WO2007082507A2 - Verfahren zur gewinnung einer pflanzlichen proteinfraktion, insbesondere zur herstellung von pflanzlichem speiseeis - Google Patents

Verfahren zur gewinnung einer pflanzlichen proteinfraktion, insbesondere zur herstellung von pflanzlichem speiseeis Download PDF

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    • A23V2002/00—Food compositions, function of food ingredients or processes for food or foodstuffs

Definitions

  • Protein fraction in particular for the production of vegetable ice cream
  • the present invention relates to a process for obtaining a vegetable protein fraction, in particular for producing vegetable ice cream, in which plant parts are mixed with water or a water-containing solvent in order to dissolve and / or disperse vegetable proteins from the plant parts, and in which one or more vegetable protein fractions are separated from the water-containing mixture thus obtained by a separation process.
  • Ice cream and other creamy ice cream variants contain animal or vegetable fats and
  • Milk protein and / or milk sugar as well as partially egg protein fulfill in the ice cream in addition to a possibly desirable taste in particular functions of texturing.
  • the manufacture of ice cream is essentially performed by weighing the ingredients, pre-mixing, homogenizing, pasteurizing, cooling (+4 0 C), ripening, freezing in the ice freezing Let anläge (Freezen), packaging and storage.
  • Ice cream such as mousse is known (at least 50% milk content and one liter Milk at least 270 g whole egg or 90 g egg yolks), cream ice cream (at least 18% milk fat from whipped cream), ice cream (at least 10% milk fat), simple ice cream (at least 3% milk fat), milk ice (milk content at least 70%) and ice cream with vegetable fat (at least 3% vegetable fat).
  • cream ice cream at least 50% milk content and one liter Milk at least 270 g whole egg or 90 g egg yolks
  • cream ice cream at least 18% milk fat from whipped cream
  • ice cream at least 10% milk fat
  • simple ice cream at least 3% milk fat
  • milk ice milk content at least 70%
  • ice cream with vegetable fat at least 3% vegetable fat.
  • Common to all these ice creams is that they contain milk protein and lactose in addition to animal or vegetable fats.
  • the creaminess is of particular importance.
  • the creaminess is determined by the fat content and its integration into the total matrix.
  • the viscosity of the melt determines the creaminess of the ice. A higher viscosity melt is perceived as creamier in the mouth than a low viscosity melt.
  • the melting behavior determines the organoleptic sensation during the consumption of ice. An ice cream with a slow, uniform melting behavior is perceived as more pleasant than an ice cream with a heterogeneous and z.T. very fast absorption behavior.
  • the breakdown behavior is influenced inter alia by the impact, i. the volume-related
  • Gas content air or nitrogen determined in the ice. Most creamy types of ice cream have a gas content of over 40 to 50 vol .-%. Such a service So far, it can only be achieved with conventional ingredients.
  • Creamy types of ice cream are obtainable in the prior art only by larger amounts of fat, to achieve the Kremtechniks 1977s the fat content should be greater than 15 wt .-%, better than 20% by weight.
  • Plants used to obtain proteins for use in ice cream contain between 10% and 50% by weight protein in the dry matter, depending on the feedstock.
  • the protein content in plants does not consist of a defined substance.
  • the total protein includes a variety of different protein fractions. Each protein fraction is from several hundred to more than - A -
  • individual protein fractions have particularly good properties as emulsifier or gelling agent, as water binders, foaming agents or texture improvers for foods.
  • emulsifier or gelling agent as water binders, foaming agents or texture improvers for foods.
  • Protein mix e.g. is obtained by drying a protein solution.
  • the extraction of vegetable protein products is so far almost exclusively from soybeans.
  • the beans are peeled, further comminuted by flocculation or grinding and the protein extracted by adding water from the soy flakes or the flour.
  • the aqueous extract can be removed by mechanical separation techniques from the undissolved solids, e.g. Fibers are separated and routed out of the extraction process.
  • the soy protein product can then be precipitated from the extract, enriched with membrane processes and / or dried.
  • the proteins are obtained as a protein product although they consist of different protein fractions with different properties.
  • a separation of the protein fractions according to emulsifier specific, functional properties is not carried out according to the prior art. Rather, fractionation is after material sum parameters such as precipitability, solubility or molecular size.
  • Another method for the separation of protein-containing suspensions and solutions are filtration or membrane processes. So can be separated by simple filtration suspended from dissolved proteins. It is also possible to use molecules of different sizes, e.g. by ultrafiltration into a fraction of larger and to separate into a fraction of smaller molecules. The specific properties of the fractions obtained can only be adapted to a limited extent to the requirements of the food industry. In many cases, the larger and precipitable molecular fractions have better properties than emulsifiers, while the smaller or non-precipitable fraction has better properties than foaming agents.
  • WO 2006/076889 A2 a process for the preparation of a vegetable protein ingredient for an ice cream is described.
  • Lupine seeds are prepared and first crushed. Thereafter, in one or more protein extraction steps, a portion of one in the comminuted lupine seeds - S -
  • lupine protein dissolved or at least dispersed in an aqueous phase.
  • the lupine protein is separated by precipitation from the aqueous phase.
  • the object of the present invention is to provide a method for obtaining a vegetable protein fraction with particularly good emulsifying properties, which can be used particularly advantageous as an emulsifier in the production of vegetable ice cream.
  • plant parts in particular peeled or unshelled plant seeds, are mixed with water or a water-containing solvent in order to dissolve and / or disperse vegetable proteins from the plant parts.
  • one or more substances with lipophilic or amphiphilic interfaces are introduced into the mixture obtained in this way or brought into contact with the mixture, in which in the mixture dissolved and / or dispersed proteins with lipophilic or amphiphilic groups, hereinafter also as target proteins designated, attach.
  • the one or more substances with the attached proteins are separated from the mixture by a separation process to obtain the desired vegetable protein fraction (s).
