg skinnfri torsk ble ved hjelp av 8 kg urinstoff løst

i et totalt volum på 20 1. Ben og annet uløst materiale ble fraseparert ved sentrifugering, hvoretter løsningen ble overført til slanger av celluloseacetat som ble helt fylt og deretter nedsenket i rennende vann ved 7°C (membranteknikk). Herved pas-serte urinstoff og andre løste lavmolekylære substanser gjennom membranen, hvorved torskeproteinet koagulerte i slangen. Slange-innholdet ble frosset ved -20°C og deretter opptint i vann ved

7°C, hvorved man fikk et sterkt teksturert protein, som etter maling kunne anvendes ved tilberedning av fiskefarse (se eksempel 8). Næringsverdi og funksjonelle egenskaper ble under-søkt; resultatene fremgår av følgende tabeller 1, 2 og 3.

EKSEMPEL 2. Fremstilling av funksjonelt koljeprotein.

Skinnfri kolje ble behandlet som angitt i eksempel 1, hvorved det dog istedenfor urinstoff ble anvendt guanidinhydroklorid. Etter utfelling ved hjelp av en membranteknikk som angitt i eksempel 1, frysning og tining eller frysetørkning og rehydrati-sering, ble det oppnådd et protein med betydelig tettere struktur enn det tilsvarende produkt som ble fremstilt i henhold til eksempel 1.

EKSEMPEL 3. Fremstilling av funksjonelt protein fra hel sild.

Hel sild ble behandlet som angitt i eksempel 1. Her kunne det foruten skjell, ben og andre tunge, uløste materialer til og med frasepareres ca. 95% av sildeoljen som en lett fase. Etter utfelling og frysetørkning ble det oppnådd et teksturert protein med god lagringsbestandighet på grunn av lavt fettinnhold og med høy vannbindingsevne.

EKSEMPEL 4. Fremstilling av funksjonelt kjøttprotein.

Oksekjøttavfall ble behandlet som angitt i eksempel 1. Pro-duktet hadde etter utfellingen en grå farve, var strukturløst og hadde en lukt av rått kjøtt. Etter frysning og tining ble det oppnådd et produkt med meget tett struktur og med lukt av rått kjøtt. Dets vanninnhold var ca. 70 %.

EKSEMPEL 5. Fremstilling av funksjonelt protein av hvetekim og kolje.

150 g tørkede hvetekim og 50 g fersk koljefiiet ble løst sammen slik som beskrevet i eksempel 1. Ved sentrifugering fremkom det øverst en fettfraksjon og nederst en fraksjon av proteinfrie cel-ler og fiskeben og som mellomskikt en klar løsning som inneholdt protein. Dette mellomskikt ble tatt vare på, proteinet ble utfelt slik som beskrevet i eksempel 1 og frysetørket. Herved ble det oppnådd et produkt med løs, sterkt vannopptagende struktur. EKSEMPEL 6. Fremstilling av funksjonelt protein fra hel krill.

Hel krill ble behandlet som i eksempel 1. Etter fraseparering av fett og skall ble proteinløsningen fortynnet ved tilsetning av 3 volumdeler vann, hvoretter saltsyre ble tilsatt til oppnåelse av pH 5,5. Herved ble proteinet utfelt og ble teksturert ved frysning som angitt i eksempel 1. Det sterkt vannholdige protein hadde en rødaktig farve og gode funksjonelle egenskaper.

EKSEMPEL 7

Anvendelse av funksjonelt torskeprotein i fiskefarse.

600 g teksturert torskeprotein (40 g protein), ett egg,

1 dl. hvetemel, 2 spiseskjeer matolje, 1 teskje salt og hvitpepper ble kokt på vannbad i 1,5 h, panert og stekt. Etter prøvesmakning ble det konstatert at de funksjonelle egenskaper hos torskeproteinet ved blanding med karbohydrat, fett og vann var like gode som hos ubehandlet fisk.

EKSEMPEL 8

Anvendelse av funksjonelt kjøttprotein i hamburgere.

93 g storfekjøtt, 48 g flesk, 60 g teksturert storfepro-tein, fremstilt som angitt i eksempel 4, vann, 20 g brødsmuler, 2 g salt og 12 mg hvitpepper ble blandet og anvendt for tilberedning av hamburgere. Det viste seg herved at en stor del av stor-fekjøttet kunne erstattes med teksturert kjøttprotein. Denne an-del kan økes.

Oppfinnelsen tilveiebringer således en ny og generell metode for anrikelse og teksturering av proteiner fra de forskjellig-ste kilder. I henhold til oppfinnelsen tekstureres proteiner en-kelt og billig. <p>roteinene som fremstilles ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, har en næringsverdi som er den samme som utgangsmaterialets protein, og enestående gode funksjonelle egenskaper, fremfor alt hva angår tekstur, vannbindingsevne, smak og aroma, slik at de kan anvendes i en lang rekke næringsmiddelpro-dukter. Fremgangsmåten kan til og med bidra til løsning av visse avfallsproblemer. Dette gjeldar spesielt ivaretagelse av fiskeavfall, som i henhold til oppfinnelsen kan bearbeides mens det ennå er av god kvalitet. Herved kan man behandla høyverdig avfall, av typen muskelproteiner, og annet avfall, f.eks. innvoller, hver for seg. De anvendte protein-løsningshjelpemidler, spesielt urinstoff og guanidinhydroklorid, kan fjernes helt fra proteinet. De kan lett gjenvinnes ved krystallisering eller anvendes som gjødnings-midler, dyrefor eller som nitrogenkilde ved fermentering, f.eks. av karbohydratholdig avfall av typen vekstblast og kan derved medvirke til fremstilling av ytterligere proteiner, først og fremst for dyrefor.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av næringsmiddelfunk-sjonelle proteiner, hvorved proteinet i et proteinholdig materiale oppløses i en vannløsning av et proteinløsende middel, som utgjøres av urinstoff eller guanidinhydroklorid, og proteinløs-ningen befris fra deri uløst materiale, karakterisert ved at det proteinløsende middel separeres fra proteinet for utfelling av proteinet, som deretter eventuelt utsettes for innvirkning av forskjellige temperaturer., f.eks. fryses og tines, for tilveiebringelse av tekstur.