WO2018178119A1 - Verfahren zur prozessökonomischen ab-/auftrennung von konstituenten pflanzlicher ausgangsmaterialien sowie deren gewinnung und verwendung - Google Patents

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Definitions

  • composition of plant products can be divided essentially into four main constituents: neutral lipids (8-40%), carbohydrates (15-35%), proteins (20-50%) and fibrous materials (20-50%). 40%). Furthermore, in plant products, variable amounts of dyes and odors, polar lipids, antioxidants, minerals and the like. contain.
  • the use of the constituents of such plant products has a central importance in the diet of humans and animals. For example, seeds having a high oil content are pressed for the purpose of oil production. After separation of the neutral lipids remains based on the weight of the press residue, an oil content of 5 to 15% by weight in the press residue. This proportion can be reduced by a subsequent extraction process to values of 2-8% by weight, but at a higher process cost.
  • Vegetable seeds with a low neutral fat content are crushed or ground and sorting of the resulting particles by physical means, such as sieving or air classification, to obtain fractions having a high content of certain constituents.
  • limit values must be observed with regard to the contents of neutral lipids, colors, odors, flavors and anti-nutritive compounds.
  • press residues or milling products in addition to neutral lipids and lipophilic minor components are included, such as carotenoids, lecithins or lipophilic alkaloids, which are disturbing in a recycling of the main components and in particular the protein fraction. Odors and flavorings are often disturbing and reduce the quality of the product. Therefore, methods such as debittering or detoxification methods have been developed to allow the use of the recoverable products, especially proteins, for human nutrition. These processes are energy consuming and / or require the use of organic solvents. Furthermore, anti-nutritive compounds such as ureases, trypsin inhibitors, alpha-glucosidases and the like may be contained in press residues and milling products.
  • anti-nutritive compounds such as ureases, trypsin inhibitors, alpha-glucosidases and the like may be contained in press residues and milling products.
  • odors and flavors from the isolated vegetable protein fractions are removed by washing with organic solvents, such as water.
  • organic solvents such as water.
  • Isopropanol (Yumiko Yoshie-Star, Functional and bioactive properties of rapeseed protein concentrates and sensory analysis of food application with rapeseed protein concentrates, LWT - Food Science and Technology Volume 39, 2006, p 503-512).
  • the residual content of neutral lipids in the products obtained from plant seeds is ⁇ 1% by weight. Therefore, it is necessary in the prior art that the plant material is de-oiled prior to product recovery or further digestion. This applies in particular to protein fractions which can be obtained from vegetable starting materials. More recently, techniques have been proposed that allow for simultaneous deoxygenation and protein recovery.
  • the methods are based essentially on the displacement of the oil from the open cell clusters by an alcoholic solution.
  • a high yield of oil requires complete digestion of the seed material.
  • this deficiency could be improved by using an aqueous alcoholic solution according to the Friolex method (EP1228701 Al), there are also significantly higher process costs.
  • anti-nutritive compounds include trypsin inhibitors, tannins, saponins lectins, cyano-glycosides, phytohemagglutininotease inhibitors, tannins, phytic acid alkaloids, gossypol, glucosinolates, sinapine.
  • Plant products such as plant seeds, also contain endogenous or exogenous substances that are potentially toxic to humans.
  • Endogenous toxins that are produced by the plant itself, for.
  • phorbol esters in the case of Jatropha oilseeds or the erucic acid in the case of lynx seeds.
  • Exogenous compounds that accumulate in vegetable compartments (protein or oil) are, for example, pesticides, herbicides or fungicides.
  • the protein fractions which can be obtained by aqueous digestion from pressed or ground plant seeds, it may be necessary to add to the protein fraction further compounds, such as, for example, carbohydrates or vitamins or antioxidants. This is done according to the state of the art with protein fractions obtained from a separation process by subsequently adding these compounds to the protein condensates or isolates and mixing them with them.
  • protein fractions obtained from a separation process by subsequently adding these compounds to the protein condensates or isolates and mixing them with them.
  • even distribution / attachment of these compounds with proteins which may be crucial for the development of particular functional and nutritional properties, can only be achieved if self-assembly of these compounds occurs electrostatically in the region of hydrophilic or hydrophobic protein domains.
  • the combination product protein + self-assembled compound (s)
  • the combination product has different physical properties than if, as in the prior art, already condensed proteins are "coated” with other compounds, ie, adhered to or aggregated with the aggregated proteins
  • This difference may be of great importance for the qualitative and functional result of the product to be achieved
  • No methods are known from the prior art for loading and separating proteins with other compounds during an extraction process, so that a combination product is obtained can be, in which a physiological spatial arrangement of the compounds has been adjusted by a self-assembly.
  • the Chinese patent application CN 106 720 920 A describes a process for the production of soy protein isolate, wherein a large volume of water is necessary for the hydration of compounds.
  • US patent application US 2004/009263 A1 discloses a process for zein extraction from maize meal.
  • the protein particles are larger than ⁇ .
  • EP 2 404 509 A1 is a European patent application which is directed to the extraction of protein from fresh grape seeds. Precipitation is achieved by acid, the pH being 3.
  • US Patent Application US 2015/073127 A1 is directed to methods for isolating proteins from flour or oil cake. The extraction takes place with a large amount of water, the volume of water is then reduced again by ultrafiltration, whereby the toxic compounds and soluble carbohydrates are removed from the aqueous protein solution. It is also apparent from the exemplified process examples from the prior art that no method is currently available which is directed to a complete separation of all constituents of a plant starting material and thereby ensures an economically operable and industrially applicable process technology in which all constituents are usable Products can be obtained immediately.
  • the present invention relates to a method for process-economic separation and / or separation of all constituents comprising
  • water-soluble and dissolved compounds comprising proteins and carbohydrates and / or flavorings and / or dyes and / or fats and / or toxins;
  • solid solids comprising cellulose-based fibers and / or lignin-rich shells present in dehydrated / compacted form
  • step 2a adding the starting material of step 1) with an aqueous solution having a pH between 7.5 and 13.5, containing at least one dissolved amino acid with a molar mass of less than 400 g / mol and a solubility of at least 35 g / L in water at 20 ° C and / or peptide from 2 to 50, preferably 2 to 10 of these amino acids for complete saturation of the constituents of the proteinaceous biogenic starting material, to obtain hydrated soluble Verbidnache and decomposition of the solid solids,
  • step 2b) adding an aqueous distribution volume having a weight ratio to the dry matter of the proteinaceous biogenic starting material of 5: 1 to 500: 1 and mixing to obtain a distribution mixture of the separated and / or separated constituents from step 2a) to obtain dissolved soluble compounds, and dekompakt faced solid solids, 3) separation of the solid decompacted solids and optionally the undissolved water-soluble compounds from the distribution mixture of step 2b) to give an aqueous solution of the water-soluble and dissolved compounds without solid solids and without the optional water-soluble and undissolved compounds,
  • step 4) adding an aggregating agent comprising an aqueous solution containing at least one organic acid and aggregating the water-soluble and dissolved compounds comprising proteins and / or carbohydrates of the aqueous solution of step 3) until a suspension of the aggregated compounds comprising the proteins and / or Carbohydrates (ie the proteins and, if present, the carbohydrates) and an aqueous phase containing the non-aggregated, water-soluble and dissolved compounds,
  • step 4) separation of the suspension of step 4) and dehydrogenation of the aggregated compounds by separation of water and obtaining dehydrated aggregated compounds and a clarified aqueous phase, and optionally purification of the clarified aqueous phase,
  • step 6) adding the clarified aqueous phase from step 5) as an aqueous solution to step 2a) and / or as an aqueous distribution volume to step 2b), or
  • Preferred is a proteinaceous biogenic starting material which is a non-woody
  • the at least one amino acid and / or the one peptide is a cationic amino acid and / or at least one cationic amino acid-containing peptide.
  • Disintegration may be by a physical process known in the art, such as by mechanical methods such as peeling / skinning, crushing, crushing, pressing or milling, or thermal processes such as blanching.
  • thermal processes have the disadvantage that they are energy-consuming and, in particular, can thermally damage the constituents of the starting materials, so that they are no longer or only to a limited extent utilizable.
  • pressing methods differ from other desintegrative methods in that cell and tissue structures in the digestion material are largely destroyed. This causes the escape of oil, so in conjunction with the residual moisture, z.
  • a seed, amphiphilic compounds, such as phospholipids, glycolipids, free fatty acids, but also proteins are emulsified and baked together with the heat of friction with these and other components of the seed to form a homogeneous composite and virtually anhydrous with each other. This also includes fractured fiber fractions. Therefore, presscakes are usually very hard and hydrophobic, so there is only a low water absorption capacity.
  • a problem with a presscake resulting from a pressing process is that it swells only over the course of days in further processing with water to separate the constituents.
  • the milling process also involves a disintegration of the cell and fiber structures.
  • no caking of the various components takes place. Therefore, the ground product dissolves relatively well in water to smaller aggregates. A caustic results here also a faster swelling.
  • this also results in "slime formation" and insoluble aggregates are formed which are visible to the naked eye, and the insoluble aggregates can no longer be dissolved in the further course of the process with the aid of an aqueous solution
  • Subsequent processing by means of a liquor has the further disadvantage that virtually complete separation of the proteins from the solid constituents can not be realized.
  • US 2015/073127 A1 is directed to processes for the isolation of proteins from flour or oil cake Extraction takes place with a large amount of water, the volume of water is then reduced again by ultrafiltration, whereby the toxic compounds and soluble carbohydrates are removed from the aqueous protein solution, followed by precipitation with an alcohol or acetone ben compounds, such as polyphenols, can be achieved according to the disclosure only by the organic solvents used. Since organic solvents destroy the tertiary structure of the proteins, impaired protein functionality may occur. Whether the functionality of the products has been preserved is not apparent from the patent application. The product claims relate to isolates with a low content of solvents, sinapinic acid, glucosinolates and fats. The content of flavorings is not disclosed.
  • the protein solubility is 74% and 81%.
  • solutions of dissolved amino acids and / or peptides cause rapid and complete removal / separation of the constituents in plant products such as seeds, seeds or grains. It has thus been found that the constituents which are present in press residues and milling products can be separated from one another very easily in an aqueous medium by complete wetting with such an aqueous solution, ie impregnation.
  • Both the formation of slime and insoluble aggregates is achieved by using an aqueous solution having a pH between 7.5 and 13.5, containing at least one dissolved amino acid with a molar mass of less than 400 g / mol and a solubility of at least 35 g / L in water at 20 ° C and / or peptides from 2 to 50 of these amino acids.
  • complete saturation of the constituent of the proteinaceous biogenic starting material is required.
  • the solution state can be recognized, for example, by the fact that the proteins remain in suspension, ie do not sediment or sediment only to a small extent, which can be detected, eg. By a visual inspection or a determination of the turbidity of the solution.
  • the removal / removal of proteins in particular by the aqueous solutions containing dissolved cationic amino acids and / or peptides from 2 to 50, preferably 2 to 20, still more preferably from 2 to 10 cationic amino acids such as Arg, Lys, His and Phe, preferably Lys, His and Arg, and more preferably Lys and His, allows, for the first time, the isolation of fiber structures from these plant products, which by their nature can be classified as cellulose-based fibers, become available. Furthermore, it has been found that cellulose-based fibers which have undergone protein dissolution / depletion and have been decomposed thereby, extremely swell in the aqueous digestion phases, causing them, e.g. B.
  • the invention is directed to a process which enables a wet-technical complete digestion of vegetable products, in particular of plant disintegration products, such as pressed and ground products of seeds, kernels and grains, for the purpose of obtaining pure ingredients (constituents). , in particular proteins, carbohydrates, cellulose-based fiber and lignin-rich shell components.
  • the method is directed to the separation and production of functionally and / or nutritionally high-quality protein products from plant disintegration products. Furthermore, the method is directed to the production of functionally and / or nutritionally high-quality combination compounds / aggregates with proteins from plant disintegration products.
  • the process is directed to the production and obtaining of qualitatively and / or functionally high quality cellulose-based fibers and / or lignin-rich shell products.
  • the method is directed to an economical use of the necessary connections for the process implementation and the required volume of water as well as to a reusability of the process solutions used and to a residue-free recycling of the raw and process materials.
  • the methods of the invention are directed to the use of the obtainable functional and / or high-quality valuable fractions, eg. As food, food additives, output products in the chemical, pharmaceutical or agricultural industries.
  • the object of the present invention is thus to provide a method by which the constituents of vegetable starting materials and in particular of disintegration products, such as press residues and ground products of plant seeds, without further pretreatment, with an aqueous process ab- / be separated, so that the Main components are completely separated from each other in an aqueous process liquid, from which the dissolved and solid constituents can be separated in consecutive process steps and recovered in pure form.
  • aqueous solutions containing amino acids and / or peptides in dissolved form cause a detachment of proteins from other constituents of a vegetable starting material, which dissolves the pre-existing composite / compaction between and among the constituents of the starting material, and then the various constituents are decompacted in a separable and pure form.
  • the effectiveness of the method was both for the use of aqueous solutions of single dissolved cationic amino acids and of dissolved peptides and peptides containing said amino acids or functionalities of these amino acids, as well as combinations of different dissolved amino acids and of dissolved peptides with cationic amino acids and / or peptides being represented.
  • the cause of this surprising effect a Ab- / or. Separation of the constituents at their interfaces is unclear.
  • Preference is given to a process for the separation of organic constituents of vegetable starting materials, in which a separation / separation of the constituents by an aqueous solution containing dissolved amino acids and / or peptides, is achieved.
  • Particularly preferred is an embodiment of the method in which the dissolved amino acids and / or peptides are dissolved cationic amino acids and / or peptides.
  • the inventive method can with one or more dissolved amino acids and / or dissolved oligo or.
  • Polypeptides having a different amino acid sequence or different dissolved oligo- or polypeptides, which are each oligo- or polypeptides of an amino acid, are carried out as long as a solubility of these is given in an aqueous medium. It has thus been possible to demonstrate that hydrophobic amino acids are also suitable for carrying out the separation and separation of proteins according to the invention, provided that they were in solution, for example phenylalanine in an oligopeptide with lysine.
  • amino acids and / or peptides are present in a completely dissolved in water form and can be added to this in the réelleumbleden organic material or with this, in a dissolved form in water, in contact.
  • amino acids arginine, lysine, histidine and phenylalanine are suitable.
  • di-tri- or oligopeptides as well as polypeptides composed of one, two or more amino acids. Preference is given to short-chain peptides, for. DG.
  • peptides which consist of amino acids which have both hydrophobic and hydrophilic side groups, such as (for example according to the names of the amino acids) GLK, QHM, KSF, ACG, HML, SPR, EHP or SFA.
  • peptides which have both hydrophobic and cationic and / or anionic side groups such as RDG, BCAA, NCR, HIS, SPR, EHP or SFA.
  • RDG amino acids which have both hydrophobic and cationic and / or anionic side groups
  • RDG amino acids which have both hydrophobic and cationic and / or anionic side groups
  • RDG amino acids which have both hydrophobic and cationic and / or anionic side groups
  • RDG amino acids which have both hydrophobic and cationic and / or anionic side groups
  • RDG amino acids which have both hydrophobic and cationic and / or anionic side groups
  • RDG amino acids which have both hydrophobic and cationic and / or anionic side groups
  • peptide When cationic amino acids are used, the term "peptide", which is then used without further specification, means that a peptide consists of 2-50, preferably 2-20, and more preferably 2-10 amino acids, preferably proteinogenic amino acids Peptide to at least 20% of the amino acids, preferably at least 30% of the amino acids, more preferably at least 50% of the amino acids, even more preferably at least 80% of the amino acids and most preferably 100% of the amino acids of cationic amino acids, in particular Lys, His and Arg exist.