  • the fractionation of the mixture of different dissolved and / or dispersed protein fractions present in water or a water-containing solution thus takes place by introducing a lipophilic or amphiphilic phase boundary into the water or into the mixture.
  • Proteins with a high affinity for lipophilic substances attach themselves to the lipophilic interfaces and can thus be separated from other dissolved or dispersed substances.
  • the process thus enables a selective recovery of surface-active emulsifier protein, which attaches to the lipophilic or amphiphilic interfaces due to its lipophilic or amphiphilic properties.
  • This protein fraction obtained by the process is of great advantage in enriched form, above all for the production of vegetable ice cream, to which it is preferably added in a proportion of between 0.5 and 6% by weight.
  • the selective fractionation of the proteins into a particularly efficient emulsifier protein fraction made possible by the present process makes it possible to produce ice cream with particularly positive properties and appealing organoleptic properties.
  • a substance is used, due to the lipophilic structure of the interface advantageous to attach lipophilic groups of proteins.
  • lipophilic surfaces of polymers or other adsorber materials which, for example, are brought into contact with the protein mixture as a fixed bed or as dispersed particles.
  • Fractionation protein fractions are obtained whose emulsifying capacity (binding capacity of oil in water) per gram of protein by a factor of 5 compared to the original protein mixture is increased. The amount of additional emulsifier required for different applications can thus be reduced to a minimum.
  • oil droplets or fat particles are used as substance with lipophilic interface or surface.
  • the proteins with pronounced lipophilic properties attach to this surface, whereas proteins with less pronounced lipophilic properties do not or only to a small extent attach to the phase interface.
  • Other substances with low lipophilic intrinsic properties which are present in the mixture, e.g. Saccharides, salts or fibers do not or only to a small extent attach to the lipophilic surfaces.
  • the proposed method very efficiently succeeds in separating proteins with a defined ratio of lipophilic and hydrophilic properties from other dissolved or dispersed proteins.
  • By adapting the surface properties Shafts for example by the selection of different polymers with different polar and non-polar groups on the surface, succeeds in selecting the proteins.
  • proteins also always have hydrophilic regions in addition to the lipophilic group, the process according to the invention allows fractionation of the proteins according to their ratio of lipophilic groups to hydrophilic groups, depending on the lipophilic characteristics of the interface.
  • the properties of the respective protein obtained can be specifically optimized for use in different applications, for example for the production of vegetable ice cream.
  • the remaining aqueous mixture is separated from the lipophilic substances with the attached proteins.
  • the aqueous phase can be mechanically separated. Besides filtration, centrifugal processes are suitable for this purpose. A prerequisite for a good separation is that the lipophilic particles or droplets have a different density than the surrounding aqueous mixture.
  • lipophilic adsorbents often have a comparable or somewhat lower density than water, floating of the lipophilic substances together with the attached proteins can be achieved.
  • the aqueous phase can be enriched for this with soluble salts or with sugar, which increases the specific gravity of the liquid phase. result.
  • the lighter lipophilic substances can be separated together with the attached proteins as a floating fraction of the liquid and discharged, for example by means of decanters.
  • a vegetable oil or fat is added to the aqueous protein mixture as the lipophilic substance or phase.
  • the lipophilic target proteins are deposited and can be separated from the aqueous phase by centrifugation.
  • the vegetable oil used is preferably the oil which is to be used in the food later as an oil phase in the emulsion.
  • rapeseed oil droplets if appropriate also together with further constituents of the rapeseed, can be used as lipophilic phase boundary surface in the aqueous protein mixture for the fractionation.
  • the by fractionation obtained Raps ⁇ l protein mixture can then be used directly as an ingredient for the vegetable ice cream.
  • ice cream in which other vegetable oils are used. Possibly. may be added to the oil before use as a lipophilic substance certain substances that are desirable in the subsequent preparation. Thus, flavors, colors, vitamins, phytochemicals or other bioactive substances may be added. In ice cream, these substances are then present in a defined concentration.
  • the phase boundary is produced directly with the oil from the protein-containing plant.
  • soybean oil from soybean can be used to fractionate soya proteins.
  • oil droplets with a droplet size ⁇ 100 .mu.m, preferably ⁇ 10 .mu.m are produced here with the mixing or comminution device.
  • the greater amount of intermingling fluid between the smaller oil droplets also removes more dissolved proteins that do not have the specific properties of interfacially attached proteins. In this case it is it is helpful to separate the graft fluid in one or more washing stages from the emulsifier proteins adhering to the oil droplets.
  • a person skilled in the art is able, depending on the desired protein purity, to set the required droplet size by selecting the stirring or ultrasound conditions and to use the required number of washing steps, which gives the best results for the desired protein purity.
  • emulsifier proteins are obtained when using oil-containing plants such as rapeseed, palm kernels, flax or sunflower.
  • oil-containing plants such as rapeseed, palm kernels, flax or sunflower.
  • other oily plants such as e.g. Soy or Lupine to use for the said application.
  • the oil serves as an absorber surface and is not separated from the protein after protein fractionation.
  • the moist oil-protein mixture is then incorporated particularly advantageously directly into the ice cream.
  • the ice is enriched with vegetable oil and there is a particularly stable ice cream emulsion in which even after prolonged storage in the frozen state no organoleptically perceptible oxidative changes occur.
  • the proteins remain in their dissolved, native structure.
  • the complete separation of the water eg by means of drying, would change the proteins and thus impair the ice quality.
  • the phase interface is not produced with vegetable oil but with other adsorbers, such as polymers, the proteins must subsequently be separated from the adsorbers.
  • water, emulsions or lipophilic liquids such as hexane, acetone, alcohols or other solvents are suitable. From these liquids, the protein may optionally be recovered in pure form by the liquid is separated from the protein again. In the case of solvents, evaporation can take place.
  • a pure protein can also be obtained when the protein is separated from the aqueous mixture along with oil droplets. After drying the water, the resulting oil-protein mixture can be mixed with a lipophilic solvent, e.g. Hexane or acetone or others, whereby the oil phase is removed and the protein is recovered in pure form.
