WO2002054884A1 - Verfahren zur herstellung von emulgierfähigen proteinprodukten aus einer ölsaat - Google Patents

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Thomas Luck
Klaus Müller
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    • A23J3/00—Working-up of proteins for foodstuffs
    • A23J3/14—Vegetable proteins
    • A23J3/16—Vegetable proteins from soybean

Definitions

  • the invention relates to a method for producing emulsifiable protein products from the plant seeds of an oilseed, in particular from soybeans.
  • those emulsions tend to separate again independently, so that additional substances must be added for long-term or storage-stable emulsions, by means of which the separation of both phases oil or fat and water to a thermodynamically stable final state is prevented or delayed until the emulsions have fulfilled their purpose.
  • Such substances are known as stabilizers or emulsifiers.
  • Most natural and / or technical emulsions consist of water and oil or fat as immiscible phases.
  • oil is the inner phase
  • O / W emulsion the basic character of which is shaped by the water, such as milk, mayonnaise or ice cream.
  • oil or fat is the outer phase and water is the inner phase
  • W / O emulsion whereby the basic character is determined by the oil, as is the case with butter, margarine or ointments, for example.
  • protein isioates are also known, which, depending on the treatment and Manufacturing technology, have specially optimized functional properties.
  • emulsifying properties of such optimized protein isioates which are used as emulsifiers in particular in the food sector.
  • lecithins are also suitable as emulsifiable auxiliaries for stabilizing the disperse systems described above.
  • Mixed products of both substances are also known, which can be obtained by spray drying by applying lecithin to protein isolates.
  • lecithins as well as protein isioates originate from the same raw material, for example from soybeans, lupins or rapeseed, in a manner known per se, a material separation is initially carried out in the production.
  • the soybeans are subjected to a deoiling process after appropriate cleaning and comminution, in which the soybeans are exposed to an organic solvent, such as hexane or ethanol.
  • an organic solvent such as hexane or ethanol.
  • the deoiling step contains, in addition to the lipid fraction, deoiled flour which is rich in proteins and from which proteins can be isolated by means of further extraction steps.
  • lecithin-rich protein isolates which, as described above, have excellent emulsifying properties and are therefore of great interest in the food industry
  • the purified lecithin or crude lecithin and the isolated protein are back-mixed, for example using the spray technique.
  • Such a procedure undoubtedly represents a considerable outlay in terms of process technology and thus also economically, in order to obtain protein isiates with exceptionally emulsifying properties.
  • a conceivable alternative to produce undoiled and therefore lecithinated protein isioates leads to products that emulsify very well, but these are not stable over the long term or in storage, since the oil they contain tends to oxidize and has a rancid odor and taste after longer storage caused.
  • the same also applies to well-emulsifying products with a lower protein content, which have not been de-oiled or have not been de-oiled sufficiently.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for producing emulsifiable protein products from the plant seeds of an oilseed, in particular from soybeans, in which the disadvantages mentioned above with respect to the prior art can be avoided and in particular an emulsifiable protein product, for example protein isolate, can be obtained, that is inexpensive to manufacture, has exceptional emulsifying properties and is stable in storage and long-term.
  • the preferably shredded plant seeds are fed to a de-oiling step in which supercritical CO 2 is added to the shredded plant seeds as a solvent.
  • a de-oiling step in which supercritical CO 2 is added to the shredded plant seeds as a solvent.
  • crude oil and a deoiled residue are obtained, in which the emulsifiable protein products are contained.
  • it has been recognized that deliberate use of supercritical CO 2 ' s for deoiling oilseeds can be used to obtain a deoiled raffinate, from which a protein isolate is obtained as a protein product with a high content of lecithin using known downstream cleaning and fractionation processes and is almost free of oils susceptible to oxidation.
  • the protein isioates obtained from the above-mentioned oilseeds by extraction with supercritical CO 2 are distinguished by an outstanding emulsifying ability, which distinguishes them clearly from comparable products which are obtained by conventional processes, as described at the beginning.