  • the present invention also relates to a process for process-economic separation and / or separation of all constituents comprising
  • water-soluble and dissolved compounds comprising proteins and carbohydrates and / or flavorings and / or dyes and / or fats and / or toxins;
  • water-soluble and undissolved compounds comprising starch; solid solids comprising cellulose-based fibers and / or lignin-rich shells;
  • step 2a adding the starting material of step 1) with an aqueous solution having a pH between 7.5 and 13.5, containing at least one dissolved cationic amino acid with a molar mass of less than 400 g / mol and a solubility of at least 35 g / L in water at 20 ° C and / or peptides from 2 to 50, preferably 2 to 10 of these amino acids, preferably at least one dissolved proteinogenic cationic amino acids and / or peptides from 2 to 50, preferably 2 to 10 of these proteinogenic cationic amino acids, to the complete Impregnation of the constituents of the proteinaceous biogenic starting material until hydrated soluble compounds and decomposition of the solid solids are obtained,
  • step 2b) separation of the solid decompacted solids and optionally the undissolved water-soluble compounds from the distribution mixture of step 2b) to give an aqueous solution of the water-soluble and dissolved compounds without solid solids and without the optional water-soluble and undissolved compounds,
  • step 4) adding an aggregating agent comprising an aqueous solution containing at least one organic acid and aggregating the water-soluble and dissolved compounds comprising proteins and / or carbohydrates of the aqueous solution of step 3) until a suspension of the aggregated compounds comprising the proteins and if present is obtained the carbohydrates and an aqueous phase containing the non-aggregated, water-soluble and dissolved compounds,
  • step 4) separation of the suspension of step 4) and dehydrogenation of the aggregated compounds by separation of water and obtaining dehydrated aggregated compounds and a clarified aqueous phase, and optionally purification of the clarified aqueous phase,
  • step 6) adding the clarified aqueous phase from step 5) as an aqueous solution to step 2a) and / or as an aqueous distribution volume to step 2b), or
  • the protein-containing biogenic starting material is non-woody plant material.
  • an aqueous solution containing cysteine with a pH of the solution of 6-7 is provided. Since cysteine has an isoelectric point at 5.3, hy- drozation of proteins is not sufficiently possible here, in particular hydration of compounds enclosed by solids, such as cellulose-based fibers, can not be effected.
  • the description of the Chinese patent application shows that in step 1, the pH is adjusted to a pH of 6-7 with an aqueous sodium hydroxide solution.
  • cysteine was in the form of an acidic solution and had to be neutralized with caustic soda. A hydration of the proteins by cysteine has thus not occurred.
  • US patent application US 2004/009263 A1 discloses a process for zein extraction from maize meal. Sulfur-containing compounds and in particular sulfur-containing amino acids are used in order to specifically crosslink them with sulfur compounds of proteins. In both cases, proteins are chemically altered, which is a problem if the natural proteins are to be recovered. During the extraction a maximum pH of 7 is allowed. For extraction, an alcohol is used. The protein particles are larger than ⁇ .
  • aqueous solution having a pH between 7.5 and 13.5 apart from the at least one cationic amino acid and / or peptides from 2 to 50 of these amino acids, there are no further amino acids.
  • the at least one dissolved amino acid according to step 2a) preferably has a molar mass in the range from 75 g / mol to 350 g / mol, more preferably from 100 g / mol to 320 g / mol, more preferably from 140 g / mol to 300 g / mol and / or a solubility of at least 75 g / L in water at 20 ° C, preferably of at least 100 g / L in water at 20 ° C and more preferably of at least 140 g / L in water at 20 ° C and / or it is ⁇ -, ß- or ⁇ -amino acids and / or proteinogenic and / or non-proteinogenic amino acids.
  • amino acids are physiological constituents of proteins and can remain in a protein fraction to be obtained.
  • amino acids which are present in the protein fraction which can be separated off in an amount which is inadequate for human or animal nutrition, they can be selectively supplied with the obtainable product.
  • the pH of the aqueous solution containing dissolved amino acids and / or peptides is changed by the addition of a base or an acid. This can be done, for example, to increase the solubility of one or more of the amino acid (s) / peptide (s).
  • cationic amino acids such as arginine, lysine or histidine are suitable for this purpose.
  • hydroxide ions but also tertiary or quaternary amines, such as triethylamine or ammonia.
  • the selection and usable concentration depends on the application (eg production of a food ingredient), the effects on the organic constituents to be dissolved (eg induction of hydrolysis or denaturation) and the dischargeability from the product as well as from the process liquid (if disturbing) from.
  • the selection of a suitable acid and the selection of a suitable concentration depend in an analogous manner on the application and the possible remaining in a product.
  • Suitable acids include, for.
  • organic acids such as lactate, pyruvate, citric acid, oxalic acid, phosphoric acid, ascorbic acid, acetylic acid, EDTA and inorganic acids such as phosphoric acid or sulfuric acid.
  • the selection criteria of a suitable base or acid are known to those skilled in the art.
  • co-solvents are, for example, alcohols, such as isopropyl alcohol, ethanol or methanol, furthermore ethoxylates, ethers, esters, DMSO, betaines, sulfobetaines or imidazolines, but also other solvents can be used. The use of only low concentrations is preferred. Suitable co-solvents may also be organic compounds with little or no polarity. So z. B. carboxylic acids are added, such as. As the hexane or octanoic acid.
  • alkyl compounds such as hexane or octane but also methyl esters of fatty acids and triglycerides can be used, such as oilseed rape or sunflower oil.
  • the use of a low concentration in relation to the concentration of the dissolved amino acids and / or peptides used is preferred.
  • the use of less polar or apolar compounds is particularly advantageous if amphiphilic or nonpolar compounds are present in the organic agglomerates to be disrupted.
  • the amphiphilic to nonpolar compounds to be separated can be more easily combined in a lipid phase which is being formed, and thus easier from an aqueous phase in which proteins and other hydrophilic compounds Compounds are included, to be separated.
  • Preferred non-polar compounds are neutral fats, such as triglycerides, alkanes, or fatty acid methyl esters.
  • the degree of denaturation is inversely correlated with the pH during coagulation with an acid. Depending on the degree of degeneration, coagulated proteins can no longer or only to a limited extent be dissolved in water. Surprisingly, there was a very rapid and complete condensation of proteins which had been separated / separated with dissolved cationic amino acids and / or peptides and present dissolved in the aqueous medium, already by the addition of minimal amounts of acids. It was found that a complete condensation of the dissolved proteins at a neutral pH, ie pH 7 or in an approximately neutral pH range, ie at a pH between 5.5 and 8, was carried out. Such condensates can be divided by a strict agitation into the finest particles. Particularly preferred is a process wherein in step 4) the pH of the aqueous solution of step 3) is adjusted to a pH in the range between 5.5 and 8.
  • the solution of proteins in / with a cationic amino acid and / or peptide solution for shifting the solubility minimum of the dissolved proteins to a pH range of preferably> 5, more preferably> 5 , 5, more preferably> 6 and more preferably 7.
  • a minimum solubility of the solubilized proteins of ⁇ 13, more preferably ⁇ 12, even more preferably ⁇ 11 and even more preferably ⁇ 10 is a shift of the solubility minimum of the dissolved proteins to pH 7.
  • Preference is given to a process in which an increase in the solubility minimum of dissolved proteins is achieved.
  • Preferred is a method in which the solubility minimum of dissolved proteins in a pH range between 5.5 and 8 is shifted.
  • Preferred is a method in which a shift of the solubility minimum in a pH range between 5.5 and 8 by a solution of dissolved amino acids and / or peptides and the dissolved proteins by adjusting the pH of the solution to a value between 5, 5 and 8 are condensable and separable.
  • Particularly preferred is an embodiment of the method in which the dissolved amino acids and / or peptides are dissolved cationic amino acids and / or peptides.
  • solubility minimum was in a pH range of 2.8 to 4.2.
  • the dissolved and hydrated proteins are associated with a variety of ionic or nonionic compounds also condense.
  • ionic or nonionic compounds also condense.
  • a condensation according to the invention can be achieved.
  • the protein condensates are characterized in that they form very voluminous spatial structures, which have only a slight tendency to sedimentation, due to a large hydrate shell.
  • dissolved cationic amino acids and / or dissolved peptides containing cationic amino acids or having a positive overall charge are particularly suitable for enabling the invention to increase the minimum solubility of dissolved proteins.
  • Preference is given to a method in which an increase in the solubility minimum of dissolved proteins is achieved by dissolved cationic amino acids and / or dissolved peptides containing cationic amino acids.
  • coagulated proteins are suspended and / or resuspended and hydrated by means of an amino acid and / or peptide solution, thereby obtaining a water binding capacity of preferably> 400% by weight, more preferably> 500% by weight, more preferably> 600% by weight % and even more preferably> 700% by weight.
  • Preferred is a method of hydrating coagulated proteins by suspending in a solution of dissolved amino acids and / or peptides. Particularly preferred is an embodiment of the method in which the dissolved amino acids and / or peptides are dissolved cationic amino acids and / or peptides.
  • the preferred concentration of the cationic amino acids and / or peptides present in the suspension with proteins to be hydrated is between ⁇ and 3 mol / l, more preferably between ⁇ and 1 mol / l, more preferably between 1 mmol and 0.5 minor.
  • the temperature at which the hydration of proteins according to the invention takes place is preferably between 5 and 90 ° C, more preferably between 10 and 60 ° C and more preferably between 15 and 45 ° C.
  • the pH of the solution in which the hydration of proteins according to the invention takes place is preferably between 7.5 and 13.5, more preferably between 7.5 and 12.5 and more preferably between 7.5 and 11.5.
  • the solution is agitated with the proteins to be hydrated, preferably a propeller mixer.
  • the duration required for complete hydration of the proteins depends on the other process parameters and must therefore be determined individually. Preferred is a duration between 5 minutes and 5 days, more preferably between 10 minutes and 1 day and more preferably between 15 minutes and 1 hour.
  • Preference is given to a process in which hydration of proteins takes place by means of amino acid and / or peptide solutions.
  • Particularly preferred is an embodiment of the method in which the dissolved amino acids and / or peptides are dissolved cationic amino acids and / or peptides.
  • Preferred is a method for suspending and / or suspending and hydrating condensed / aggregated / complexed proteins with amino acid and / or peptide solutions. Particularly preferred is an embodiment of the method in which the dissolved amino acids and / or peptides are dissolved cationic amino acids and / or peptides.
  • Preference is given to a method for increasing the water-binding capacity of proteins by dissolved cationic amino acids and / or peptides.
  • mechanically disintegrated plant starting materials are placed in and left in an aqueous solution containing one or more amino acids and / or peptides in dissolved form until complete removal / separation of the main constituents of the starting materials has taken place Form dissolved or suspended here.
  • the weight ratio between the starting material and the aqueous solution is preferably between 1: 5 and 1: 500, more preferably between 1:10 and 1: 150 and more preferably between 1:15 and 1:50.
  • the temperature at which this is done is freely selectable, preferably a temperature between 10 and 120 ° C, more preferably between 15 and 90 ° C and more preferably between 20 and 60 ° C.
  • a continuous or discontinuous mixing takes place.
  • the duration of the process step in which a separation / separation and a distribution of the constituents of the starting material in a water volume at the same time depends on the process parameters and must be determined individually.
  • a test can be carried out, for example, by removing a representative sample from the agitated solution mixture and filtering it with a sieve (sieve gauge). If no aggregates of different constituents of the starting materials are more recognizable in the sieve residue and the constituents can be easily separated, the process is complete.
  • Preferred is a method in which separation / separation of the constituents of mechanically disintegrated seeds, grains or nuclei is achieved by placing the seeds, grains or nuclei in a solution containing dissolved amino acids and / or peptides until the constituents are easily separable.
  • the solution process could be accelerated by a high concentration of dissolved amino acids and / or peptides. It has been shown that this leads and / or disintegrates between the main constituents of the plant material. It has been found that by distributing a completely saturated vegetable starting material in a sufficiently large volume of water, an immediate and complete dissolution of the constituents of the starting material occurs, so that the various constituents are already directly present in isolated form. It has been found that by this method, in contrast to loading the starting materials into an aqueous solution in which a separation / separation process and a distribution of the dissolved constituents of the starting material takes place simultaneously, the amount of dissolved amino acids required to completely dissolve the constituents and / or Peptides can be significantly reduced.
  • a removal / separation phase takes place, in which the vegetable starting material is brought into contact with an aqueous solution of amino acids and / or peptides which are present in dissolved form, so that complete impregnation / penetration of the starting vegetable material with the aqueous solution.
  • the presence of a complete saturation can be tested by, for example, mechanically finely dividing the impregnated starting material and determining the completeness of a moisture penetration visually or by analytical methods.
  • a process step takes place in which the mechanically disintegrated plant starting material is applied in a suitable container with one of the aqueous solutions according to the invention containing dissolved amino acids and / or peptides, in order to impregnate it herewith.
  • Soaking means that in a finely divided impregnated material this is completely moist (moisture content> 20% by weight).
  • a moisture can, for example, visually, z. B. by a change in color, or analytically, for example by changing the electrical conductivity can be detected.
  • wet does not mean that the starting material is wet, no free liquid separates upon centrifugation of the saturated moist starting material at 2,000 g.
  • Application of the aqueous solutions may be carried out by methods known in the art For example, this may be a stirring, which allows a complete circulation of the mixed material and in which the aqueous solution is added until a complete saturation is detected in a representative sample
  • the vegetable starting material is distributed on a conveyor belt or a conveyor belt and the dispersed starting material is sprayed with the aqueous solution, Preference is given to charging the vegetable starting material with one volume of the aqueous solution containing dissolved amino acids and / or peptides and in particular cationic amino acids or peptides with cationic amino acid, in a mass ratio of 1: 0.5 to 1:10, more preferably between 1: 1 and 1: 8 and more preferably between 1: 1.2 and 1: 4.
  • the temperature at which the impregnation can take place is arbitrary, preferably a temperature between 6 and 90 ° C., more preferably between 10 and 60 ° C. and more preferably between 18 and 40 ° C.
  • the impregnated vegetable starting material may remain in the container after the completeness of saturation in a quiescent or further agitated state has been determined. or to another container until the next process step is completed.
  • a transfer can be accomplished by means of known conveying techniques, for example with a conveyor belt.
  • a complete swelling of the vegetable starting material is carried out with the ablation / separation process according to the invention.
  • the volume of aqueous solutions required for complete swelling of the starting material, containing dissolved amino acids and / or peptides, is greater than that required for complete impregnation of the starting material. This can be particularly advantageous when the Ab / -aufaufennungs mixture of this process step is to be transported to another container with a pumping device; the swollen material can be easily removed with prior art pumping devices, e.g. through a pipeline.
  • a test of whether further water binding is possible can be made by adding a 0.3 molar solution of the amino acid and / or peptide solution in small volume units to a sample of the swollen material whose mass is determined. If a free water phase forms, the swelling process is complete, otherwise the addition of the amino acid and / or peptide solution used to continue the mixture.
  • the addition volume of aqueous solutions containing dissolved amino acids and / or peptides naturally varies greatly depending on which starting material is used and in what form it is present.