  • a lipophilic solvent e.g. Hexane or acetone or others
  • Ice cream is also used in other foods.
  • hydrophilic protein fractions After removal of the lipophilic protein fraction hydrophilic protein fractions remain in solution in the aqueous mixture. These may be concentrated by isoelectric precipitation or filtration techniques and recovered as a protein isolate characterized in particular by high water solubility, foam-forming properties, gelation and viscosity-forming properties.
  • This hydrophilic protein product can be advantageously used in the production of beverages, foamed foods such as chocolate kiss, water and milk-based desserts or baked goods.
  • hydrophilic protein fraction it is also possible to carry out various pretreatment steps with more or less lipophilic adsorbers in the aqueous protein mixture.
  • further fractions can be separated off and the properties of the proteins discharged with the adsorbers and the proteins remaining in the mixture can be further specialized.
  • By combining different adsorbers it is possible to obtain distinctively hydrophilic proteins in a highly pure form as the end product.
  • Example 1 Creamy vegetable ice with reduced fat content
  • the insoluble constituents predominantly fibers and shell residues, are separated from the protein-oil-water dispersion through a 63 ⁇ m sieve.
  • the emulsion phase is obtained after centrifuging the filtrate by ablating the upper layer.
  • the heavier liquid phase after centrifugation contains, in contrast to the emulsion phase, the less well-emulsifying, but particularly readily water-soluble proteins and can be further worked up to obtain them. So these proteins z. B. be obtained by ultrafiltration.
  • the solid filter residue is washed once more with 200 g of sugar solution and so won a further share of emulsifier proteins together with the remaining oil and other soluble constituents.
  • the combined emulsion phase (82 g) containing the emulsifier proteins together with the sunflower oil is mixed with 400 g of water to separate impurities such as soluble non-emulsifier proteins.
  • the mixture is then centrifuged.
  • the emulsifier proteins remain bound to the oil and can thus be separated as a floating phase.
  • This emulsion phase is again washed with water in the same manner to separate unwanted soluble constituents.
  • the desired water or oil content of the emulsion is adjusted by the addition of water.
  • the emulsion prepared is used according to the recipe given in Table 1 for the production of ice cream.
  • the emulsion already has a fat content, so that an additional addition of vegetable fat is eliminated. It is a particularly creamy pure vegetable ice cream is achieved, but has a very low fat content of only 8%.
  • the fat is emulsified so well that even with a long storage time of 6 months, no large ice crystals are formed in the ice. Thus, the ice is also very stable and stays creamy for a long time.
  • Table 1 Formulation for the production of vegetable ice cream
  • Example 2 Vegetable ice cream with ice-cream character
  • Example 1 The emulsion of Example 1 is incorporated in exchange for cream in a cream-ice cream recipe. Due to the good emulsifier effect of the protein can be dispensed with the addition of artificial emulsifiers. The stability of the emulsion is also very good in this "ice cream", good storage stability is given.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung einer pflanzlichen Proteinfraktion, insbesondere zur Herstellung von pflanzlichem Speiseeis, bei dem Pflanzenteile mit Wasser oder einem wasserhaltigen Lösungsmittel versetzt werden, um pflanzliche Proteine aus den Pflanzenteilen zu lösen und/oder dispergieren, und bei dem eine oder mehrere pflanzliche Proteinfraktionen aus der auf diese Weise erhaltenen wasserhaltigen Mischung mit einem Trennverfahren abgetrennt werden. Bei dem Verfahren werden zur Abtrennung der einen oder mehreren pflanzlichen Proteinfraktionen eine oder mehrere Substanzen mit lipophilen oder amphiphilen Grenzflächen in die Mischung eingebracht, an denen sich in der Mischung gelöste und/oder dispergierte Proteine mit lipophilen oder amphiphilen Gruppen anlagern. Die Substanzen mit den angelagerten Proteinen werden dann von der Mischung abgetrennt. Mit dem Verfahren wird eine pflanzliche Proteinfraktion mit besonders guten Emulgier-Eigenschaften erhalten, die sich vorteilhaft als Emulgator bei der Herstellung von pflanzlichem Speiseeis einsetzen lässt.

Description

Verfahren zur Gewinnung einer pflanzlichen
Proteinfraktion, insbesondere zur Herstellung von pflanzlichem Speiseeis
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung einer pflanzlichen Proteinfraktion, insbesondere zur Herstellung von pflanzlichem Speiseeis, bei dem Pflanzenteile mit Wasser oder einem wasserhaltigen Lösungsmittel versetzt werden, um pflanzliche Proteine aus den Pflanzenteilen zu lösen und/oder dispergieren, und bei dem eine oder mehrere pflanzliche Proteinfraktionen aus der auf diese Weise erhaltenen wasserhaltigen Mischung mit einem Trennverfahren abgetrennt werden.
Stand der Technik
Eiskreme und andere kremige Speiseeis-Varianten enthalten tierische oder pflanzliche Fette und
Milchprotein und/oder Milchzucker sowie teilweise Eiprotein. Milch- und Eiproteine erfüllen im Speiseeis neben einer eventuell erwünschten Geschmacksgebung insbesondere Funktionen der Texturgebung.
Die Herstellung von Speiseeis erfolgt im Wesentlichen durch Wiegen der Zutaten, Vormischen, Homogenisieren, Pasteurisieren, Abkühlen (+40C) , Reifenlassen, Gefrierenlassen in der Eiserzeugungs- anläge (Freezen) , Verpacken und Lagern.
Bekannt sind unter anderem Speiseeis wie z.B. Kremeis (mind.50 % Milchanteil und auf einen Liter Milch mindestens 270 g Vollei oder 90 g Eigelb) , Rahmeis (mind. 18 % Milchfett aus Schlagsahne) , Eiskrem (mind. 10 % Milchfett) , Einfacheiskrem (mind. 3 % Milchfett) , Milcheis (Milchanteil mind. 70 %) und Eis mit Pflanzenfett (mind. 3 % pflanzliches Fett) . Allen genannten Eissorten ist gemein, dass sie neben den tierischen oder pflanzlichen Fetten auch Milchprotein und Milchzucker (Lactose) enthalten.