  • the protein isiates characterized above with outstanding emulsifying capabilities it is also possible to obtain other products from the deoiled residue contained in the supercritical C0 2 deoiling process, for example in the form of deoiled flour, which are distinguished by a comparatively high lecithin content , These are protein-reduced flours, such as fiber or the flour itself or protein concentrates. Due to the different possibilities of further refining the deoiled residue obtained, the protein content in the product obtained can be variably adjusted between 15 and 95% in dry matter.
  • the lecithin content in the end product can also be variably reduced by using an additional entrainer in the C0 2 extraction.
  • propane is suitable as an entrainer, whereby lecithin is extracted from the seed meal in the same way as the crude oil. If all entraining agents are dispensed with and only supercritical CO 2 is used as a solvent in the deoiling step, the products deoiled in this way can flow directly into the food chain and feed chain without additional requirements. These products even meet the requirements for so-called organic foods.
  • the seed is cleaned, peeled, Breaking, flaking and / or possibly pelletizing are preconditioned in such a way that the subsequent deoiling process, ie the targeted use of supercritical C0 2 as an organic solvent, largely completely soaks the correspondingly preconditioned seeds.
  • the production of flakes or pellets using a flaking roller over which the peeled and preferably halved plant seeds are passed and pressed is particularly suitable.
  • the flaking rollers are preheated to a denaturation temperature, which is preferably below 35 ° C, whereby the comminuted plant seeds are heated to inactivate their own enzymes, but the native properties of their seeds remain largely unaffected in their native properties.
  • a denaturation temperature which is preferably below 35 ° C
  • the preconditioned plant seeds are exposed to supercritical CO 2 , which acts on the plant seeds at temperatures between 40 ° - 69 ° C and under pressure conditions between 240 - 300 bar. Under these deoiling conditions, all triglycerides are washed out of the plant seeds.
  • lecithins but also other so-called fat accompanying substances such as carotenoids, isoflavonoids, tocopherols remain in the de-oiled residue to a very high percentage and remain unaffected by the supercritical CO 2 within the plant matrix.
  • the fat accompanying substances and in particular the lecithin remain in very large proportions in the protein isolate even by standard methods of further extraction in order to obtain protein isolates.
  • the protein isioates obtained in this way have an exceptionally high emulsifying capacity.
  • the protein products obtained in the above manner, in particular protein isioates can be used advantageously without further processing in all food systems in which the emulsifying function plays an important role. These are in particular products such as baked goods, sausages and meat products, ice cream, confectionery, chocolate, delicatessen products, drinks, etc.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung von emulgierfähigen Proteinproduktne aus den Pflanzensamen einer Ölsaat, insbesondere aus Sojabohnen, wobei dei Pflanzensamen zerkleinert und einem Entölungsschritee zugeführt werden und den zerkleinerten Pflanzensamen überkritisches COo als Lösungsmittel zugegeben wird und im Wege einer Separation Rohöl und ein entölter Rückstand gewonnen wird, der die emulgierfähigen Proteinprodukte enthält.

Description

Verfahren zur Herstellung von emulgierfahigen Proteinprodukten aus einer Ölsaat
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von emulgierfahigen Proteinprodukten aus den Pflanzensamen einer Ölsaat, insbesondere aus Sojabohnen.
Stand der Technik
Im menschlichen wie auch tierischen Lebensmitteikreislauf spielen die Stoffe Fett und Wasser eine tragende Rolle nicht nur in getrennter Form sondern insbesondere Mischformen, die sich aufgrund ihrer Nichtmischbarkeit in Form disperser Systeme oder Emulsionen darstellen. Eben jene Emulsionen neigen jedoch dazu sich selbständig wieder zu entmischen, so dass für langzeit- bzw. lagerstabile Emulsionen zusätzliche Stoffe zugesetzt werden müssen, durch die die Entmischung beider Phasen Öl oder Fett und Wasser zu einem thermodynamisch-stabilen Endzustand unterbunden bzw. solange verzögert wird, bis die Emulsionen ihre Bestimmung erfüllt haben. Derartige Stoffe sind als Stabilisatoren oder Emulgatoren bekannt.