  • a mass ratio of the starting material with the aqueous solutions containing dissolved amino acids and / or peptides is preferably between 1: 4 and 1:20, more preferably between 1: 5 and 1:15 and more preferably between 1: 6 and 1:10.
  • the temperature at which the impregnation can be carried out is arbitrary, preferably a temperature between 6 and 90 ° C, more preferably between 10 ° and 60 ° C and more preferably between 18 and 40 ° C.
  • the completely swollen vegetable starting material may remain in the container in a quiescent or further agitated state or be filled in another container until the next process step is carried out. Transfer can be accomplished by known conveying techniques, such as with a screw pump that allows passage through a pipeline.
  • aqueous solutions with amino acids and / or peptides present in dissolved form are present in a concentration of preferably 1 mmol / l to 1 for the process step of separation / separation of the plant starting material which takes place by means of a soaking or swelling process 5 mol / l, more preferably from 50 mmol / l to lmol / l and even more preferably between 100 mmol / l and 400 mmol / l are added.
  • the addition of the aqueous solution can be carried out once, repeatedly or continuously and as needed.
  • the digestion process is preferably carried out at ambient temperatures, or in the previously indicated temperature ranges.
  • a lowered temperature is advantageous, for example, when a thermosensitive compound is to be obtained as product from the substance mixture and an elevated temperature is for example advantageous if z.
  • B. a simultaneous germ reduction is desired.
  • a residence time between the complete saturation or the complete swelling and the execution of the next process step which is preferably between 5 minutes and 24 hours, more preferred between 10 minutes and 12 hours and more preferably between 20 minutes and 6 hours. It is not necessary to agitate the mixture after soaking or swelling. However, to prevent settling of ingredients, agitation, e.g. B. by means of a stirrer, done.
  • the temperature of the mixture during the storage / transport period until the next protestrution can be chosen freely, preferably a temperature between 6 and 90 ° C, more preferably between 10 ° and 60 ° C and more preferably between 18 and 40 ° C.
  • a simple test procedure can be used to determine whether a mixture of this process step is suitable for feeding to the next process step.
  • a representative sample is taken from the mixture and placed in a water (25 ° C), in a mass ratio of 1:20 and agitated for 2 minutes at 200 rpm. Subsequently, the entire suspension is filtered (Siebrete ⁇ ). The screen residue is examined visually and / or microscopically for the presence of aggregates of constituents of the vegetable starting material. If no aggregates are present, then sufficient removal / separation of the constituents of the starting material has taken place and the process step has been completed.
  • a distribution and separation of the constituents of the vegetable starting material is carried out. Due to the complete dissolution of the proteins of other constituents, they acquire a great water-binding capacity. Therefore, a large aqueous volume of distribution is required for spatial separation of the constituents.
  • the separation of constituents of vegetable starting material according to the invention is thereby made possible in a particularly advantageous form by providing a sufficiently large volume of water for distribution and separation of the solid and soluble dissolved constituents of the starting material, whereby particularly pure fractions be obtained immediately. It has been found that, if a sufficiently large volume of water is not provided in the distribution phase, the solid constituents of the plant starting material obtainable by filtration techniques are not separable and have attachments of soluble constituents of the starting material. Therefore, a crucial criterion for the distribution and separation according to the invention of the solid constituents of the starting material is the provision of a sufficiently large volume of distribution.
  • condensation and / or aggregation and / or complexing of dissolved compounds according to the invention by condensing agents is incomplete or only incomplete if the dissolved soluble compounds are not dissolved in a sufficiently large aqueous volume of distribution. It has been shown that the required volume of water depends in particular on the composition, type and concentration of the soluble constituents of the starting material and therefore the required amount of water volume, which is required to carry out the method step according to the invention, must be determined individually.
  • the separation / separation mixture is dissolved in water.
  • clarified process water of more consequential process steps can be used or deionized or not further treated city or well water.
  • the determination of a sufficiently large volume of water of the distribution phase is made by making a dilution series with a sample of the previous process step (the separation / separation mixture) (e.g., 10 g). After a stirring phase of 3 minutes, the filtration (Siebuge ⁇ ) of the suspension. The filter residue is analyzed (visually or microscopically) for deposits / attachments of soluble and water-rinsable compounds. The filtrate is admixed with a suitable solution of a condensing agent in increasing doses.
  • a sufficiently large volume of dilution is present if there is no build-up / attachment to the solid constituent of the starting material present in the filter residue, as well as complete condensation and / or aggregation and / or complexing of the dissolved soluble compounds present in the distribution mixture is present takes place.
  • a removal / separation of the constituents of the vegetable starting material by means of an aqueous solution containing dissolved amino acids and / or peptides, followed by a sufficiently large volume of water to distribute the constituents provided.
  • Preferred is a method for determining a water volume which is sufficient to separate solid constituents of a vegetable starting material without adhesion and to produce a condensate. tion / aggregation / complexation of soluble compounds of the starting material, which are present in dissolved form, with a condensing agent completely or almost completely condensed.
  • the volume of water required to carry out the following process step according to the invention is provided in a suitable container.
  • the determination of the water volume of this process step, or the mass ratio between the separation / separation mixture of the previous process step and the water phase of the distribution process step is based on empirical or standard values. Naturally, such ranges of values may be above or below the value determined from a determination of a sufficiently large volume of water required for optimal further process performance.
  • Preferred in this process embodiment is a ratio of the volume of water to the dry mass of the starting product of 5: 1 to 500: 1, more preferably from 10: 1 to 150: 1 and more preferably from 15: 1 to 50: 1.
  • the method of introducing or bringing into contact the separation / separation mixture and the water phase of this process step is arbitrary.
  • the distribution process can be continuous or discontinuous.
  • the distribution process can be carried out at an arbitrary temperature; a temperature range of the aqueous suspension is preferably between 6 and 90.degree. C., more preferably between 10 and 60.degree. C. and more preferably between 18 and 40.degree.
  • the duration of the distribution process is arbitrary, preferably a duration of 1 minute to 24 hours, more preferably from 5 minutes to 5 hours and more preferably from 10 minutes to 1 hour.
  • the mixing takes place to obtain a distribution mixture of the separated and / or separated constituents from step 2a) by means of an intensive mixer.
  • the distribution process is sufficient and complete when it is in a representative sample, which is taken from the distribution mixture and then by a coarse (1mm mesh) and a fine sieve (mesh ⁇ ) filtered in Siebrückstad with the eye no visible aggregates of different Constituents of the vegetable starting materials are to be recognized.
  • the successful distribution of the constituents of the starting material can also be recognized by the fact that a sample of the distribution mixture is filled into a graduated cylinder and within a short time for the separation of 3 phases or in the presence of lipids of 4 well distinguishable phases. The required time should not exceed 4 hours.
  • the lowest phase is characterized by a high proportion of lignin-rich fiber materials, if they are present.
  • cellulose-based fiber materials in the layer above there is a high proportion of cellulose-based fiber materials as well as complex carbohydrates.
  • the dissolved soluble compounds especially the dissolved proteins and dissolved soluble carbohydrates as well as other soluble compounds. In the case of the presence of lipids, they float to the aqueous solution.
  • the composition and the ratio of the other dissolved compounds varies considerably with the possible applications with the method. These may be compounds such as sugar compounds, vitamins, amino acids, carboxylic acids, polyphenols, dyes, odorants and flavorings present in dissolved form in the aqueous distribution volume.
  • the concentration of the dissolved amino acids and / or peptides present in the distribution mixture following the distribution process is not below 10 mmol / l, more preferably not ⁇ 30 mmol / l and more preferred by dilution with water not lowered ⁇ 50mmol / l.
  • the presence of a specific concentration of the amino acids and / or peptides according to the invention can be adjusted in a further preferred embodiment of the method by a further addition of dissolved amino acids and / or peptides. This can be done by an intensive one-time mixing or by a continuous mixture. It is advantageous to avoid air entrapment or blistering, as this can lead to foaming. In this respect, the use of Laminarmischern is advantageous.
  • Foaming can be counteracted by known techniques. Further according to the invention is a control and optional adjustment of the pH of the distribution solution. This can be done with lyes or acids from the prior art, preferred acids are HCL or formic acid, preferred bases are NaOH or urea. Preferably, a pH of the distribution solution is between 7.5 and 13, more preferably between 8.0 and 12.5, and even more preferably between 8.5 and 11.
  • additives can be added to the distribution mixtures in order to achieve further particularly advantageous effects and effects.
  • effects relate, for example, to surface conditioning, which in cellulose-based fibers which are expanded in this process step with the process water.
  • Such conditioning can, for example, cause an increase in the water-binding capacity, as a result of which the cellulose-based fibers can be separated more easily on the one hand in the subsequent process steps and, on the other hand, improved product properties of the cellulose-based fibers can be produced.
  • adsorbents for example Removal of dyes or toxins or electrolytes, etc. may be effected.
  • additives added to the volume of distribution of this process step depends on the specific application and the starting material and can be decided by a person skilled in the art.
  • examples of possible additives include: urea, DMSO, zeolites, ion exchange resins.
  • a separation of the solid solids from the aqueous distribution mixture is carried out, which in one embodiment is essentially represented by the fibrous materials and complex carbohydrates present herein.
  • the separation is particularly advantageous, since the fibrous materials which are present in an aqueous distribution volume after separation / separation according to the inventive method have a very high water binding capacity and thereby present in the aqueous solution dissolved proteins, but also other dissolved soluble compounds in include the spatial structures formed by these fibers.
  • a key criterion for obtaining a sensor-error-free fraction of condensed and dehydrated soluble constituents of the starting material is complete or near complete separation of solid solids. It has been shown that this criterion is met when, after an expansion / hydration of soluble compounds and the fibers and swelling of complex carbohydrates, the suspension of dissolved soluble compounds has freely passed through a filter with a mesh size of ⁇ . Such solutions / suspensions are fiber-free or nearly fiber-free. Approximately> 98% by weight.
  • solid solid here describes spatial structures that do not pass a filter with a sieve size of ⁇ In this way, a very simple process technology can be provided, with which all or almost all solid solids from the distribution mixture, in which the dissolved proteins as well as other soluble and dissolved compounds remain, are selectively removed.
  • the surprising and particularly advantageous effect resulting from the process according to the invention is the obtaining of an aqueous phase in which main constituents of the vegetable starting material which are present as a solid solid are no longer present and which are virtually all the soluble proteins present in the Containing starting material contained in a dissolved and hydrated form. Therefore, in a preferred embodiment, the method according to the invention is carried out such that following a distribution of the constituents in an aqueous distribution volume by a filtration process, an aqueous solution is obtained with proteins dissolved and hydrated therein, which is free of solid solids.
  • aqueous solution with proteins dissolved and hydrated therein which is free or nearly free of solid solids.
  • Suitable screening devices are known in the art. Particularly suitable for this purpose are sieve devices which at the same time cause agitation of the feed material / sieve residue, such as, for example, vibrating or tumbling sieves, since the sieve residue which builds up greatly impairs the passage of the water phase.
  • Other particularly suitable filtration techniques are, for example, curved screens, band filters or Siebdekanter.
  • centrifugal separation processes such as decanters, centrifuges or separators.
  • centrifugal separation is that higher molecular weight proteins can be carried out in the gravitational field with the solid solids and further purification of the solid mass obtained must be carried out in order to separate the solid solutes discharged with discharged soluble compounds, which in turn is preferably carried out by means of a suitable filtration technique.
  • the advantage of having a sieve with a larger screen size is that a significantly larger volume of the distribution solution per unit time can be filtered, with significantly lower material and process costs.
  • a fractionated separation of solid constituents of the vegetable starting material takes place, which can preferably be carried out in one process step.
  • complex carbohydrates eg starch granules
  • starch granules some of which have dimensions of 0.5-2 mm
  • the method is also suitable for selective separation of complex carbohydrates, such as starch granules.
  • the resulting filter residue of this process step is dewatered.
  • Methods for this are known in the art. Particularly suitable are screen presses or screw presses or centrifugal processes, such as centrifuges or decanters.
  • the sieve residue can be reduced to a residual moisture content of preferably ⁇ 80% by weight, more preferably ⁇ 60% by weight and more preferably ⁇ 40% by weight.
  • the obtainable filtrate liquid is fed to the filtrate liquid of the previously performed filtration process. This advantageously makes it possible to obtain virtually lossless maintenance of the process fluid of the distribution phase and the dissolved compounds contained therein.
  • the solid constituents thus obtained which are almost free from soluble constituents of the vegetable starting material, can be obtained in a highly condensed and thus transportable form. Furthermore, the further processing of the solid constituents is clearly lightened.
  • the odorants / flavorings and / or dyes present in the distribution mixture phase contained by the dewatering of the separated solid solids, which before being added to the previously separated distribution mixture phase by means of a filter are the absence of particles which are> ⁇ , are not condensed with the soluble condensates of the soluble constituents of the feedstock or are discharged therewith upon condensation of the soluble constituents of the distribution mixture phase according to the methods described herein, thereby not resulting in any odor / flavoring and / or dyes in which condensed and dehydrated product phases of the soluble constituents come.
  • a fiber-free solution which preferably contains> 98% by weight, more preferably> 99% by weight and most preferably> 99.5% by weight of the mass of proteins, originally in the starting material.
  • the remaining process conditions can be chosen freely.
  • the filtrate and the sieve or press residue are collected or introduced in separate and suitable containers.
  • condensation and / or aggregation and / or complexing of the dissolved proteins and / or other dissolved compounds of the filtrate of the preceding process step takes place.
  • the aim of this condensation process is to bring about an amalgamation of dissolved or hydrated proteins and / or other dissolved compounds, which makes it possible to form a protein mass or product mass which can be separated by known separation techniques and if possible can be obtained with little process water.
  • this goal can be achieved by already low concentrations of the condensing agents listed herein in dissolved form.
  • condensing agents are, for example, acids, including preferably organic acids, such as citric acid or lactic acid, furthermore salts, such as, for example, NaCl, and also complexing agents, such as, for example, EDTA, but also adsorbents.
  • soluble divalent cations are preferred, such as aluminum, calcium and magnesium salts.
  • ammonium compounds such as ammonium sulfate, as well as betaines, sulfobetaines, imidazolines.
  • surface-active compounds such as DMSO or DDT.
  • silicates and carbonates are advantageous, such as.
  • combinations of the condensing agents listed herein are advantageous, such as. As a combination of citric acid and aluminum chloride. Preference is given to the use of aqueous solutions of the condensing agents.
  • the temperature at which condensation and / or aggregation and / or complexing takes place can in principle be chosen freely.
  • a temperature between 6 and 90 ° C, more preferably between 10 and 60 ° C and more preferably between 18 and 40 ° C.
  • Preference is given to the setting of a specific pH range, the optimum results from the selection or the combination with the condensing agent.
  • the optimum pH range can be determined by the method described above.
  • the pH of the aqueous solution containing dissolved compounds, in which the condensation and / or aggregation and / or complexing of the dissolved proteins and / or other dissolved compounds according to the invention is carried out is preferably in a range between> 5.5, more preferably> 6 and more preferably of 7.
  • the suitability of the various possible condensing agents must be selected individually for each application.
  • the suitability can be very easily recognized by the person skilled in the art by adding and admixing different condensing agents in increasing concentrations to samples of the fiber-free solution of dissolved compounds and, in particular, of the dissolved proteins present. Condensation can be detected after a short residence time with the naked eye.