Viele Menschen haben eine Unverträglichkeit gegenüber Milchprodukten oder anderen tierischen Zutaten, so dass sie den Verzehr von Milch- und Sahneeis vermeiden sollten. Für diese Verbrauchergruppe gibt es bislang keine Alternative zu milchhaltigem Speiseeis mit vergleichbarem Genusswert.
Für den Genusswert beim Verzehr von Speiseeis ist die Kremigkeit von besonderer Bedeutung. Die Kremigkeit wird durch den Fettanteil und dessen Einbindung in die Gesamtmatrix mit bestimmt. Darüber hinaus entscheidet die Viskosität der Schmelze über die Kremigkeit des Eises. Eine höherviskose Schmelze wird im Mund als kremiger empfunden, als eine Schmelze mit niedriger Viskosität. Zudem bestimmt das Abschmelzverhalten die organoleptische Empfindung während des Eisgenusses. Ein Speiseeis mit einem langsamen, gleichmäßigen Abschmelzverhalten wird als angenehmer empfunden als ein Speiseeis mit einem heterogenen und z.T. sehr schnellen Absσhmelzverhalten. Das AbschmeIzverhalten wird unter anderem vom Aufschlag, d.h. dem volumenbezogenen
Gasanteil (Luft oder Stickstoff) im Eis bestimmt. Die meisten kremigen Speiseeissorten haben einen Gasanteil von über 40 bis zu 50 Vol.-%. Ein derartiger Aufschlag ist bislang nur mit konventionellen Zutaten erreichbar.
Weitere wichtige Qualitätsparameter sind das Mundgefühl und das Kälteempfinden beim Verzehr. Bei unzureichender EmulsionsWirkung und Wasserbindung der Matrix bilden sich größere Eiskristalle, die ein raues Mundgefühl und einen wässrigen Eindruck entstehen lassen. Das Kälteempfinden wird von der Verfügbarkeit des Fettes mitbestimmt.
Kremige Speiseeissorten sind nach dem Stand der Technik nur durch größere Mengen an Fett erreichbar, wobei zur Erreichung des Kremigkeitsgefühls der Fettgehalt größer als 15 Gew.-%, besser größer als 20 Gew.- %, sein sollte.
In bisher bekannten Speiseeis-Zubereitungen mit Pflanzenprotein-Anteilen, vor allem auf Basis von Soja, wurde versucht, die tierischen Emulgatoren durch Pflanzenproteine zu ersetzen. Zum Einsatz kamen hier getrocknete Pflanzenproteine, die in konventionellen wässrigen oder wassrig-alkoholischen Extraktions- Verfahren und nach Trocknung als Pulver gewonnen wurden.
Pflanzen, die zur Gewinnung von Proteinen für Anwendungen in Speiseeis genutzt werden, enthalten je nach Rohstoff zwischen 10 Gew.-% und 50 Gew.-% Protein in der Trockenmasse. Der Proteinanteil in Pflanzen besteht dabei nicht aus einer definierten Substanz.
Vielmehr beinhaltet das Gesamtprotein eine Vielzahl von unterschiedlichsten Proteinfraktionen. Jede Proteinfraktion ist dabei aus mehreren 100 bis über - A -
1000 Aminosäuren mit unterschiedlichen Aminosäure- Sequenzen aufgebaut . Die Sekundär- , Tertiär- und Quartärstruktur der Proteine verleiht jedem Molekül spezifische Eigenschaften.
So besitzen einzelne Proteinfraktionen besonders gute Eigenschaften als Emulgator oder Gelbildner, als Wasserbinder, Schaumbildner oder Texturverbesserer für Lebensmittel . Je nach Produktionsverfahren fallen alle diese unterschiedlichen Proteinfraktionen als ein
Proteinmischprodukt an, das z.B. durch Trocknen einer Proteinlösung gewonnen wird.
Die Gewinnung von Pflanzenproteinprodukten erfolgt bislang fast ausschließlich aus Sojabohnen. Hierbei werden die Bohnen geschält, durch Plockierung oder Zermahlen weiter zerkleinert und das Protein durch Zugabe von Wasser aus den Sojaflocken oder dem Mehl extrahiert . Der wässrige Extrakt kann mit mechanischen Trennverfahren von den ungelösten Feststoffen wie z.B. Fasern abgetrennt und aus dem Extraktions-Prozess geschleust werden. Aus dem Extrakt kann das Sojaproteinprodukt anschließend gefällt, mit Membranverfahren angereichert und/oder getrocknet werden.
Mit Hilfe der beschriebenen Technologie werden die Proteine als ein Proteinprodukt gewonnen, obwohl sie aus verschiedensten Proteinfraktionen mit unterschiedlichen Eigenschaften bestehen. Eine Trennung der Proteinfraktionen nach Emulgator spezifischen, funktionellen Eigenschaften erfolgt nach Stand der Technik bislang nicht. Fraktioniert wird vielmehr nach stofflichen Summen-Parametern wie Fällbarkeit, Löslichkeit oder Molekülgröße.
So gelingt es, Proteinmoleküle aus Extrakten durch Absenkung des pH-Wertes, durch Zugabe bestimmter Salze oder durch Erhitzen umzufalten und in einen wasserunlöslichen Zustand zu überführen. Die Proteinmoleküle lagern sich dabei in Form von Flocken aneinander. Diese können mechanisch von den noch in Lösung befindlichen Proteinen abgetrennt werden.