Die meisten natürlichen und/oder technischen Emulsionen bestehen aus Wasser und Öl oder Fett als nichtmischbare Phasen. In Abhängigkeit von Zusammensetzung und Verhältnis der Phasen bestehen zwei Möglichkeiten der Verteilung. Ist Wasser die äußere und Öl die innere Phase, so liegt eine O/W-Emulsion vor, deren Grundcharakter durch das Wasser geprägt ist, wie beispielsweise bei Milch, Mayonnaise oder Speiseeis. Ist Öl bzw. Fett die äußere und Wasser die innere Phase, so liegt eine W/O-Emulsion vor, wobei hier der Grundcharakter vom Öl bestimmt wird, wie es beispielsweise bei der Butter, Margarine oder bei Salben der Fall ist.
Unter der Vielzahl bekannter Emulgatoren oder auch Stabilisatoren für Emulsionen sind unter anderem auch Proteinisoiate bekannt, die, je nach Behandlungs- und Herstellungstechnik, über speziell optimierte funktioneile Eigenschaften verfügen. Ein besonderes Interesse gilt dabei den Emulgiereigenschaften derartig optimierter Proteinisoiate, die insbesondere im Lebensmittelbereich als Emulgatoren zum Einsatz kommen. Neben entsprechend konfektionierten Proteinisolaten eignen sich auch Lecithine als emulgierfähige Hilfsmittel zur Stabilisierung vorstehend bezeichneter disperser Systeme. Ebenso sind Mischprodukte aus beiden Substanzen bekannt, die im Wege einer Sprühtrocknung durch Lecithinauftrag auf Proteinisolaten gewonnen werden können.
Obwohl Lecithine wie auch Proteinisoiate in an sich bekannter Weise aus dem selben Rohstoff, wie beispielsweise aus Sojabohnen, Lupinen oder Raps stammen, wird in der Herstellung zunächst eine stoffliche Trennung vorgenommen. So werden, um am Beispiel der Proteinisolatgewinnung aus Sojabohnen zu bleiben, die Sojabohnen nach entsprechender Reinigung und Zerkleinerung einem Entölungsprozess unterzogen, bei dem die Sojabohnen einem organischen Lösungsmittel, wie beispielsweise Hexan oder Ethanol ausgesetzt sind. Im Wege der Entölung wird eine Lipidfraktion gewonnen, in der weitgehend der gesamte Lecithingehalt der Sojabohnen enthalten ist und aus der im Rahmen einer nachfolgenden Raffination das sogenannte Rohlecithin gewonnen wird. Andererseits enthält man durch den Entölungsschritt neben der Lipidfraktion entöltes Mehl, das reich an Proteinen ist, und aus dem mittels weiterer Extraktionsschritte Proteine isoliert werden können.
Zur Herstellung von lecithinreichen Proteinisolaten, die wie vorstehend beschrieben hervorragende emulgierende Eigenschaften aufweisen und deshalb in der Lebensmittelindustrie von hohem Interesse sind, wird das gereinigte Lecithin bzw. Rohlecithin und das isolierte Protein rückvermischt, beispielsweise unter Verwendung der Sprühtechnik. Zweifelsohne stellt eine derartige Vorgehensweise einen erheblichen prozess-technischen und damit auch ökonomischen Aufwand dar, um Proteinisoiate mit außergewöhnlich emulgierenden Eigenschaften zu erhalten. Eine denkbare Alternative, nicht entölte und damit gleichzeitig lecithinierte Proteinisoiate herzustellen führt zwar zu Produkten, die sehr gut emulgieren, doch sind diese nicht langzeit- bzw. lagerstabil, da das in ihnen enthaltene Öl zur Oxidation neigt und bei längerer Lagerung einen ranzigen Geruch und Geschmack verursacht. Gleiches gilt auch für gut emulgierende Produkte mit geringerem Proteingehalt, die jedoch nicht bzw. nicht ausreichend entölt worden sind.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung von emulgierfahigen Proteinprodukten aus den Pflanzensamen einer Ölsaat, insbesondere aus Sojabohnen anzugeben, bei dem die vorstehend zum Stand der Technik genannten Nachteile vermieden werden können und insbesondere ein emulgierfähiges Proteinprodukt, beispielsweise Proteinisolat gewonnen werden kann, das günstig in der Herstellung, über außergewöhnliche Emulgierfähigkeiten und lager- bzw. langzeitstabil ist.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