  • the selection of the appropriate concentration can be made by centrifuging a sample solution in which condensation has taken place and again treating the supernatant with condensing agents.
  • the solution contains ⁇ 6% by weight, preferably ⁇ 4% by weight and most preferably ⁇ 2% by weight of the dissolved compounds or dissolved proteins to be condensed ,
  • the additional amount determined with this test method can be used for process execution and process control.
  • the process can also be controlled by these test methods and, in the case of condensate / aggregates / complexes, addition of the identical and / or other condensing agents according to the invention to a supernatant which has already been centrifuged after the process liquid has already been subjected to the condensation process , the corresponding condensing agent (s) can still be added to the process liquid and mixed with it.
  • the required amount of condensing agent (s) has been added to the process liquid when, in a supernatant of a centrifugation of a sample of the process liquid by the addition of a condensing agent, no condensation of dissolved or hydrated proteins occurs.
  • this goal can be achieved by already low concentrations of the condensing agents listed herein.
  • Particularly suitable condensing agents are, for example, acids, among them preferably organic acids, such as, for example, citric acid or lactic acid, furthermore salts, such as, for example, NaCl, and also complexing agents, such as, for example, EDTA, but also adsorbents.
  • soluble divalent cations are preferred, such as aluminum, calcium and magnesium salts.
  • combinations of the condensing agents listed herein are advantageous, such as As a combination of citric acid and aluminum chloride.
  • the preferred condensing agents are preferably completely dissolved in an aqueous medium. It is also according to the invention to prepare two or more of the condensing agents according to the invention together in a solution and to add the solution with dissolved compounds. Possibly. For example, a solution of condensing agent may also be added with a buffer which will adjust the pH of the solution.
  • concentrations can be readily determined by one skilled in the art and are based on the process conditions. The influence of other process parameters can also be studied using the described techniques.
  • the preferably one or more dissolved condensing agents added together and / or consecutively to the solution containing dissolved compounds may be added in continuous and / or discontinuous form, drop by drop. When applied as a solid, it is preferred to add the condensing agent (s) in a powdered form.
  • the condensing agent (s) added are, in a preferred process embodiment, mixed with an agitator and with little agitation of the process liquid. It is important to ensure a thorough mixing.
  • the duration of the mixture is in principle freely selectable. In a preferred method embodiment, this takes place only over the duration of the addition of one or more condensing agents or for a duration of between 10 seconds and 5 minutes, more preferably between 20 seconds and 2 minutes.
  • the condensation process by the addition of an amount of condensing agent which is greater than the amount required for complete condensation, the amount of obtainable condensed organic compounds z.T. decreases considerably. This is particularly the case when the pH of the reaction solution is lowered by a condensing agent to below 5.0.
  • the pH of the reaction mixture is controlled continuously or discontinuously during the addition of condensing agents.
  • the pH, which preferably does not fall below, is 4.5, more preferably 5.0, even more preferably 5.5, and even more preferably 6.0.
  • a pH of 5 of the aqueous solutions is not exceeded during the process. It is just an innovation of the process described herein that for the separation of the proteins no lowering of the pH to values below 4.5, optimally ⁇ 5 occurs and voluminous aggregates / condensates of dissolved proteins are formed, which are suspended and spontaneously sediment which can be done even at a neutral pH.
  • the protein agglomerates / protein condensates obtainable by the method described herein are completely soluble in neutral water and then give a milky suspension which can completely pass through a sieve, upon receipt of a protein precipitate it can not be easily dissolved in water.
  • the protein fractions obtainable by this process step are also direct, e.g. for human consumption, as a product usable and contain no senosrisch noticeable flavors or anti-nutritive compounds. Deodorization of the resulting protein scar as proposed in CN 106720920 A is not required in the process technology proposed herein, which is of particular importance for process economy.
  • dissolved and hydrated pectins may be incorporated into a protein precipitate phase by acid treatment.
  • the process technique described herein allows the non-protein compounds dissolved by the amino acid / peptide solution to be selectively aggregated and separated following a change in the pH of the solution and / or addition of other aggregating agents following aggregation / complexation of the prepotenes as well as their separation.
  • protein precipitates which are obtainable by means of an acid and / or an organic solvent essentially lose their water-binding capacity. This is also evident in CN 106720920 A in which, after acid precipitation, the moisture content of the available protein fraction is less than or equal to 55%.
  • CN 106 720 920 A discloses the dilema that results from a technique of solubilization with an alkali metal hydroxide and precipitation with an acid, as well as the necessity of a subsequent neutralization (again by means of an alkali layer). This produces salt which, when using the process water phases in subsequent process versions, has a negative effect on the process and necessitates removal or fresh water supply.
  • CN 106 720 920 A discloses the need for a spray-drying process step to produce an at least partially reconstitutable protein preparation. With the process described herein, spray-drying, which has a very high energy requirement, is not required.
  • European Patent Application EP 2 404 509 A1 discloses a method for extracting protein from fresh grape seeds. The use of a buffer containing glycine, soda and hydrogen chloride or sodium hydroxide with a pH between 8.5 and 10.5 is necessary. The minimum ratio between the extraction solution and the solid is 1: 5, the minimum time for this step is 3 hours. Precipitation is achieved by acid, the pH being 3. Hydration saturation is not suggested to allow efficient process economy through a lower water volume ratio. In addition, product properties of the proteins are not mentioned.
  • Liu ui-Lin et al. Food Analytical Methods, Springer New York LLC, US, Vol. 10, No. 6, 21 November 2016, pages 1169-1680
  • the procedure uses Microwave heating and ultrasound and is energy consuming and therefore not directed to a process-economic process.
  • step 4 of the process is carried out without the use of organic solvents.
  • a service life is maintained following the addition of one or more condensing agents, in which there is no or only minimal mixing of the mixture.
  • the required time of the condensation phase can be determined, preferably between 5 minutes and 10 hours, more preferably between 10 minutes and 5 hours and more preferably between 15 minutes and 2 hours. If the service life is to be reduced to a minimum, the sufficient minimum duration of service life after addition of the condensing agent on the basis of a sample which is centrifuged and in which, in an analogous manner as described above, the completeness of condensation and / or aggregation and / or Complexation that has been achieved by the condensing agent (s) is easily detected.
  • the condensed / aggregated / complexed soluble compounds / proteins are made recoverable in the form of a sediment.
  • the outlet of the sediment phase preferably takes place via a bottom outlet and is fed to a further process sequence.
  • the condensation phase is preferably carried out at ambient temperatures, preferably a temperature range between 15 and 40 ° C. In further advantageous embodiments, this takes place at a reduced or elevated temperature. Preference is given to a temperature range of 5 to 15 ° C on the one hand and from 40 to 80 ° C on the other hand. The selection of a lowered temperature may be advantageous, for example, in the recovery of thermolabile compounds.
  • the choice of a high temperature e.g.
  • 60 ° C may be chosen, for example, to kill germs upon microbial loading of the starting material, e.g. in the form of a pasteurization.
  • heating can also inactivate allergens and certain toxins as well as anti-nutritive compounds.
  • Preference is given to a method for obtaining a protein-containing sediment consisting of condensed / aggregated / complexed proteins.
  • a wash of the protein fraction produced may be by any of the by-pass process methods described herein.
  • toxins and hazardous substances which may be contained in vegetable press residues or ground products, such as, for example, erucic acid, phorbol esters or synthetic plant proteins.
  • Protective agent separated from proteins in the distribution solution in dissolved form.
  • the solubility of dissolved compounds persists, so that, in a selection of the condensing agent according to the invention , to no condensation / aggregation / complexing of toxins or health-endangering substances, which are also referred to below as hazardous substances, came and there is no extraction or entry of such compounds in the condensates / aggregates / complexes of condensed soluble compounds / protein fraction or into the obtainable protein fractions came.
  • solubility of toxins and hazardous compounds contained in vegetable press residues or milling products for example, by adding one or more classes of compounds, such as alcohols, esters or ethers, during this and / or further process steps maintained or increased become.
  • dehydrogenation of the condensed / aggregated / complexed soluble compounds / proteins takes place by dehydration.
  • dehydration can be achieved by techniques known to those skilled in the art. Particularly suitable are centrifugal processes, particularly suitable is the use of a decanter.
  • the dehydration makes it possible to obtain a dehydrated mass of the soluble compounds or to obtain a protein mass which is preferably free-flowing, it is further preferred to obtain a spreadable mass and it is particularly preferred to obtain a dimensionally stable mass of condensed and dehydrated soluble constituents of the starting material.
  • a protein mass whose residual moisture content is ⁇ 90% by weight, more preferably ⁇ 80% by weight, more preferably ⁇ 70% by weight and even more preferably ⁇ 60% by weight and even more preferably ⁇ 40% by weight.
  • the desired residual moisture content may vary for the different applications, so that the setting of the parameters of the separation device must be adjusted accordingly.
  • the highest possible separation performance is sought for the separation process.
  • the separation is preferably carried out at> 2,000 g, more preferably> 3,000 g and more preferably> 3,500 g.
  • the residence time in a decanter is> 10 seconds, more preferably> 20 seconds and more preferably> 30 seconds.
  • Preferred is a separation which takes place at ambient temperatures in a range between 15 and 40 ° C. In further advantageous embodiments, a lower or higher temperature can be selected, which is in the range between 5 and 15 ° C, and between 40 and 80 ° C.
  • dehydration of condensed soluble proteins and / or other condensed constituents can be accomplished by filtration, which results in no or nearly no loss of condensed soluble compounds / proteins.
  • the proteins condensed according to the invention can be separated by means of a pressure which takes place on or in a filter fabric, so that the previously specified residual moisture contents are maintained. Therefore, the process sequence according to the invention is particularly suitable for obtaining a dehydrated protein phase with a residual moisture content of ⁇ 90% by weight, more preferably ⁇ 80% by weight, more preferably ⁇ 70% by weight and even more preferably ⁇ 60% by weight and even more preferably ⁇ 40% by weight. , obtainable by means of a filtration technique of condensed proteins. Filtration processes are known to those skilled in the art. Preference is given to belt filters or chamber filters, or filter presses and chamber filter presses, and vacuum belt filters.
  • dehydrogenated proteins obtained in this way are completely or almost completely odorless and / or tasteless and dissolve very rapidly in a solution in water and give off no or virtually no dyes into the aqueous medium. Nearly complete means> 98%.
  • dehydrated proteins can be purified very simply and gently in the dehydrated form obtained.
  • the dehydrated protein mass is applied to a filter belt with a specific layer thickness and flows through with or without a support of another filter, from below or from above, with a liquid and / or a vapor and / or a gas.
  • the re-drying can be done as before or with another drying method.
  • further processing of the dehydrated soluble constituents / proteins obtained takes place in a secondary stream process process, in which purification preferably takes place.
  • Preferred is a process of the condensed and dehydrogenated substituents in a Maustromstrommaschinend.
  • the obtainable dehydrated soluble constituents / proteins in the form obtained may be applied directly to an application or stored or further processed.
  • Storage which takes place in suitable containers, is preferably carried out under refrigerated conditions.
  • the protein condensates produced according to the invention have a very good storage stability.
  • no microbial colonization of a protein condensate obtained from a rapeseed cake and having a residual moisture content of 50% by weight was maintained after storage for 14 days at 6 ° C.
  • there was still a very good solubility of the dehydrated proteins in water there was still a very good solubility of the dehydrated proteins in water.
  • the dehydrogenated proteins are subjected to a drying process in the form as obtained or after being suspended in water or a liquid solution. Preference is given to spray drying and freeze drying.
  • powdered protein mixtures, protein concentrates or protein isolates can be produced thereby.
  • other prior art drying processes and techniques may be used.
  • a process-economic process for the separation of constituents of a starting material can be be made by recirculating the process water phases between a main process process and a by-pass process process.
  • a purification of the clarified aqueous process water phase (s) obtained after the separation of the condensates / aggregates / complexes of process step 5) and / or the separated water phase, which is obtained in the dehydrogenation of the condensed condensates / aggregates / complexes in a further by-pass process step take place. It has been found that a depletion of condensing agents which are still in the clarified process water phase of process step 5) can be carried out by various methods.
  • ionized calcium can be precipitated by titration with phosphoric acid and then removed by filtration from the aqueous medium.
  • a change in the process water pH range caused by the use of an acid as a condensing agent to values of ⁇ 10, by adding a suitable base, which does not hinder the process flow in a reuse of the purified process water, z. B. by means of urea be adapted to the required pH level.
  • other compounds may be adsorptive or as part of a dialysis procedure, e.g. by electrodialysis, reduced or removed.
  • the obtainable clarified process water phases from process step 5) contain only small amounts of suspended matter and are already clear or almost clear. Suspended and / or turbid matter can be easily removed by methods of the prior art. Particularly suitable for this purpose are fine and very fine filters from the prior art. As a result, a turbidity-free water phase can be obtained. Further, dissolved electrolytes such as sodium, potassium, calcium, chloride, iron, copper and so forth may be present in variable amounts. If necessary, these can be removed by methods of the prior art, for example by electrodialysis or ion exchange compounds. Furthermore, toxins and / or harmful compounds may be present in the process solution.
  • a purified process water phase which contains dissolved amino acids and / or peptides for the separation / separation of constituents of a biogenic Starting material are suitable and at a low and at a reuse of the purified process water phase is not disturbing concentration of condensing agents, and a sufficient reduction or elimination of toxic and harmful compounds has been achieved.
  • the process water phase obtained from the rinsing and cleaning of filter residues of process step 3 in a by-pass process process or other processes of by-pass processes is subjected to one of the purification process steps of the present invention.
  • the process water phase stream can be designed in an extremely advantageous manner so as to ensure optimum added value of the process and to guarantee the reusability of the process water phases.
  • the individual optional process designs can be summarized in the following optional process process substeps:
  • aqueous process water phases from different process steps of the main and / or by-pass process process can also be combined and fed to reuse in one of the process steps or purification of the purification processes listed herein.
  • the process water phase obtainable with this process step is suitable for reuse as process water phase.
  • the clarified and / or clarified and purified process water phase Preferably, ⁇ 3% by weight, preferably ⁇ 1.5% by weight and most preferably ⁇ 0.5% by weight, of organic compounds are present in the clarified and / or clarified and purified process water phase. Preferably, it is a clear solution that has no or only a minimal amount of suspended matter.
  • the method preferably permits wastewater-free process control.
  • the clarified and / or clarified and purified process water phase is stored in a suitable container, stored temporarily or directly related. When stored, the establishment of suitable conditions is advantageous.
  • the clarified and / or clarified and purified process water phase is cooled during the storage period.
  • the shelf life of the clarified and / or clarified and purified process water phase is preferably> 7 days, more preferably> 14 days and more preferably> 4 weeks.
  • Durable in this context means the absence of potentially harmful germs or pathogens or toxins, in a concentration that is harmful to health.
  • a durable clarified and / or clarified and purified process water phase suitable for reuse is safe for use in food production.
  • the clarified process water phase can be returned to the process in the various process steps via a suitable pump and pipe system.
  • a reuse of a clarified and / or clarified and purified process water phase takes place. It has been shown that, in particular when using the process water phase of process step 6) (provision of a clarified and purified process water phase), the amount of amino acids and / or peptides used for the removal / separation of constituents of the starting material can be reduced. compared to the use of a fresh water phase in the process steps 2a) and / or 2b), or 2).