Ein weiteres Verfahren zur Trennung von protein- haltigen Suspensionen und Lösungen stellen Filtrationsoder Membranverfahren dar. So können mittels einfacher Filtration suspendierte von gelösten Proteinen abgetrennt werden. Es ist auch möglich, unterschiedlich große Moleküle z.B. durch Ultrafiltration in eine Fraktion aus größeren und in eine Fraktion aus kleineren Molekülen zu trennen. Dabei können die spezifischen Eigenschaften der gewonnenen Fraktionen nur in geringem Umfang an die Anforderungen der Lebensmittelindustrie angepasst werden. Vielfach haben die größeren und die fällbaren Molekülfraktionen bessere Eigenschaften als Emulgator, während die kleinere oder nicht-fällbare Fraktion bessere Eigenschaften als Schaumbildner aufweist.
In WO 2006/076889 A2 wird ein Verfahren zur Herstellung einer pflanzlichen Proteinzutat für ein Speiseeis beschrieben. Dabei werden Lupinenkerne bereitgestellt und zunächst zerkleinert . Danach wird in einem oder mehreren Proteinextraktionsschritten ein Teil eines in den zerkleinerten Lupinenkernen - S -
enthaltenen Lupinenproteins in einer wässrigen Phase gelöst oder zumindest dispergiert. Um die Proteinzutat zu erhalten, wird das Lupinenprotein durch Fällung aus der wässrigen Phase abgetrennt .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Gewinnung einer pflanzlichen Proteinfraktion mit besonders guten Emulgier- Eigenschaften anzugeben, die sich insbesondere vorteilhaft als Emulgator bei der Herstellung von pflanzlichem Speiseeis einsetzen lässt.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens können den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung entnommen werden.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden Pflanzenteile, insbesondere geschälte oder ungeschälte Pflanzenkerne, mit Wasser oder einem wasserhaltigen Lösungsmittel versetzt, um pflanzliche Proteine aus den Pflanzenteilen zu lösen und/oder dispergieren.
Anschließend werden eine oder mehrere Substanzen mit lipophilen oder amphiphilen Grenzflächen in die auf diese Weise erhaltene Mischung eingebracht oder mit der Mischung in Kontakt gebracht, an denen sich in der Mischung gelöste und/oder dispergierte Proteine mit lipophilen oder amphiphilen Gruppen, im Folgenden auch als Zielproteine bezeichnet, anlagern. Die eine oder mehreren Substanzen mit den angelagerten Proteinen werden mit einem Trennverfahren von der Mischung abgetrennt, um die gewünschte (n) pflanzliche (n) Proteinfraktion (en) zu erhalten.
Beim dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt somit die Fraktionierung der in Wasser oder einer wasserhaltigen Lösung vorliegenden Mischung aus verschiedenen gelösten und/oder dispergierten Proteinfraktionen durch das Einbringen einer lipophilen oder amphiphilen Phasengrenze in das Wasser bzw. in die Mischung. Proteine mit einer hohen Affinität zu lipophilen Stoffen lagern sich dabei an die lipophilen Grenzflächen an und können somit von anderen gelösten oder dispergierten Stoffen abgetrennt werden.
Das Verfahren ermöglicht damit eine selektive Gewinnung von grenzflächenaktivem Emulgatorprotein, das sich aufgrund seiner lipophilen oder amphiphilen Eigenschaften an den lipophilen oder amphiphilen Grenzflächen anlagert. Diese mit dem Verfahren gewonnene Proteinfraktion ist in angereicherter Form vor allem für die Herstellung von pflanzlichem Speiseeis von großem Vorteil, dem sie vorzugsweise mit einem Anteil zwischen 0,5 und 6 Gew.-% zugegeben wird. Die durch das vorliegende Verfahren ermöglichte selektive Fraktionierung der Proteine in eine besonders effiziente Emulgatorprotein-Fraktion ermöglicht die Herstellung von Speiseeis mit besonders positiven Eigenschaften und ansprechenden organoleptischen Eigenschaften.
Bei dem Verfahren wird eine Substanz verwendet, die aufgrund der lipophilen Struktur der Grenzfläche vorteilhaft lipophile Gruppen von Proteinen anlagern kann. Es können z.B. lipophile Oberflächen von Polymeren oder anderen Adsorbermaterialien genutzt werden, die bspw. als Festbett oder als dispergierte Partikel mit der Proteinmischung in Kontakt gebracht werden.
Überraschenderweise können durch diese
Fraktionierung Proteinfraktionen gewonnen werden, deren Emulgierkapazität (Bindungskapazität an Öl in Wasser) pro Gramm Protein um den Faktor 5 im Vergleich zur ursprünglich vorliegenden Proteinmischung gesteigert wird. Die für unterschiedliche Anwendungen benötigte Menge an zusätzlichem Emulgator kann somit auf ein Minimum reduziert werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden Öltröpfchen oder Fettpartikel als Substanz mit lipophiler Grenzfläche bzw. Oberfläche genutzt. Die Proteine mit ausgeprägt lipophilen Eigenschaften lagern sich an dieser Oberfläche an, wohingegen sich Proteine mit weniger ausgeprägten lipophilen Eigenschaften nicht oder nur in geringem Maße an die Phasengrenzfläche anlagern. Auch andere Stoffe mit gering ausgeprägten lipophilen Eigen- schatten, die sich in der Mischung befinden, wie z.B. Saccharide, Salze oder Fasern, lagern sich nicht oder nur in geringem Maße an die lipophilen Oberflächen an.
Durch das vorgeschlagene Verfahren gelingt es sehr effizient, Proteine mit einem definierten Verhältnis aus lipophilen und hydrophilen Eigenschaften von anderen gelösten oder dispergierten Proteinen abzutrennen. Durch Anpassung der Oberflächeneigen- Schäften, z.B. durch die Auswahl verschiedener Polymere mit unterschiedlichen polaren und unpolaren Gruppen an der Oberfläche, gelingt eine Selektion der Proteine. Da Proteine neben der lipophilen Gruppe auch stets hydro- phile Bereiche aufweisen, kann mit dem erfindungs- gemäßen Verfahren je nach lipophiler Ausprägung der Grenzfläche eine Fraktionierung der Proteine nach ihrem Verhältnis aus lipophilen Gruppen zu hydrophilen Gruppen erreicht werden. Damit lassen sich auch die Eigenschaften des jeweils erhaltenen Proteins für den Einsatz in unterschiedlichen Anwendungen, beispielsweise zur Herstellung von pflanzlichem Speiseeis, gezielt optimieren.