Erfindungsgemäß werden die vorzugsweise zerkleinerten Pflanzensamen einem Entölungsschritt derart zugeführt, bei dem den zerkleinerten Pflanzensamen überkritisches CO2 als Lösungsmittel zugegeben wird. Im Wege einer nachfolgenden Separation, beispielsweise im Rahmen eines üblichen Filtrations- oder Dekantiervorganges, wird Rohöl und ein entölter Rückstand gewonnen, in dem die emulgierfahigen Proteinprodukte enthalten sind. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass durch gezielten Einsatz überkritischem C02 's zur EntÖlung von Ölsaaten ein entöltes Raffinat gewonnen werden kann, aus dem mit an sich bekannten nachgeschalteten Reinigungs- und Fraktionierungsverfahren ein Proteinisolat als Proteinprodukt erhalten wird, das einen hohen Gehalt an Lecithin aufweist und nahezu frei von oxidationsanfälligen Ölen ist. Die aus den vorstehend bezeichneten Olsaaten gewonnenen Proteinisoiate im Wege der Extraktion mit überkritischem C02 zeichnen sich durch eine herausragende Emulgierfähigkeit aus, die sie von vergleichbaren Produkten, die im Wege konventioneller Verfahren, wie eingangs beschrieben, gewonnen werden, deutlich unterscheiden.
Neben der Gewinnung der vorstehend charakterisierten Proteinisoiate mit herausragenden Emulgierfähigkeiten ist es auch möglich, aus dem, aus dem mit überkritischem C02 durchgeführten Entölungsvorgang enthaltenen entölten Rückstand, beispielsweise in Form eines entölten Mehls, andere Produkte zu gewinnen, die sich durch einen vergleichsweise hohen Lecithingehalt auszeichnen. Dies sind proteinreduzierte Mehle, wie Ballaststoffe oder das gewonnene Mehl selbst oder aber auch Proteinkonzentrate. Durch die unterschiedlichen Möglichkeiten der weiteren Veredelung des erhaltenen entölten Rückstandes kann der Proteingehalt im gewonnenen Produkt zwischen 15 und 95 % in Trockensubstanz variabel eingestellt werden.
Neben der Optimierung des Lecithingehaltes beispielsweise bei der Gewinnung von Proteinisolaten, kann der Lecithingehalt im Endprodukt auch variabel reduziert eingestellt werden, indem bei der C02-Extraktion ein zusätzliches Schleppmittel eingesetzt wird. Beispielsweise eignet sich als Schleppmittel Propan, wodurch Lecithin in gleicher Weise wie das Rohöl aus dem Samenmehl extrahiert wird. Werden auf jegliche Schleppmittel verzichtet und beim Entölungsschritt lediglich überkritisches C02 als Lösungsmittel eingesetzt, so können die auf diese Weise entölten Produkte direkt in die Lebensmittelkette sowie Futtermittelkette ohne zusätzliche Anforderungen einfließen. Diese Produkte erfüllen sogar die Anforderungen an sogenannte organische Lebensmittel..
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Zur Vorbereitung der Entölung der Pflanzensamen aus einer Ölsaat, beispielsweise Soja, Lupinen, Sonnenblumen oder Raps, wird die Saat durch Reinigen, Schälen, Brechen, Flockieren und/oder eventuell Pelletisieren derart vorkonditioniert, so dass der nachfolgende Entölungsvorgang, d. h. der gezielte Einsatz von überkritischem C02 als organisches Lösemittel das entsprechend vorkonditionierte Saatgut weitgehend vollständig durchtränkt. Besonders geeignet ist die Herstellung von Flocken oder Pellets mit Hilfe einer Flockierwalze über die die geschälten und vorzugsweise halbierten Pflanzensamen geführt und gepresst werden. Um die saateigenen Enzyme weitgehend zu inaktivieren, werden die Flockierwalzen auf eine vorzugsweise unterhalb von 35°C liegende Denaturierungstemperatur vorgewärmt, wodurch die zerkleinerten Pflanzensamen zur Inaktivierung saateigener Enzyme erwärmt werden, jedoch die saateigenen Proteine in ihrer nativen Eigenschaften weitestgehend unbeeinflusst verbleiben. Nachfolgend werden die derart vorkonditionierten Pflanzensamen überkritischem C02 ausgesetzt, das bei Temperaturen zwischen 40° - 69°C und unter Druckbedingungen zwischen 240 - 300 bar auf die Pflanzensamen einwirkt. Unter diesen Entölungsbedingungen werden jegliche Triglyceride aus den Pflanzensamen ausgewaschen. Hingegen verbleiben Lecithine aber auch andere sogenannte Fettbegleitstoffe wie Carotinoide, Isoflavonoide, Tocopherole zu einem sehr hohen Prozentsatz im entölten Rückstand und bleiben durch das überkritische C02 innerhalb der Pflanzenmatrix unberührt.