  • step 2a adding the starting material of step 1) with an aqueous solution containing dissolved amino acids and / or peptides for separating / separating the constituents of the starting material,
  • step 2b) separation of solid solids from the distribution mixture of step 2b) to obtain a fiber-free aqueous solution of dissolved constituents of the starting material, 4) condensation / aggregation / complexation of the dissolved constituents of the aqueous
  • step 6.1) recirculation of the process water phase of step 6.1) obtainable from a by-pass process and provision of the used process water phase from a
  • step 7) Reuse clarified and / or clarified and purified process water phase with the clarified and / or clarified and purified process water phase of step 7) from a or multiple processes of step 6), and reuse is performed in step 2a) and / or 2b) or a by-pass process method.
  • the method steps 2a) and 2b) are carried out in a process step, the method step 2.
  • the plant starting material of process step 1) is brought into direct contact with a solution volume which, on the one hand, contains a sufficient concentration of dissolved amino acids and / or peptides, the dissolved amino acids and / or peptides being dissolved, preferably cationic amino acids and / or peptides, in order to ensure the separation / separation according to the invention of the constituents of the biogenic starting material and, secondly, a sufficiently large water distribution volume with which a distribution according to the invention of the constituents of the starting material is made possible.
  • concentration of the dissolved amino acids and / or peptides can be determined by the methods described herein.
  • a concentration of the dissolved amino acids and / or peptides between 10 mmol / and 800 mmol / is advantageous.
  • the remaining applicable process parameters apply analogously, as described in the individual process steps 2a) and 2b). Following process step 2), the process as described herein can be continued with process step 3).
  • step 2) adding the vegetable starting material of step 1) with an aqueous solution containing dissolved amino acids and / or peptides for separating / separating the constituents of the vegetable starting material and with an aqueous distribution volume and distribution of the separated constituents,
  • step 3 Separation of solid solids from the distribution mixture of step 2b) to give a fiber-free aqueous solution of dissolved constituents of the starting material. 4) condensation / aggregation / complexation of the dissolved constituents of the aqueous solution of step 3) to give an aqueous phase containing condensed soluble constituents of the starting material,
  • step 6.2) recycling the process water phase of step 6.1) obtainable from a by-pass process and providing the used process water phase from a by-pass process
  • the method according to the invention additionally allows numerous variants of the method, which allow further highly advantageous embodiments.
  • the preparation of the vegetable starting material and, in particular, in the case of press residues or ground products of plant seeds takes place under special conditions.
  • the filling of the container takes place under protective or inert gas conditions.
  • oxidative changes that take place under ambient air conditions can be prevented. This can be of decisive importance in particular for the obtainable product properties.
  • the containers of the subsequent process steps are to be equipped accordingly.
  • the container (s) of step 1 and the subsequent process steps are explosion-protected.
  • Preferred is a process for separating constituents of vegetable starting materials in which the vegetable raw materials are provided in a suitable container and apparatus by and with which a protective / inert gas atmosphere can be prepared and maintained.
  • the addition of one or more further compound (s) takes place.
  • lipophilic constituents of the biogenic starting material can hereby be separated from the amphiphilic and hydrophilic constituents of the biogenic starting material and then separated.
  • an alcohol can be added to dissolve ingredients of the press residue or a ground product and / or to keep it in solution during subsequent process steps.
  • Suitable alcohols are, for example, isopropanolol, methanol or ethanol or octanol.
  • the addition of a small volume fraction of one or more alcohols or alcohols is preferred. Preference is given to a volume fraction of from 0.1 to 30% by volume, more from 0.5 to 20% by volume, moreover between 0.8 and 10% by volume and even more preferably between 1 and 8% by volume.
  • compounds, such as dye compounds can be detached from other constituents of the starting material and / or kept in solution.
  • one or more alcohol (s) is / are added to the process mixture.
  • oxidative processes that can take place in one of the aqueous media in which the constituents of the starting material are dissolved can be reduced or prevented by antioxidants.
  • Preferred is a method in which the at least one compound added in step 2al), 2a2), 2bl) or 2b2) is an alcohol and / or an antioxidant.
  • the addition of lipophilic compounds and / or organic solvents takes place in one or both optional process step (s) 2a3) and / or 2b3).
  • This can be particularly advantageous in order to allow the formation of a separate organic phase / lipid phase in subsequent process steps and / or to facilitate the dissolution, in particular of neutral lipids.
  • Suitable solvents are u. a. Hexane, pentane, octane, methyl esters, triglycerides, paraffins or silicone oils. Preference is given to thorough mixing of the added compounds and solutions with the reaction mixture.
  • lipids and in particular neutral lipids on the hydrated constituent of the starting material which are present in the distribution mixture do not bind and are detached from hydrated compounds.
  • This effect can be used in a particularly advantageous manner in order to selectively or non-selectively combine lipids and / or lipophilic compounds present in the distribution mixture in a lipid phase.
  • the lipid phases forming lipids may have already been present in the biogenic starting materials and / or are added in one of the process steps.
  • the use of lipid mixtures and / or combinations with organic solvents is advantageous. It is particularly preferred to use a preferably already purified triglyceride phase which has arisen from the pressing of the starting material.
  • micellar lipids and lipophilic compounds can be absorbed into the lipid phase in a particularly advantageous manner, as a result of which they can very easily be separated off from the aqueous phase and, if appropriate, can be used further.
  • the preferably spontaneously forming lipid phase precipitates on the surface of the aqueous medium and can be characterized by known separation techniques such. As a skimmer, separate from the aqueous medium.
  • the optional process steps 2a3) and / or 2b3) it is possible in the optional process steps 2a3) and / or 2b3) to add lipophilic compounds which advantageously facilitate the formation of allow a lipid phase. It has been found that the addition of, for example, an edible oil separates a lipid phase on the aqueous process phases, which floats it. It was found that lipids which were present as constituents in the biogenic starting material were present herein. A mixture of the aqueous process solution (s) with the lipophilic compounds is preferred. Separation of the lipophilic phase may be by a settling method or a centrifugal method. The separation of a separate lipid phase preferably takes place at the end of the process step 2, ie before the process step 3.
  • step 2a3) Preference is given to a process in which in step 2a3) and / or 2b3) a neutral lipid and / or organic lipophilic solvent are added and mixed with the aqueous mixture.
  • Preferred is a method wherein a lipid phase is formed through which and with the lipophilic compounds can be removed from the distribution mixture and recovered.
  • process step 2b removal of hydrophilic and / or amphiphilic compounds from the distribution mixture takes place in process step 2b4).
  • This can be done by adsorption / complexing / filtration / dialysis / hydrolysis methods.
  • dyes and odors can bind to different adsorbed / immobilized, such. B. by activated carbon or zeolites.
  • z For example, enzymes may be used to deactivate, for example, anti-nutritive compounds.
  • dialysis methods in particular ions and small molecule compounds, such as toxins, can be reduced.
  • differential filtration of the solid constituents of the starting material occurs.
  • filters with different sieve dimensions are used for this purpose, whereby first larger particles which are smaller in one or more further filtration stages are filtered off.
  • vibrating or rotary vibrating screens are used for differential separation according to particle sizes.
  • a separation according to the density of the particles take place.
  • methods are known from the prior art, such as. B. the use of hydrocyclones. In a particularly advantageous manner, this allows the fibrous materials, but also insoluble and complex carbohydrates to be separated into the individual fractions, which can then be sent for material recycling.
  • the separation of the fibrous materials or corpuscular constituents which are present in the distribution mixture, according to their size and / or their density (specific gravity) can be carried out in the optional process step 3a) by means of sieving techniques and / or eddy current processes, as described in more detail below.
  • the dissolved fibers and corpuscular constituents can be separated according to their size and / or their specific weight by means of differential sieving and / or eddy current techniques and subsequently used.
  • a separation of microcomplexes / particles takes place in process step 3b), following the separation of fibrous materials.
  • aggregates having a size between 0.5 and 20 ⁇ .
  • Such aggregates consist to a large extent of carbohydrates or fibrous materials.
  • the removal of these aggregates can be done by centrifugal or filter techniques. If the appropriate adjustment parameters are selected, separation of the smallest complexes can take place without loss of proteins.
  • Preferred is a method in which in the method step 3b) small complexes / particles are separated without loss of dissolved proteins.
  • step 3 the separation of the solid solids from the distribution mixture of step 2b) takes place by means of a filtration or sedimentation.
  • step 4) compounds comprising carbohydrates, phospholipids, glycolipids, glycoglycerolipids, antioxidants, vitamins of the aqueous solution of step 3) are added and / or already contained therein, which binds to the dissolved proteins and aggregates together with the proteins become.
  • step 4a) before, during or after the initiation of the condensation / aggregation / complexing of the dissolved soluble constituents, such as the proteins, one or more compound (s) of the fiber-free solution containing protein are added in order to bind / complex with the protein (s) and thus introduce it into the recoverable protein fraction.
  • compounds of the aqueous fiber-free solution containing protein are added, which preferably comprise phospholipids, glycolipids, carboxylic acids, antioxidants, vitamins and / or carbohydrates.
  • the process step 4a) of the aqueous fiber-free solution containing protein compounds which preferably comprise and / or are already contained in phospholipids, glycolipids, carboxylic acids, antioxidants, vitamins and / or carbohydrates, which are bound to the dissolved proteins and aggregated together with the proteins.
  • this method step can also be carried out in method step 2 as method step 2b5).
  • the dissolved compounds or classes of compounds present in the fiber-free aqueous solution of process step 4 are differentially aggregated / complexed with the dissolved proteins and / or other dissolved compounds.
  • other compounds can also be used, such as NaSO 4, ammonium sulfate, CaCl 2, MgCl 2, acetates, tartrates or silicates.
  • the complexed protein fraction can be condensed to a dehydrated mass by centrifugal techniques, such as a decanter.
  • step 4b compounds which are dissolved in the aqueous process solution are bound to the dissolved proteins by condensing / aggregating / complexing these compounds with the dissolved proteins.
  • step 4b compounds which are dissolved in the aqueous process solution are bound to the dissolved proteins by condensing / aggregating / complexing these compounds with the dissolved proteins.
  • step 5 the separation of the suspension of step 4) is carried out by a filtration process.
  • process step 6 compounds which are still present in the clarified water phase of process step 5) are reduced / removed by a purification of the process water phase. This can be accomplished by adsorption, aggregation, complexation or dialysis procedures.
  • one or more compounds or classes of compounds can be withdrawn from the aqueous phase using methods from the prior art.
  • clay minerals such as. B. Ca-bentonite, saponite or kerolith.
  • zeolites or activated charcoal preparations, activated carbon, silica gels, molecular sieves, clays, alumina, styrene polymers can also be used.
  • dyes can be removed with suitable adsorbents, such as. B. with activated carbon.
  • the clarified process liquid of step 5) may also contain phospholipids and / or glycolipids. This can be controlled by the process guides of the previously performed process steps.
  • one or both of these classes of compounds are removed by adding precipitant to the process fluid.
  • Suitable reagents include silicates, carbonates, oxides of magnesium, calcium, aluminum or copper compounds such as copper chloride or Ca carbonate. This causes an aggregation / complexation of these compounds, so that agglomerates arise that can be detected by the naked eye.
  • coagulants such as (NH 4 ) 2 SO 4 , CaSO 4 , MgSO 4 , Na 2 SO 4 or organic substances such as glucano-lactone. It is preferred to remove the resulting condensates / aggregates and complex by a filter technique or by centrifugal processes from the process water phase.
  • a reduction of the present in the clarified process liquid ionic and ionizable compounds such as sodium, potassium, magnesium or calcium.
  • known ion exchange resins such as.
  • Amberlite XAD 16HP, XAD 7HP, XAD 1180NFPX 66 or Dowex 1x8 can be added to the process fluid or an electrodialysis of the process fluid can be performed.
  • the process water phase is purified, in which dissolved organic and / or inorganic compounds in the clarified water phase are reduced or removed by adsorption, aggregation, complexation or dialysis processes.
  • toxins or herbicides or pesticides or other harmful compounds are removed from the clarified water phase by suitable methods. Suitable methods are, for example, ultrafiltration or nanofiltration of the solution or adsorption of the toxins or hazardous substances.
  • dissolved compounds and / or microorganisms are inactivated and separated by a thermal treatment.
  • the preferred temperature range for the thermal treatment is between 40 ° and 120 ° C or between 18 ° and 0 ° C.
  • the separation is achieved by the solubility of the compounds / microorganisms to be separated is changed by the thermal treatment and thereby condense and / or to complex them, whereby the condensates / aggregates can be removed with known separation techniques from the liquid. Suitable separation processes are centrifugal processes as well as filtering and screening techniques. With this method step u. a. Separate compounds that belong to the class of carbohydrates.
  • Microorganisms are condensed and / or complexed and then separated.
  • Such include u.a. any necessary reduction or removal of germs / spores.
  • known methods such as microfiltration (sterile filtration) or irradiation (UV or gamma radiation), take place.
  • Preference is given to a process in which process 6 for reducing and / or removing germs and spores takes place in process step 6).
  • one or more side-stream process steps are performed.
  • the execution of these process steps is optimal and can be independent of time and space.
  • the process steps of the optional by-pass process method according to the invention make it possible, in a particularly advantageous and surprising manner, to obtain further highly advantageous effects in the recycling of the sieve residues obtainable in process step 3).
  • the composition of the corpuscular organic constituents of the sieve residue depends on the starting material. In principle, the following main components can be found: cellulose-based fibers, lignin-based shell constituents, complex carbohydrates, the complex carbohydrates predominantly being present in the form of corpuscular fractions up to completely obtained starch granules. Microscopic analyzes have shown that the individual fractions are present in pure form, ie not complexed with one another or with proteins or other organic compounds. As a result, a further fractionation of these components can take place with very simple mechanical separation processes.
  • the sieve residue or filter cake (optionally pre-fractionated by process step 3a) or 3b)) obtained in process step 3) is used.
  • the material is in the process step 3-1.
  • a mixed with a water phase in a reaction vessel (R3 according to Scheme 1). This is preferably a clarified process water phase, the z. B. after step 5) is available and is supplied from the storage tank V5a the process step. But it can also be used any other water phase and fresh water.
  • the addition ratio of the amount of water in relation to the filter residue depends on the impurities still present, preferably this contributes between (m: m) 1: 1 and 500: 1 wt%, more preferably between 2: 1 and 200: 1 wt% and more preferably between 3: 1 and 100: 1% by weight.
  • an intensive mixture for example with a high performance shear mixer or a colloid mill.
  • the process temperature can be increased, preferably to values between 35 and 70 ° C, more preferably at 40 ° to 60 ° C.
  • the duration of the mixture depends on the other process parameters and depends on the purity of the compounds obtainable by fractionation. In optional process step 3-1.
  • b is first carried out a separation of complex carbohydrate aggregates and insufficiently comminuted starting materials (eg grains, leaves).
  • starting materials eg grains, leaves.
  • this is done by screening the suspension from the reaction container R3, which takes place within a container filled with a liquid having a suitable sieve size which allows> 95% of the cellulose-based fibers and lignin-based shell components to pass through.
  • the passing fiber and shell parts then sediment in the collecting container (A3) and are present together with the process liquid.
  • the sieve is overflowed and / or a passage is facilitated by a vibration of the sieve, wherein carbohydrate particles and large particles do not pass through the sieve.
  • the retained complex carbohydrates or particles can then be removed from the screen and fed to the product container P2. These products can be used for other applications.