Wenn sich die Zielproteine aus der Mischung an die Oberfläche angelagert haben, wird die verbleibende wässrige Mischung von den lipophilen Substanzen mit den angelagerten Proteinen abgetrennt . Im Falle von dispergierten lipophilen Partikeln oder Tropfen kann die wässrige Phase mechanisch abgetrennt werden. Neben einer Filtration bieten sich hierfür zentrifugale Verfahren an. Voraussetzung für eine gute Abtrennung ist, dass die lipophilen Partikel oder Tropfen eine andere Dichte aufweisen als die umgebende wässrige Mischung.
Da lipophile Adsorber vielfach eine vergleichbare oder etwas geringere Dichte als Wasser aufweisen, ist ein Aufschwimmen der lipophilen Substanzen zusammen mit den angelagerten Proteinen erreichbar. Zur Erhöhung der Dichtedifferenz kann die wässrige Phase hierfür mit löslichen Salzen oder mit Zucker angereichert werden, was eine Erhöhung der spezifischen Dichte der Flüssig- keit zur Folge hat. In einem Zentrifugalfeld können dann die leichteren lipophilen Substanzen zusammen mit den angelagerten Proteinen als Schwimmfraktion von der Flüssigkeit abgetrennt und z.B. mittels Dekanter ausgetragen werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als lipophile Substanz bzw. Phase in die wässrige Proteinmischung ein Pflanzenöl oder -fett gegeben. Je nach Partikelgröße der Öl-/Fettphase, die mit technischen Mitteln definiert eingestellt werden kann, steht eine mehr oder weniger große Phasengrenzfläche zur Verfügung. An dieser Phasengrenze lagern sich die lipophilen Zielproteine an und können durch Zentrifugation von der Wasserphase abgetrennt werden. Somit gelingt es, besonders gute Emulgatorproteine aus einer wässrigen Proteinmischung selektiv abzutrennen. Dabei spielt es keine Rolle, an welcher Stelle in der Pflanze sich die Proteine ursprünglich befanden. Proteine mit einem definierten Verhältnis aus lipophilen und hydrophilen Gruppen lagern sich an der Ölphasengrenze an.
Vorzugsweise wird als Pflanzenöl das Öl einge- setzt, das in der späteren Anwendung im Lebensmittel als Ölphase in der Emulsion genutzt werden soll. Ist es z.B. gewünscht, ein Speiseeis mit Rapsöl als Zutat herzustellen, so können für die Fraktionierung besonders vorteilhaft Rapsöltröpfchen, ggf. auch zusammen mit weiteren Bestandteilen der Rapssaat, als lipophile Phasengrenzfläche in der wässrigen Proteinmischung genutzt werden. Die durch die Fraktionierung erhaltene Rapsδl-Protein-Mischung kann dann direkt als Zutat für das pflanzliche Speiseeis verwendet werden.
Das Gleiche gilt für Speiseeis, in dem andere pflanzliche Öle zum Einsatz kommen. Ggf. können dem Öl vor der Anwendung als lipophile Substanz bestimmte Stoffe zugesetzt werden, die in der späteren Zubereitung erwünscht sind. So können Aromen, Farbstoffe, Vitamine, sekundäre Pflanzenstoffe oder andere bioaktive Substanzen zugegeben werden. Im Speiseeis liegen diese Stoffe dann in definierter Konzentration vor.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Phasengrenze direkt mit dem Öl aus der proteinhaltigen Pflanze hergestellt. So kann z.B. das Sojaöl aus der Sojabohne zur Fraktionierung von Sojaproteinen genutzt werden. Hierfür ist es erforderlich, mittels Rührwerken, schnell laufenden Mischeinheiten, wie z.B. Turrax®, oder mittels Ultraschall Öltröpfchen zu erzeugen, an deren Oberfläche sich die Proteine anlagern können. Bei kleinerer Tröpfchengröße steht mehr Oberfläche zur Anlagerung der Proteine zur Verfügung. Vorzugsweise werden hierbei mit der Misch- oder Zerkleinerungs- einrichtung Öltröpfchen mit einer Tröpfchengröße < 100 μm, vorzugsweise < 10 μm, erzeugt.
Allerdings werden durch die größere Menge an Zwickelflüssigkeit zwischen den kleineren Öltröpfchen auch mehr gelöste Proteine ausgetragen, die nicht die spezifischen Eigenschaften von an der Grenzfläche angelagerten Proteinen aufweisen. In diesem Fall ist es hilfreich, die Zwickelflüssigkeit in einem oder mehreren Waschstufen von dem an den Öltröpfchen anhaftenden Emulgatorproteinen abzutrennen. Ein Fachmann ist in der Lage, je nach gewünschter Protein- reinheit durch Wahl der Rühr- oder Ultraschall - bedingungen die erforderliche Tröpfchengröße einzustellen und die erforderliche Anzahl an Waschschritten zu nutzen, die für die gewünschte Proteinreinheit die besten Ergebnisse liefert.
Besonders gute Emulgatorproteine werden bei Einsatz von ölhaltigen Pflanzen wie Raps, Palmkernen, Lein oder Sonnenblume erhalten. Es ist aber auch möglich, andere ölhaltige Pflanzen wie z.B. Soja oder Lupine, für die genannte Anwendung zu nutzen. Die
Auswahl wird dabei vornehmlich aufgrund der gewünschten organoleptischen Eigenschaften des Speiseeises erfolgen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient das Öl als Absorberfläche und wird nach der Proteinfraktionierung nicht vom Protein abgetrennt. Die feuchte Öl-Protein-Mischung wird dann besonders vorteilhaft direkt in die Eiskrem eingearbeitet. Damit wird das Eis mit Pflanzenöl angereichert und es entsteht eine besonders stabile Eis-Emulsion, bei der auch nach längerer Lagerung im gefrorenen Zustand keine organoleptisch wahrnehmbaren oxidativen Veränderungen auftreten. Zudem bleiben die Proteine in ihrer gelösten, nativen Struktur erhalten.