Überraschenderweise ist nun erkannt worden, dass die Fettbegleitstoffe und insbesondere das Lecithin auch nach Standardverfahren der weiteren Extraktion zur Gewinnung von Proteinisolaten zu sehr großen Anteilen im Proteinisolat verbleiben. Aus diesem Grunde besitzen die auf diese Weise erhaltenen Proteinisoiate eine außergewöhnlich hohe Emulgierfähigkeit. Die auf die vorstehende Weise erhaltenen Proteinprodukte, insbesondere Proteinisoiate können unmittelbar ohne weitere, aufbereitende Behandlung in allen Lebensmittelsystemen vorteilhaft eingesetzt werden, in denen die emulgierende Funktion eine maßgebliche Rolle spielt. So sind dies insbesondere Produkte wie Backwaren, Wurst- und Fleischwaren, Eiscreme, Süßwaren, Schokolade, Feinkostprodukte, Getränke, etc..

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von emulgierfahigen Proteinprodukten aus den Pflanzensamen einer Ölsaat, insbesondere aus Sojabohnen, wobei die Pflanzensamen zerkleinert und einem Entölungsschritt zugeführt werden und den zerkleinerten Pflanzensamen überkritisches C02 als Lösungsmittel zugegeben wird und im Wege einer Separation Rohöl und ein entölter Rückstand gewonnen wird, der die emulgierfahigen Proteinprodukte enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung der Pflanzensamen nach erfolgtem Vorbrechen des die Ölsaat enthaltenen geschälten oder ungeschälten Samens mittels einer Flockierwalze durchgeführt wird, wobei die Flockierwalze gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzensamen vor der Zerkleinerung und/oder Verformung nach Form und Größe sortiert und nachfolgend geschält werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zerkleinerten Pflanzensamen flockiert oder pelletisiert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schälvorgang nach einem sogenannten Kaltverfahren erfolgt, bei dem die Lupinensamen halbiert und von den Schalen getrennt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flockierwalze auf eine Temperatur gekühlt wird, die unter der Denaturierungstemperatur der Proteinprodukte liegt, vorzugsweise unter 35°C.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch den indirekten Wärmeeintrag saateigene Enzyme inaktiviert werden, wobei die Proteine ihre nativen Eigenschaften weitestgehend beibehalten.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Separation mit einer mechanischen Olabtrennung mit Pressen oder mit Ethanol-Wasser-Gemischen unter Anwendung von Zentrifugaltechniken kombiniert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das überkritische CO2 bei Temperaturen zwischen 40° C und 69° C und Drucken zwischen 240 und 300 bar den zerkleinerten Pflanzensamen zugeführt wird.
10. Emulgierfähiges Proteinprodukt, das nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im entölten Rückstand wenigstens ein Proteinisolat enthalten ist, das mit Lecithin vermengt ist.
11. Emulgierfähiges Proteinisolat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im entölten Rückstand Fettbegleitstoffe enthalten sind.
12. Emulgierfähiges Proteinisolat nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fettbegleitstoffe neben Lecithin, Carotinoide, Isoflavonoide oder Tocopherole sind.
13. Verwendung des emulgierfahigen Proteinisolates nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Proteinisolat/Lecithin-Mischung Lebensmittel beigemischt werden, wie etwa in
Backwaren
Wurst- und Fleischwaren,
Eiscreme,
Süßwaren,
Schokolade,
Feinkostprodukte.
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