  • the corpuscular fractions suspended in collecting vessel A3 are separated according to their density by means of an eddy-current separator (eg hydrocyclone), preferably the lighter cellulose-based fibers separated via the upper course and the heavier lignin-based shell portions over the lower reaches.
  • an eddy-current separator eg hydrocyclone
  • the water phases of the upper and the lower run from the hydrocyclone separation, a process for the separation of the corpuscular constituents are fed to the process water phase.
  • the separation is carried out by means of filtration techniques, such as a vibrating screen or by centrifugal methods, such as centrifuges or decanters.
  • the resulting fractions (cellulose-based fiber and lignin-rich shell portions) are then subjected to a drying process or fed to a further use.
  • the process water phases obtained can be combined and, for example without further purification, recycled to process steps 2a), 2b) or 3).
  • pure processings of cellulose-based fibers and lignin-rich shells can be obtained in a very advantageous manner by this process procedure.
  • a return of the required process water to upstream process steps can be made.
  • an introduction of the process water of the secondary flow process step 3-1 takes place. c in the storage tank V5b.
  • non-polar lipids were extracted from aqueous solutions / suspensions of comminuted plant seeds by mixing the plant material with organic solvents, at room or elevated temperatures above a a longer period of time. Subsequently, the neutral fats and dissolved toxins are in the solvent.
  • Such applications require increased process cost and may result in organic solvents remaining in the products to be recovered. This is the case, in particular, when the solvent used is an alcohol which can be removed again from the aqueous phase only with great effort and therefore, in particular, considerably restricts the reusability of the aqueous extraction solution.
  • valuable ingredients are irreversibly damaged by alcohols, such as polyphenols.
  • the extraction process of neutral lipids is carried out directly with organic solvents, such as hexane or pentane and usually using high temperatures.
  • organic solvents such as hexane or pentane
  • amphilic compounds such as free fatty acids, phospholipids or vitamins and polyphenols, with removed, whereby these compounds are lost or must be extracted from the effluents.
  • lecithin-rich protein concentrates have excellent emulsifying properties and are therefore of high interest in the food industry.
  • purified lecithin or crude lecithin is added to the isolated protein according to the prior art, for example using a spraying technique.
  • solubility of the globulins is influenced by the folding of the protein chain. If a physical modification takes place by pH-shift and / or by thermal treatment above the denaturation temperature, the structure and charge distribution at the surface of the molecule changes. When non-polar amino acid residues reach the solvent interface, the solubility decreases significantly. Certain physical modifications of the structure, eg those which are pH-induced, are often reversible, whereas thermal denaturations usually lead to irreversible structural and property changes. It is therefore advantageous to have a procedure to use for de-oiling, in which neither an organic solvent is used, nor a heating takes place.
  • amphiphilic compounds can be obtained in chemically and physically unchanged form together with the protein fractions obtainable from the process.
  • the obtainable protein fractions had no off-flavor.
  • the protein fractions obtained showed very good physical properties, with a water solubility (NSI) which was> 70%.
  • a temperature increase to 50 ° to 95 ° C, more preferably to 55 ° to 75 ° C and more preferably to 60 ° to 70 ° C. It has been found that neutral fats bound thereby are dissolved and settle on the surface of the aqueous reaction mixture in accordance with their specific weight.
  • the condensing agents are added only after reaching the desired temperature and using a low agitation of the medium. It is particularly advantageous to carry out one or more of the method steps 2al) - 2a3) and / or 2bl) - 2b3) separately or together before / during or after the temperature increase has been reached.
  • the recovery of the forming lipid phase z. B. medium skimming or overflow method can be obtained.
  • No heating means that a temperature of 60 ° C is not exceeded.
  • Preference is given to a neutral fat-free protein fraction.
  • neutral fat-free means a mass fraction of ⁇ 0, lGew%.
  • the removal of the spontaneously separating lipid phase is carried out continuously or discontinuously in a container with a controllable discharge in the upper region, so that the lipid phase can be discharged through the outlet with continuous filling of the container, the constituent lipid phase or in the case of a discontinuous filling is separated before draining the water phase.
  • the lipid phase is skimmed off after the process step 2b) or 2), wherein preferably a complete solution of the organic constituents has already taken place.
  • the skimming of the lipid phase takes place following the separation of the solid solids in process step 3).
  • the skimming takes place after a change in the pH of the aqueous solution.
  • the entire water phase is fractionated by means of a centrifugal field separator, a separation of the phases with a tricanter being particularly advantageous.
  • This makes it possible in a particularly advantageous manner to separate the three phases present: solid, aqueous phase and lipid phase in one process step and to obtain them in a high degree of purity. If a neutral fat phase was added to the aqueous process solution during a process step, it can be removed again in the same or in one of the subsequent process steps using the abovementioned methods.
  • the separation of the neutral fat phase is favored by a high dilution ratio of Water phase of the aqueous process mixture in relation to the solid content contained herein or by an elevated process temperature.
  • the inventive method is also directed to a complete recycling of all constituents of the vegetable starting material.
  • constituents such as the protein fraction with a protein content of> 80% by weight
  • This process is energy intensive and does not allow to separate all constituents from each other, so that materially pure fractions are obtained.
  • a digestion of the plant casing material which forms a water-repellent and / or water-impermeable layer or layers, is carried out first, so that the vegetable starting material can be penetrated by the aqueous solutions according to the invention at room temperature.
  • the inventive method is particularly suitable for a disintegration of no or only slightly mechanically disintegrated plant starting material, with simultaneous removal / separation of the constituents of the vegetable starting material, which allows the recovery of the constituents in pure form.
  • mechanical disintegration is not necessary, in particular, if the aqueous solutions according to the invention containing dissolved amino acids and / or peptides can pass freely through the vegetable starting material.
  • Preference is given to a process for disintegrating plant starting material by means of an aqueous solution containing dissolved amino acids and / or peptides, by means of which the constituents of the starting material can be obtained in pure form.
  • Particularly preferred is an embodiment of the method in which the dissolved amino acids and / or peptides are dissolved cationic amino acids and / or peptides.
  • Another aspect of the invention seeks to fully utilize all ingredients of plant seeds, kernels or grains.
  • processes from the state of the art have the task of making only a fraction of the ingredients as pure as possible, processes for the complete digestion of vegetable starting materials are not available.
  • the processes according to the invention it has been possible to show that it is now possible with the processes according to the invention to separate all constituents which are present in the vegetable starting materials from one another and to supply them in a pure form for commercial use.
  • the invention relates to a process for the complete aqueous digestion of vegetable starting materials for complete recycling.
  • the process according to the invention is furthermore particularly suitable for obtaining unaltered form of thermolabile compounds which are present in the biogenic starting material and whose structure and / or function are destroyed by heating.
  • the process according to the invention makes it possible to digest and recover ingredients at ambient temperatures.
  • the carrying out of the process steps at a temperature of the aqueous phases is preferably between 1 and 60 ° C., more preferably between 5 and 40 ° C., more preferably between 10 and 40 ° C. and particularly preferably between 15 and 35 ° C.
  • Another aspect of the invention relates to odors and flavors which are contained in particular in plant seeds and are predominantly bound to the proteins contained therein. These compounds, such as. As ketones or aldehydes, are difficult to separate using techniques of the prior art. An aqueous process by which flavors or dyes of proteins can be detached and separated is not known. Methods are known from the prior art, with which first a debittering by treatment of the shot with acids takes place before an extraction of the other constituents is carried out (DE 5 37 265). Such methods require a high process cost and have a limited efficiency. Surprisingly, it has now been found that it can be obtained by the removal / separation of the constituents of the biogenic starting materials, with the aqueous solutions containing dissolved cationic amines.
  • Nocicren and / or peptides also the odors and flavorings are detached from their bonds and rinsed out into the aqueous distribution solution. It can be assumed that the expansion of the proteins as a result of the hydratability achieved with the process promotes the detachment of the odorants and flavorings and prevents re-accumulation.
  • the clarified aqueous solutions obtained after separation of solid solids and the condensed / aggregated / complexed soluble constituents (proteins) have the corresponding odor and taste components to a great extent. As a result, the recoverable protein fractions are completely or almost completely odorless and tasteless.
  • Preferred is a process for the recovery of biogenic odorants and flavorings.
  • the method steps according to the invention can also be used for the purification of protein fractions. It has been shown that not only odorants or flavorings can be dissolved and separated from the constituents of the biogenic starting materials, but also other physiologically or nonphysiologically occurring compounds.
  • Physiological connections include u. a. Phytosterols, glycosides, alkaloids, inositols, polyphenols, flavinoids, vitamins, phytosterols, saponins, glucoinolates, phytoestrogens, monoterpenes and endogenous toxins such as phorbol esters or certain fatty acids such as erucic acid or phytic acid.
  • Unphysiological compounds include u. a.
  • Pesticides, herbicides, fungicides or exogenous toxins e.g. of fungi such as aflatoxins, ochratoxins, alternaria toxins, alternariol monomethyl ether (AME), Al pneumonian and tenuaconic acid, fumonisins, Fusarium toxins or ergot alkaloids.
  • some of the physiologically occurring compounds are responsible for anti-nutritive properties, such as.
  • alpha-glucosidases trypsin inhibitors, phytic acid, tannins, or oxidized phenols. It could be shown that the protein fractions produced by the process according to the invention had virtually no measurable traces of antinutritive or toxic compounds, if these were present in the biogenic starting products.
  • Preference is given to a method for detaching and separating odorants and / or flavorings and / or anti-nutritive compounds and / or endogenous or exogenous toxins. Preference is given to a low-protein-poor protein fraction with no or minimal residual contents of anti-nutritive compounds and / or toxins.
  • a milk protein condensate in which a high content of neutral lipids, phospholipids and free fatty acids, but also on soluble carbohydrates treated with the process steps 2, 4 and 5.
  • the protein mass obtained had a protein content (in terms of dry matter) which was 11% by weight higher than that of the starting material.
  • an animal carcass meal of fish having a solids content of 32% by weight, a protein content of 51% by weight and a content of lipids of 12% by weight, was used as starting material and treated with a method according to the invention.
  • Step 2b) was carried out at a temperature of 60 ° C.
  • a lipid fraction with a slight haze that swelled the process fluid was skimmed off.
  • the solid solids obtained in step 3 were free of soluble compound adhesion.
  • the protein mass obtained contained no solid solids and no free fatty or neutral lipids.
  • the protein fractions (PI) according to Scheme 1) or else other protein fractions obtained from process step 5 are completely dissolved in one of the digestion solutions as required or for the fulfillment of specific requirements, for purification, again or for the first time.
  • the proportions and concentrations as well as the compositions of the digestion solutions are to be selected analogously to those of process step 2a.
  • the same applies to the pH of the process solution which is preferably adjusted to a value between 6.5 and 13, more preferably between 7 and 12 and more preferably between 8 and 12.
  • a shear mixer can be used.
  • the process conditions and the residence time can also be carried out analogously to those of process step 2a.
  • the recovery of the dissolved protein fraction is then carried out according to the process steps 4 and 5.
  • the method allows proteins comprising thermosensitive compounds, such as toxins or enzymes, to inactivate or alter thermosensitive compounds in an aqueous solution containing dissolved cationic amino acids and / or peptides by the proteins containing thermosensitive Suspensions are suspended in the aqueous solution and heated with this. Preference is given to heating to a temperature between 50 and 140 ° C, more preferably between 60 and 121 ° C, more preferably between 70 and 90 ° C. The duration of the heat treatment depends on the compound to be deactivated and must be determined experimentally.
  • thermosensitive compounds such as toxins or enzymes
  • Preferred is a method for deactivating enzymes and toxins in an aqueous dissolved protein fraction.
  • the organic constituents of the starting material are separated from one another in a particularly advantageous manner and thus made separable from one another. Fibrous or particulate materials which had been separated from the aqueous process mixture by a simple sieving and freed from residual / adhering water contents were virtually pure, ie no further or only minimal amounts of soluble organic compounds could be obtained by further washing with aqueous solutions or organic solvents be separated.
  • the achieved decomposition of the constituents of the starting material can also be used to extract ingredients that interfere with the further processing and can be discharged into a product phase, already in the dissolved state of the aqueous process mixture. This can be done with prior art methods.
  • phenols and / or polyphenolic compounds are removed from the aqueous distribution mixture of process steps 2), 2b), 3) or 6.3) by bonding them by means of adsorptive techniques.
  • Suitable for this purpose are z.
  • Further preferred process embodiments, in which a water-immiscible organic phase is mixed into the aqueous reaction mixtures in order to bind here / herewith amphiphilic and / or lipophilic compounds and to separate by means of a phase separation, have already been described.
  • Particularly suitable here are paraffinic oils, aliphatic or cyclic hydrocarbons, but also methyl esters of fatty acids or paraffin compounds.
  • This type of process is particularly suitable for binding and discharging organic compounds which are lipophilic and / or amphiphilic and are to be removed from the aqueous reaction mixture in the organic phase.
  • the separation of the organic phase is preferably carried out by a spontaneous phase separation, the phases can then be separated by one of the methods described herein.
  • the organic compounds which can be removed by such a process include, among others, lipophilic dyes, such as carotenoids or chlorophylls, lipophilic vitamins, such as etiol, calciferol or tocopherol, phytosterols, polyphenols, saponins, glucoinolates, phytoestrogens or monoterpe.
  • amphiphilic or lipophilic compounds discharged into a lipid phase can be extracted therefrom with established techniques and can be recycled.
  • chlorophylls with a purity of> 80% or glycoglycerolipids with a purity of> 70% could be extracted from the lipid phases.
  • a circulation of the lipid extraction agent phase can also be established here.
  • the method also aims at obtaining a protein fraction which is odorless and low in taste.
  • Low odor and low in flavor in this context means that, compared with the starting material, preferably> 70%, more preferably> 85% and more preferably> 95% of the odoriferous and flavoring substances which can be sensed are reduced.
  • a protein fraction can be obtained by one of the processes according to the invention, which contains ⁇ 30%, more preferably ⁇ 15% and more preferably ⁇ 5%, of sensory odorants or flavorings compared to the starting material. Furthermore, the method also aims at obtaining a protein fraction which is free from off-flavors.
  • Preferred is a process for producing protein fractions which are free of off-flavors.
  • Preferred is a method for obtaining a low-odor and low-flavor protein fraction. Preference is given to a low-odor and low-flavor protein fraction.
  • toxins of the crops such as the erucic acid or phorbol esters and hazardous substances absorbed by the crops, such as pesticides, herbicides, fungicides, could be dissolved by the digestion process.
  • hazardous substances absorbed by the crops such as pesticides, herbicides, fungicides
  • Such compounds were no longer bound to proteins in the distribution phase. It turned out that in a similar way to the behavior of odorants and flavorants, the dissolved toxins or dangers remained in solution and were present only in minimal amounts or not at all in the obtainable protein fraction.
  • the method aims at a solution of toxins and hazardous substances from the starting material.
  • Dissolving in this context means that> 70% by weight, more preferably> 85% by weight and further> 95% by weight of the toxins or dangers present in the starting material are completely dissolved in the aqueous solution of the distribution phase, ie not bound to a protein.
  • a low-toxin and low-hazard protein fraction will be obtainable by any of the methods of the invention containing ⁇ 30%, more preferably ⁇ 15% and more preferably ⁇ 5% of the toxins or hazardous materials compared to the starting material. Preference is given to a process for the preparation of protein fractions which are low in toxin and low in nutrients.