Die vollständige Abtrennung des Wassers, z.B. mittels Trocknung, würde die Proteine verändern und damit die Eisqualität verschlechtern. Wenn die Phasengrenzfläche nicht mit Pflanzenöl sondern mit anderen Adsorbern wie z.B. mit Polymeren erzeugt wird, müssen die Proteine nachfolgend von den Adsorbern abgetrennt werden. Hierfür bieten sich Wasser, Emulsionen oder lipophile Flüssigkeiten wie Hexan, Aceton, Alkohole oder andere Lösemittel an. Aus diesen Flüssigkeiten kann das Protein ggf. in reiner Form gewonnen werden, indem die Flüssigkeit von dem Protein wieder abgetrennt wird. Im Falle von Lösemitteln kann eine Verdampfung erfolgen.
Ein reines Protein kann auch gewonnen werden, wenn das Protein zusammen mit Öltröpfchen aus der wässrigen Mischung abgetrennt wird. Nach Trocknung des Wassers kann die dabei erhaltenen Öl-Proteinmischung mit einem lipophilen Lösemittel, wie z.B. Hexan oder Aceton oder andere, behandelt werden, wodurch die Ölphase entfernt wird und das Protein in Reinform gewonnen wird. Dieses reine Emulgatorprotein kann neben dem Einsatz in
Speiseeis auch in anderen Lebensmitteln zum Einsatz kommen.
Dies gilt auch für die durch Fraktionierung erhaltene Mischung aus Protein und Pflanzenöl, die neben der geplanten Anwendung in Speiseeis auch für andere Anwendungen als Emulgatorprotein genutzt werden kann. Mögliche Anwendungen für derartige Proteine bzw. Protein-Öl-Mischungen sind z.B. Cremes, Mayonnaisen, Suppen, Soßen, Getränke, Brot, Backwaren,
Feinkostprodukte, Salate und Brotaufstriche.
Nach Abtrennung der lipophilen Proteinfraktion aus der wässrigen Mischung verbleiben hydrophile Proteinfraktionen in Lösung. Diese können durch isoelektrische Fällung oder Filtrationsverfahren aufkonzentriert und als ein Proteinisolat gewonnen werden, das sich insbesondere durch hohe Wasserlöslichkeit, Schaumbildeeigenschaften, Gelbildung und Viskositätsausbildende Eigenschaften auszeichnet. Dieses hydrophile Proteinprodukt kann vorteilhaft bei der Herstellung von Getränken, geschäumten Lebensmitteln wie z.B. Schoko- kuss, wasser- und milchbasierten Dessertspeisen oder Backwaren eingesetzt werden.
Je nach Anforderungen an die hydrophile Proteinfraktion können auch verschiedene Vorbehandlungs- schritte mit mehr oder weniger lipophilen Adsorbern in der wässrigen Proteinmischung durchgeführt werden. Hierbei können weitere Fraktionen abgetrennt und die Eigenschaften der mit den Adsorbern ausgetragenen Proteine und der in der Mischung verbleibenden Proteine weiter spezialisiert werden. Bei Kombination verschiedener Adsorber können am Ende ausgeprägt hydrophile Proteine in hochreiner Form als Endprodukt gewonnen werden.
Ausführungsbeispiel
Beispiel 1: Kremiges Pflanzeneis mit vermindertem Fettgehalt
100 g gemahlene, geschälte Sonnenblumenkerne werden mit 400 g einer Zuckerlösung vermischt und der pH-Wert der Lösung mit Natronlauge auf 7,5 eingestellt. Die Mischung wird 4 Minuten mit einem Dispergier- Werkzeug verrührt. Hierdurch werden die in den Sonnenblumenkernen enthaltenen Proteine im Wasser gelöst . Das in den Kernen enthaltene Öl wird bei diesem Vorgang neben der wässrigen Phase als lipophile weitere Phase freigelegt und steht damit als Adsorberoberflache zur Verfügung. An den Öltrδpfchen lagern sich vorrangig die Proteine mit besonders guten Emulgatoreigenschaften an.
Danach werden die unlöslichen Bestandteile, vorwiegend Fasern und Schalenreste, durch ein Sieb mit der Maschenweite von 63 μm von der Protein-Öl -Wasser- Dispersion getrennt. Die Emulsionsphase wird nach Zentrifugieren des Filtrats durch Abtragen der oberen Schicht erhalten. Die schwerere flüssige Phase nach der Zentrifugation enthält im Gegensatz zur Emulsionsphase die weniger gut emulgierenden, aber besonders gut wasserlöslichen Proteine und kann zur Gewinnung derselben weiter aufgearbeitet werden. So können diese Proteine z. B. durch Ultrafiltration gewonnen werden.
Der feste Filterrückstand wird noch einmal mit 200 g Zuckerlösung gewaschen und so ein weiterer Anteil an Emulgatorproteinen zusammen mit dem restlichen Öl und weiteren löslichen Bestandteilen gewonnen. Die vereinigte Emulsionsphase (82 g) , die die Emulgatorproteine zusammen mit dem Sonnenblumenöl, enthält, wird mit 400 g Wasser gemischt, um Verun- reinigungen wie lösliche Nicht-Emulgatorproteine abzutrennen. Die Mischung wird danach zentrifugiert . Dabei bleiben die Emulgatorproteine am Öl gebunden und können so als aufschwimmende Phase abgetrennt werden. Diese Emulsionsphase wird auf dieselbe Weise nochmals mit Wasser gewaschen, um unerwünschte lösliche Bestandteile abzutrennen. Es werden 82 g einer Emulsion erhalten, die etwa 1,5 % Emulgatorproteine und 33 % Fett enthält . Zum Schluss wird durch die Zugabe von Wasser der gewünschte Wasser- bzw. Ölgehalt der Emulsion eingestellt.