  • Preferred is a method for obtaining a low-toxin and low-hazard protein fraction.
  • the protein fractions have a protein content of preferably> 60% by weight, more preferably> 70% by weight, more preferably> 80% by weight and still more preferably> 85% by weight and most preferably> 90% by weight. This was the case in particular for the use of cationic amino acids and / or peptides.
  • the process also opens up the possibility of using very different compounds as condensing agents for the dissolved proteins, which makes it possible to achieve further very advantageous effects on the obtainable pure protein fractions.
  • condensing agents can be used which combine with the proteins and remain in the obtainable protein fraction.
  • antioxidants such as ascorbic acid or compounds having surface-active properties, such as glycoglycerolipids or calcium compounds, such as Ca carbonate, can be specifically and metered and absorbed in different combinations into the obtainable protein fraction.
  • the obtained retain Protein fractions the very good solubility properties, which are obtained with the inventive method at.
  • the protein fractions obtainable by these processes have a very homogeneous consistency and a pH of between 6.0 and 7.5. After a centrifugal separation of binding water, the obtainable paste-like mass remains homogeneous and can easily be redissolved in water. This can be used in a particularly advantageous manner to completely dissolve the obtainable condensed protein fraction in a washing step with water or a protic solvent and then to separate by a new centrifugation. However, it is also very easy to achieve a suspension in a slightly or completely non-polar solvent, which also allows strongly hydrophobic compounds to be dissolved out of the dissolved protein mass.
  • a sequenced leaching of organic compounds in the obtainable protein fractions can be ensured. Furthermore, it is also possible to remove polar compounds, for example electrolytes, which are contained in the remaining residual water content.
  • polar compounds for example electrolytes
  • Particularly suitable for this purpose is a protein fraction which is obtained from the method according to the invention and is preferably present in a very dehydrated protein mass by means of filter techniques, which is placed in a filter cloth and inserted in a deionized water or through which it flows. It has been found that virtually no relevant amounts of proteins are lost from the protein mass.
  • protein fractions can be obtained which are liquid, pasty, stable or friable. It is also advantageous that thickened protein fractions can be very easily dissolved in water and can be supplied in a flowable form, for example a spray-drying process for producing a powder.
  • Carbohydrates are present in plant seeds, seeds or grains predominantly in the form of amyoplasts, the so-called starch granules. They break down to a great extent during pressing and grinding, releasing glycogen. These, suitable for human nutrition polysaccharides, are predominantly in high molecular weight form as a starch.
  • Starch consists of microscopically small, polymeric solid particles, depending on the plant species or variety a characteristic size and shape and different proportions of amylose and Have amylopectin. Native starch granules are insoluble in water. They only swell reversibly in cold water by up to 28% by volume, with the free hydroxyl groups of the starch molecules forming hydrogen bonds.
  • the starch gelatinizes within a very small temperature range. This gelatinization is irreversible and is due to a softening of the amorphous starch structure with gradual absorption of water and the solution of hydrogen bonds.
  • dissolved and undissolved and insoluble carbohydrates can be dissolved and separated from other organic and inorganic compounds in a very advantageous manner in order to supply them to a further use.
  • the process step 2), or 2a) and 2b) and 3) takes place under cold or cooled conditions ( ⁇ 10 ° C).
  • a breakdown of complex carbohydrates depending on the process time, can be reduced to a required level, so that, for example, the release of amylopectins does not take place or only to a small extent.
  • the swelling power of complex carbohydrates is minimized, whereby the complex carbohydrates can be obtained in a largely unchanged state compared to the initial state, but freed from other constituents of the starting mixture, can be obtained.
  • undissolved complex carbohydrates which for example correspond to a starch grain or parts thereof, can be separated from the other solid solids and the soluble dissolved compounds by simple filter techniques or eddy current techniques. After drying, e.g. in a drying oven, they can be used, e.g. As the production of a cornstarch supplied.
  • Unsolved carbohydrates are present, for example, in the form of polysaccharides which, depending on the molecular weight, have a different sedimentation rate. It has been found that polysaccharides which can not be removed by filtration from the process mixture of process step 2b) or 2) or 3) sediment only very slowly. Surprisingly, in the proper selection of a condensing agent for the condensation / aggregation / complexation of the proteins present in the mixture, these compounds are not included in or associated with the condensates / aggregates / complexes so that this carbohydrate fraction remains in the clarified process water when the condensed soluble Proteins have been separated by means of a suitable filter material. It has been found that following the separation of the proteins or possibly other fractions, for.
  • the higher molecular weight carbohydrates located in the process water can be separated by centrifugal techniques, such as a decanter or separator.
  • the hereby obtainable solid can be further purified with a simple process technology.
  • Particularly suitable for this purpose were cationic amino acids / peptides.
  • a phase separation preferably takes place by means of filtration techniques or by centrifugal processes.
  • the obtainable mass can be dried by prior art processes and processed into a flour that can be used immediately. It could be shown that a high product purity exists.
  • the dissolved carbohydrates can be taken up in a forming / forming condensate / agglomerate / complex of proteins, resulting in a very homogeneous combination product. Further advantages result from the possibility of heating the digestion mixture and / or the distribution mixture. As a result, complex carbohydrates can be completely or partially digested or hydrated, resulting in water-soluble carbohydrate fractions. This makes it possible to produce soluble carbohydrates, such as pectins, which can then be taken up in the recoverable protein fraction and separated with these together, but also separately.
  • Preferred is a method in which the water-insoluble and / or undissolved carbohydrates are separated and used by organic constituents.
  • Preferred is a method in which dissolved carbohydrates are condensed / agglomerated / complexed together with dissolved proteins, whereby protein carbohydrates condensates / agglomerates / complexes are obtained.
  • step 4 dissolved carbohydrates and / or phospholipids and / or glycoglycerolipids are condensed / agglomerated / complexed together with dissolved proteins, as a result of which protein condensates / agglomerates / complexes containing carbohydrates and / or phospholipids and / or glycoglycerolipids.
  • Preferred is a method in which insoluble carbohydrates are brought into a soluble form and condensed / agglomerated / complexed with dissolved proteins, whereby a homogeneous mixture of proteins and carbohydrates is obtained.
  • Another aspect of the invention relates to the separation of carbohydrates from meal products. It was found that in a coarse or fine-grained flour, the z. B. emerged from an impingement or grinding process and in which the starch granules remain largely intact, can be removed virtually residue-free with the inventive method, the adhering thereto soluble constituents and in particular the soluble proteins. This can be done by means of a simple screening technique, the intact starch granules are obtained in pure form and separated. Since these have a different screen size to cellulose-based fibers and lignin-rich shell portions, it is possible to directly obtain a virtually pure fraction of starch granules or carbohydrate aggregates. After drying, they can be processed further.
  • step 3 is a process wherein in step 3) after the separation of solid solids from the distribution mixture of step 2b) to obtain a fiber-free aqueous solution of the water-soluble and dissolved compounds of the starting material in a step 3a) from the separated solid solids protein-free complex carbohydrates and / or starch granules are separated.
  • the present invention is also directed to protein-free complex or complexed carbohydrates and / or starch granules obtainable by a process described herein.
  • the protein-free complex or complexed carbohydrates and / or starch granules are obtainable by a process wherein in step 3) after the separation of solid solids from the distribution mixture of step 2b) to obtain a fiber-free aqueous solution of the water-soluble and dissolved compounds of the Starting material in a step 3a) are separated from the separated solid solids protein-free complex carbohydrates and / or starch granules.
  • step 3 after the separation of solid solids from the distribution mixture of step 2b) to obtain a fiber-free aqueous solution of the water-soluble and dissolved compounds of the starting material in a step 3a ") from the separated solid solids decomplexed cellulose-based fibers and / or decomplexed lignin-rich shell parts, and / or complex / complexed carbohydrates are obtained, which are free of dissolved soluble compounds.
  • the present invention is directed to cellulose-based fibers having a water-binding capacity of> 200% by volume and / or lignin-rich shells having a fat-binding capacity of> 200% by weight, obtainable by a process described herein.
  • cellulose-based fibers having a water binding capacity of> 200% by volume and / or lignin-rich shells having a fat-binding capacity of> 200% by weight obtainable by a process, wherein in step 3) after the separation of solid solids from the distribution mixture of step 2b) to obtain a fiber-free aqueous solution of the water-soluble and dissolved compounds of the starting material in a step 3a ") from the separated solid solids decomplexed cellulose-based fibers and / or decomplexed lignin-rich shell parts, and / or complex / complexed carbohydrates are obtained which are free of dissolved soluble compounds.
  • step 4) dissolved carbohydrates and / or phospholipids and / or glycoglycerolipids are aggregated together with dissolved proteins, and after step 5) in a step 5a) protein aggregates containing carbohydrates and / or phospholipids and / or glycoglycerolipids.
  • the present invention is also directed to protein aggregates containing carbohydrates obtainable by a process according to the invention.
  • protein aggregates containing carbohydrates obtainable by a process in which in step 4) dissolved carbohydrates and / or phospholipids and / or glycoglycerolipids are aggregated together with dissolved proteins, and after step 5) in a step 5a) protein aggregates containing carbohydrates and / or phospholipids and / or glycoglycerolipids.
  • the lignin-rich shell parts have a lignin content of 50-95Gew%. They are present as submillimeter-sized platelets or in amorphous form. After drying, they are in free-flowing and pourable form. There is a significant water retention capacity that can be> 40%.
  • the cellulose-based fibers have microscopically a cotton-like 3-dimenstionale aum- structure with average diameters between 50 and 500 ⁇ at an aspect ratio (length / diameter) of 1: 1 to 100: 1. These are isolated / discrete structures that are not related and have a very low length weight of ⁇ 70mg / 100m.
  • cellulose-based fibers differ materially from cellulose fibers in the chemical composition, the secondary and tertiary structure, as well as the physico-chemical properties. Further, both the recoverable cellulose-based fibers and the lignin-rich shell portions were found to have significant water binding capacity in excess of 200 vol%.
  • both the lignin-rich shell portions and the cellulose-based fibers are free or nearly free of odor or flavorants or dyes that dissolve in an aqueous medium. Therefore, the lignin-rich shell fractions and cellulose-based fibers obtainable by the process are directly usable in the form which can be obtained and prepared by the processes of the invention or after drying which can be carried out using prior art techniques they can be sent for further processing.
  • the dried and powdered cellulose-based fibers also had a very high binding capacity for oils and fats, which was between 220 and 360% by weight. Preference is given to a process in which pure lignin-rich shell parts and / or cellulose-based fibers are obtained from a biogenic starting material having an oil and / or fat binding capacity of> 200% by weight.
  • the resulting shell or fiber fractions are preferably freed of still bound water by a pressing process. Alternatively, centrifugal processes can be used.
  • the dewatered shell or fiber fractions can be used in the resulting form or completely dried. Drying processes are known in the art. Favor is a hot air drying.
  • the lignin-rich shell portions obtainable after drying are present in readily separable and free-flowing form.
  • cellulose-based fibers produced differ in their chemical composition in comparison with cellulose fibers and cellulose derivatives. While in cellulosic fibers and cellulose derivatives practically no further elements could be determined besides C, H and O, in cellulose-based fibers numerous elements such as N, S, P, Fe, Cl, Na, Ca, K, Ni, Cl, Cu, as well as other elements available. Because of the binding properties found for the cellulose-based fibers, it is believed that these elements are at least in part associated with functional groups that are covalently linked, either directly or indirectly, to the polymeric framework structures. A covalent indirect compound may be present, for. B. via a sugar residue or a peptide.
  • non-covalently bound compounds are connected to the polymeric backbone via electrostatic exchange forces which have these functional groups or elements.
  • the presence of functional groups on the surfaces of the cellulose-based fibers is responsible for many of the effects found so far.
  • cellulose-based fibers are outstandingly suitable for various applications for humans and animals.
  • cellulose-based fibers are eminently suitable for incorporating, formulating, or transporting or storing substances / compounds or even microorganisms herein or here.
  • cellulose-based fibers are suitable for the formulation of proteins which are present in dry or water-soluble form.
  • cellulose-based fibers can also be used as a substitute for carbohydrates or fats in food preparations.
  • they are suitable as calorie-free fibers and have regulating effects.
  • a weight reduction could be achieved with diets that were carried out with the cellulose-based fibers produced according to the invention.
  • Another aspect of the invention relates to a method for the controlled introduction and / or contacting of compounds in / on the protein fraction / proteins obtainable by the methods according to the invention.
  • This process variant is made possible by the advantageous solubilization of the compounds used for aqueous removal / separation. It may be necessary to increase the concentration of this compound (s) in subsequent process steps.
  • free fatty acids, phospholipids, glycolipids, antioxidants or water-soluble vitamins can be stably dissolved in the aqueous process mixtures, for which purpose the compounds already present in the reaction mixture can be used or compounds can be added to the reaction mixture in suitable concentration.
  • this process step takes place before the condensation / aggregation / complexing of the proteins.
  • an adhesion of these compounds to the dissolved proteins in a physiologically occurring spatial arrangement, for. B. over hydrophilic and / or hydrophobic molecule domains, whereby they are bound.
  • a change in the solubility of one or more of these compounds before a condensation / aggregation / complexation of the dissolved proteins, whereby preferably an adhesion of the one or more compounds takes place on the dissolved proteins.
  • a change in the solubility of the one or more dissolved compounds is accomplished by adjusting the pH and / or salinity and / or temperature of the reaction mixture and / or introducing a gas and / or adding further compounds such as divalent cations , So it could be shown that this phospholipids, z.
  • phosphotidylcholine or fatty acids eg. For example, linoleic acid to which proteins have been bound and which has been present with the obtainable protein fraction in a weight ratio of 0.2 to 1.6% by weight.
  • the method is particularly advantageous because the loading of proteins with other organic compounds, which are preferably caused by electrostatic exchange forces.
  • a self-assembly by a self-assembly and thereby a physiological orientation and arrangement of the compounds is achieved to each other, whereby a stable integration of the introduced compounds is made possible and at the same time the proteins can be stabilized.
  • it stabilizes hot that they have, among other things, a higher stability against physical influences.
  • the formulability of such produced by a self-assembly protein fractions can be significantly improved with phospholipids or glycolipids in an aqueous medium.
  • such produced protein fractions which have been loaded with free fatty acids a significantly improved mouthfeel.
  • oxidation-labile compounds can be homogeneously introduced and stabilized in protein fractions arranged in this way. Such properties could be documented in particular for introduced free fatty acids.
  • Preferred is a method in which a protein fraction is obtained which is free from off-flavors and / or practically odorless and tasteless.
  • An extremely advantageous aspect of this invention is the ability to enrich for the recoverable protein fractions with other compounds / groups of substances, thereby producing higher quality products.
  • Higher product quality relates, for example, to a higher nutritive value achievable with respect to a pure protein fraction. This is the case, for example, when a combination of proteins and soluble carbohydrates is present.
  • Further possibilities for a higher nutritive value of a combination product consist in the inclusion of vitamins or antioxidants, which preferably originate from the related starting material itself, but can also be added before a condensation / aggregation / complexing of the solution with dissolved proteins.
  • Qualitatively higher value refers u.a. but also on the achievable product properties.
  • phospholipids and / or glycolipids can be adhered or aggregated to / with these in a condensation / aggregation / complexation of the dissolved proteins, so that a very homogeneous product of proteins and phospholipids and phospholipids / or glycolipids arises.