Die hergestellte Emulsion wird nach der in Tabelle 1 angegebenen Rezeptur zur Herstellung von Speiseeis verwendet. Die Emulsion weist neben dem Stabilisator- protein bereits einen Fettanteil auf, so dass eine zusätzliche Zugabe von Pflanzenfett entfällt. Dabei wird ein besonders kremiges rein pflanzliches Speiseeis erzielt, das jedoch einen sehr geringen Fettgehalt von nur 8 % aufweist. Das Fett ist dabei so gut emulgiert, dass selbst bei langer Lagerung von 6 Monaten keine großen Eiskristalle im Eis entstehen. Somit ist das Eis auch sehr lagerstabil und bleibt über lange Zeit kremig. Tabelle 1: Rezeptur zur Herstellung von pflanzlichem Speiseeis
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Beispiel 2: Pflanzeneis mit Sahne-Eis-Charakter
Die Emulsion aus Beispiel 1 wird im Austausch für Sahne in eine Sahne-Eis-Rezeptur eingearbeitet. Aufgrund der guten Emulgatorwirkung des Proteins kann auf den Zusatz von künstlichen Emulgatoren verzichtet werden. Die Stabilität der Emulsion ist bei diesem „Sahneeis" ebenfall sehr gut, eine gute Lagerstabilität ist gegeben.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Gewinnung einer pflanzlichen Proteinfraktion, insbesondere zur Herstellung von pflanzlichem Speiseeis, bei dem Pflanzenteile mit Wasser oder einem wasserhaltigen Lösungsmittel versetzt werden, um pflanzliche Proteine aus den Pflanzenteilen zu lösen und/oder dispergieren, und bei dem eine oder mehrere pflanzliche Protein- fraktionen aus der auf diese Weise erhaltenen wasserhaltigen Mischung mit einem Trennverfahren abgetrennt werden, wobei zur Abtrennung der einen oder mehreren pflanzlichen Proteinfraktionen eine oder mehrere Substanzen mit lipophilen oder amphiphilen
Grenzflächen in die Mischung eingebracht werden, an denen sich in der Mischung gelöste und/oder dispergierte Proteine mit lipophilen oder amphiphilen Gruppen anlagern, und wobei die eine oder mehreren Substanzen mit den angelagerten Proteinen von der Mischung abgetrennt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Substanzen in der Mischung dispergiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Substanzen Polymere sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Substanzen Fettpartikel sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Substanzen Öltröpfchen sind, die in die Mischung eingebracht werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass als eine oder mehrere Substanzen Pflanzenöl und/oder Pflanzenfett in die Mischung eingebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als eine oder mehrere Substanzen Pflanzenöl und/oder Pflanzenfett in die Mischung eingebracht wird, das für eine spätere Speiseeiszubereitung unter Einsatz der einen oder mehreren abgetrennten pflanzlichen Proteinfraktionen benötigt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Pflanzenöl und/oder Pflanzenfett
Zusatzstoffe zugegeben werden, die für die spätere Speiseeiszubereitung benötigt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Pflanzenöl zusammen mit den pflanzlichen Proteinen aus den Pflanzenteilen extrahiert und mit einer Misch- oder Zerkleinerungseinrichtung als kleine Öltröpfchen in der Mischung verteilt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Misch- oder Zerkleinerungseinrichtung Öltröpfchen mit einer Tröpfchengröße < 100 μm erzeugt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Misch- oder Zerkleinerungseinrichtung Öltröpfchen mit einer Tröpfchengröße < 10 μm erzeugt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Öltröpfchen mit den angelagerten Proteinen nach der Abtrennung von der Mischung einem oder mehreren Waschschritten unterzogen werden, um Zwickelflüssigkeit abzuwaschen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenteile vor der Zugabe des Wassers oder wasserhaltigen Lösungsmittels einer Flockierung unterzogen werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Pflanzenteile aus einer vollfetten Saat mit dem Wasser oder wasserhaltigen Lösungsmittel versetzt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren pflanzlichen Proteinfraktionen mit einem Anteil von 0,5 bis 6 Gew.% zur Herstellung von Speiseeis eingesetzt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Substanzen mit den angelagerten Proteinen durch ein mechanisches Trennverfahren von der Mischung abgetrennt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Substanzen mit den angelagerten Proteinen als Schwimmfraktion abgetrennt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung ein die spezifische Dichte der
Mischung erhöhender Stoff zugegeben wird, um den Dichteunterschied zwischen der Mischung und den einen oder mehreren Substanzen mit den angelagerten
Proteinen zu erhöhen.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Substanzen mit den angelagerten Proteinen durch Zentrifugation abgetrennt werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Substanzen mit den angelagerten Proteinen nach der Abtrennung ohne weiteren Trennschritt direkt zur Speiseeiszubereitung eingesetzt werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Substanzen mit den angelagerten Proteinen durch ein oder mehrere weitere Trennschritte von den angelagerten Proteinen abgetrennt werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung von den angelagerten Proteinen durch Einsatz einer oder mehrerer Flüssigkeiten erfolgt.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Abtrennung der eine oder mehreren Substanzen mit den angelagerten Proteinen von der Mischung in der Mischung verbleibende Proteine durch isoelektrische Fällung oder Filtration auf- konzentriert und als Proteinisolat werden.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass durch mehrere Trennschritte, die jeweils mit Substanzen unterschiedlicher lipophiler oder amphiphiler Grenzfläche durchgeführt werden, Proteinfraktionen unterschiedlicher Proteineigenschaften und/oder hydrophile Proteine in hochreiner Form als Proteinisolat gewonnen werden.
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