  • a product is characterized by very good protein solubility as well as excellent interfacial properties, resulting in improved quality, e.g. Produce and stabilize food foams and emulsions.
  • Preference is given to a protein fraction in which the protein solubility index (PDI) is> 80%. Further preferred is a protein fraction which allows high foam stability.
  • PDI protein solubility index
  • PDI protein solubility index
  • Another aspect of the invention is also directed to the preparation of a shelf-stable proteinaceous food ingredient.
  • cellulose-based fibers In baking tests, it was possible to document excellent stabilization of doughs through the addition of cellulose-based fibers, but also in the case of substitution with a flour through them.
  • the cellulose-based fibers swell very quickly due to the large surface area and then cause a very pleasant mouthfeel when consumed.
  • the cellulose-based fibers obtained and produced according to the invention are, after being incorporated into water, completely soft and do not cause a feeling of graininess, which was the case with cellulose fibers made from husk or stem mass, even if these are of average maximum diameters of ⁇ were significantly smaller than the cellulose-based fibers.
  • cellulose-based fibers are very well suited as stabilizers or carriers for eg dissolved proteins, but also dissolved carbohydrates. Furthermore, a stabilization of the consistency in cheese production was observed. In this respect, use is also possible as a fat substitute. Furthermore, it could be shown that cellulose-based fibers are outstanding. formulate as a fiber additive in food preparations. In addition, weight loss was found in subjects who had a high-fiber diet prepared with the cellulose-based fibers obtained and produced according to the invention.
  • the obtainable cellulose-based fibers are of no caloric value for humans and, due to their origin and approval, can be used as food, as energy-free fiber.
  • Low-calorific vegetable cellulose fibers are produced according to the prior art from husks and stem material of various crops, such as corn, wheat, oats, potatoes, and used as fiber and structurizing or thickening agents in the food industry. For this purpose, fibers with a fiber length of 30 to 90 ⁇ length with a large length / width aspect ratio by Feinzermahlung the plant structural cellulose produced under high energy costs.
  • cellulosic fibers are fibers which consist of bundled fibrils and thus also differ completely morphologically from the cellulose-based fibers produced according to the invention.
  • the cellulose-based fibers obtainable by the process according to the invention differ in their structural composition, the chemical constituents and their original physiological function.
  • cellulose-based fibers produced according to the invention in comparison with cellulose fibers produced from a grinding operation of husk and stem material, due to the differences in the spatial structure, but also due to the different surface properties.
  • cellulose-based fibers which can be recovered and produced by the process of the invention differ from cellulose fibers made from the milling of husk or stem materials, both in their structural and functional properties.
  • the lignin-rich shell parts have, like the cellulose-based fiber parts, large inner surfaces, which require the enormous water-binding capacity. As a result, they are particularly suitable for dewatering and storage in commercial floors. When dried, they are excellent storage and transportable. There is optimal miscibility with all soil types studied (e.g., loam, humus). The water absorption and water retention index of all investigated soils could be significantly increased by the addition of lignin-rich shell shares.
  • Lignin-based shell parts for improving the water-binding and holding capacity of cultivation soils.
  • Lignin-based shell parts in the dried state have an excellent oil and fat-absorbing effect and are therefore very well suited for the absorption of oils and fats, eg. As surfaces or from air / gas mixtures with oils and fats.
  • the types of process according to the invention enable a recovery, purification and reuse of the liquids used as well as unused or discharged with the / the product (s) received (s).
  • wastewater streams and pollution of the environment with organic material can be completely avoided.
  • the recycling can be at different points in the process, both before and after prior depletion of solutes and z. T. in unchanged manner with a synergistic benefit in the respective process step.
  • the re-use is also particularly resource-saving, since in process solutions that are obtained after a separation process, still used compounds and / or dissolved products and in a recent use of this process water phase, the compounds / products returned to the process at the same or different place and thus used again according to use or can be obtained as a product. This is especially true for a reuse of the clarified process water phase after process step 5), which is obtained after the separation of the condensates / agglomerates / complexes.
  • the clarified process water phase of process step 5 is very well suited to achieve complete depletion of dissolved compounds present in the bound water content of the cellulose-based fibers and lignin-rich shell fractions when combined with the clarified process water phase of step 5), whereby the soluble constituents parts completely or almost completely with the water phase, which is obtained in a dehydration of the rinsed cellulose-based fibers and lignin-rich shell portions are separated.
  • the clarified water phase of process step 5) is first purified in process step 6).
  • condensed proteins were contained in the process water phase obtained and the content of condensing agents was not measurable or only in minimal concentration.
  • This condensing agent-poor and amino acid / peptide-rich and protein-containing process liquid is preferably used in a subsequent process procedure in process steps 2a) and / or 2b) or 2) as the water phase.
  • a loss of obtainable products and in particular the constituents of the starting material as well as the dissolved amino acids and / or peptides used for carrying out the process and the condensing agent can be reduced to a minimum and wastewater streams which are contaminated with organic constituents can be avoided.
  • the clarified and / or purified process water phases are stored in storage containers (V 5a and V 5b, according to Scheme 1) until their reuse under suitable conditions.
  • suitable conditions may include, for example, cooling, UV irradiation, exposure to an inert gas, or darkening.
  • both the compounds used / substances for separation / separation of the starting material and the condensing agent and possibly still present dissolved residues of proteins or other organic compounds fed back into the process and thus recovered or from one of the process steps can be obtained as a product. This contributes significantly to the economics of the process.
  • the above methodologies can also remove compounds that fall under the generic term toxins and harmful substances, such as pesticides, herbicides and insecticides.
  • the compounds adsorbed or precipitated from the clarified process water phase can be used for further use by separating and possibly further purifying them.
  • the precipitated glycolipids and / or phospholipids can be separated by centrifugal separation from the process water phase and then further purified or used immediately.
  • all compounds obtainable from the process fluid can thus be made available for further use.
  • nanofiltration of one or more process water phase (s) takes place.
  • small-molecular compounds, such as dyes or carbohydrates retained and thereby removed from the process water phase, which is used for reuse.
  • the process steps according to the invention make it possible to obtain pure phases of the contents, such as proteins, carbohydrates, fibers and shell fractions, in a low-energy circulation process in which the compounds used for product production are almost completely recovered from the various process steps and both during the same process as well as being used again when reused. This also applies to the process water phases used.
  • the method can produce protein fractions with a high protein content, corresponding to that of a concentrate or isolate.
  • functionalized proteins with improved product properties such as, for example, a higher water solubility, a high foaming power or improved emulsifying properties, can be prepared by the processes according to the invention.
  • hydrated proteins can be prepared which can be linked together with other compounds in a physiological pH range.
  • the procedural techniques the extraction of complex undissolved and dissolved carbohydrates, which can then be used immediately.
  • the obtainable cellulose-based fibers and lignin-rich shell components have a very high water and oil binding capacity.
  • the latter are therefore particularly suitable for improving the soil quality of useful floors.
  • the obtainable cellulose-based fibers which can be obtained by one of the processes according to the invention can be used in many areas of life. Thus, they are particularly suitable as substitutes and / or supplements in nutrients or preparations, in particular as a substitute for sugar, flour / starch or fat / oils.
  • the obtainable cellulose-based fibers are useful for formulation and stabilization in skin and mucosal applications, as well as for the cultivation and production enhancement of microorganisms.
  • the process according to the invention makes it possible to produce protein fractions with a high product quality.
  • protein fractions are obtained which are tasteless and odorless or completely free of odorants or flavorings.
  • it does not contain any bitter substances or other compounds which are perceptible as off-flavors.
  • toxins or harmful compounds present in the biogenic starting products can be dissolved and discharged without them getting into the obtainable protein fraction. It can also be carried out by the same process, a de-oiling of the starting material, with the recoverability of the separated oil fraction.
  • the process allows recirculation of digestion compounds and the process water for repeated applications, so that economic process management is possible.
  • compounds which are only present in a low concentration in the aqueous digestion solution can be removed by the methods provided and can be used for other applications.
  • the protein content of the fiber mass can be significantly reduced by the process water phase 1 to a much greater extent than with a fresh water phase, which is added with an identical volume. This result correlated with the reduction of the residual protein content of the subsequently dewatered fibers.
  • the use of the process water phase 1 for a post-treatment of the product phase 2 is particularly advantageous and at the same time enables the production of sensorially perfect cellulose-based fibers.
  • the process water phase used for the aftertreatment of the product phase 2 during this treatment step is enriched with the proteins dissolved out of the fiber mass and the pH of the solution is raised to a neutral to slightly alkaline range.
  • a dilution of the water phase is particularly advantageous if in the previous process steps, a very small volume of water was used and a high protein concentration is present herein.
  • the sedimentation of the organic compounds initiated by the aggregation compounds is then slow, as well as the dehydration of the separated aggregate phase in step 5).
  • the concentration of the aggregatable compounds can be adjusted so that optimal aggregation can be ensured by the agglomeration compounds, which without additional water consumption and without otherwise necessary addition of a basic compound and repatriation of aggregable organic compounds can be done. This results in further advantageous effects on the process economy.
  • starting materials all biogenic products containing one or more of the principal constituents: proteins, carbohydrates, pulps / fats or fats / oils
  • the starting materials may contain any proportion of the major constituents as well as other ingredients
  • the preferred starting materials are vegetable source materials such as seeds, grains, kernels, nuts, beans, beet plants, tubers, vegetables, fruits or roots, which may be in the form of immature, ripened, ripe, overripe, aged, or also
  • the especially preferred vegetable raw materials are not woody, ie they contain a small proportion of lignin,
  • the non-woody vegetable materials referred to herein have in particular a lignin content of ⁇ 10% by weight the spoiled plant raw materials.
  • non-woody as used herein means a proteinaceous biogenic starting material having a lignin content of less than 10% by weight. Woodiness or lignification is called lignin deposition in the cell walls of plants.
  • biogenic as used herein, is defined as follows: biological or organic origin, created by life or by living things.
  • the vegetable raw material may be in intact form, damaged, crushed, peeled, pressed, ground or otherwise disintegrated, including but not limited to milled or grounded flour, resulting, for example, from mechanical extraction of oils, so-called presscake.
  • These include starting materials and in particular vegetable starting materials which have previously been subjected to a thermal and / or liquid extraction process, eg. With an alcohol or an organic solvent such as hexane.
  • plant starting materials in which a thermal treatment has taken place are also include plant products which are obtainable from a digestion and / or fermentation process, in particular if they are residues, such as, for example, brewery residues (eg in the form of grains or grain flour) or pomace of must production or olive pomace or beet pulp.
  • residues of cocoa beans residues of vegetable or fruit preparations, such as cabbage stalks or shells, e.g. of potatoes.
  • residues of press residues which are found, for example, in the extraction of juices (for example apple, tomato or carrot juice) or pomace, e.g. B. of grapes or apples or extracts, as in the production of jellies or liqueurs (eg., Blackberry jelly, Cassis) incurred.
  • juices for example apple, tomato or carrot juice
  • pomace e.g. B. of grapes or apples or extracts
  • jellies or liqueurs eg., Blackberry jelly, Cassis
  • peel, reveal or gut products of plant starting materials may be used.
  • proteins refers to macromolecules consisting of amino acids linked together by peptide bonds
  • the proteins referred to herein have a number of> 100 amino acids and may have in their primary structure, secondary structure or tertiary structure In the secondary structure, the spatial geometry may be in the form of an ⁇ -helix, ⁇ -sheet, ⁇ -loop, ⁇ -helix, or may be disordered as andom-coil structures, and supramolecular Compounds of proteins, such as collagen, keratin, enzymes, ion channels, membrane receptors, genes, antibodies, toxins, hormones, or coagulation factors According to the ubiquitous occurrence in all life forms and areas of life, the proteins referred to herein may be macromolecular compounds one of the specified form whose physiological Aufg abe example, a shaping, a support, transport or defense function or served for reproduction, energy production or energy conversion or to promote the reaction / sales. By this is meant, in particular, the proteins as defined above which are extractable from
  • carbohydrates as used herein includes all of C3 to C6 sugar molecules and compounds composed thereof, including, but not limited to, monosaccharides such as hexoses, including glucose or fructose, and pentoses, including ribo Furthermore, disaccharides, such as maltose, sucrose, lactose, and polysaccharides, such as dextranes, cyclodextrins, starch or cellulose, can be distinguished in starch from amylose and amylopectin.
  • cellulose-based fibers encompasses all of the corpuscular structures of the vegetable starting materials consisting of a primary cellulose backbone having at least two of the following characteristics:
  • the cellulose-based fibers according to the invention have three-dimensional spatial and surface structures. They may be in a composite structure which can be divided into spherical or corpuscular fragments by physical means such as mechanical comminution and / or thermal treatment. This can be checked in a decompacted state of the cellulose-based fibers with analytical methods.
  • the cellulose-based fibers may already be present in a loose composite compacted with other compounds or components, such as. B. in broken and broken apart by a pressing or bouncing matrix, such as.
  • a pressing or bouncing matrix such as.
  • the fibers included in the definition are characterized by structural features and physical properties that are common to them. In particular, they have spatial structures in the form of free fibers, nets or spatial tissue structures which become microscopically recognizable after decompaction and hydration.
  • the decompacted cellulose-based fibers according to the invention preferably have a planar and / or corpuscular geometry.
  • they are characterized by a low fiber length weight, the Coarseness, which is preferably ⁇ 70 mg / 100m, more preferably ⁇ 50 mg / 100m, more preferably ⁇ 30 mg / 100m and even more preferably ⁇ 20 mg / 100m, even more preferred ⁇ 15mg / 100m, and most preferably ⁇ 10mg / 100m.
  • They may include pigments, encapsulate or they are structural constituents of the fibers of the invention. However, other organic or inorganic compounds can also be constituents of the cellulose-based fibers or can not be detachably connected to them by means of an aqueous medium.
  • lignin-rich shell portions includes all shell and support structures of the plant starting material having a lignin content of> 30% by weight 40% by weight, more preferably> 50% by weight, more preferably> 60% by weight and even more preferably> 80% by weight They do not have a specific outer shape which can be flat and polymorphic to corpuscular and round Depending on the production process, they can range from a few micrometers to a few millimeters, with lignin-rich shell fractions being present, for example, in press residues of rapeseed or jatropha seeds in a weight proportion of 8 to 15% by weight.
  • oils / fats includes all lipid compounds present in the starting material
  • the preferred lipid compounds are aryl clycerides, in particular mono-, di- and triglycerides, furthermore carboxylic acids, in particular free fatty acids and fatty acid compounds, such as Fatty acid methyl esters, furthermore glycolipids and glycerol glycolipids, furthermore hydrocarbon compounds with a carbon number of> 5.
  • disintegration encompasses all processes which lead to a separation of water-impermeable fabric structures or textures of the starting material, whereby a complete contacting of the main constituents contained therein with an aqueous solution according to the invention containing digestion compounds can take place
  • all processes that lead to the creation of cracks, voids or gaps of Hülloder shell materials of the vegetable starting material to a complete digestion with exposure of the surfaces of the constituents of the vegetable starting material
  • disintegration by definition is synonymous with production a wettability of constituents of the starting material for the aqueous digestion solutions and the compounds contained therein.
  • aqueous digestion solution refers to an aqueous solution of dissolved compounds for removal / separation of constituents of the starting material.
  • the compounds for separating / separating constituents of the starting material are one or more amino acid (s).
  • dissolved amino acids and / or peptides are dissolved cationic amino acids and / or peptides de-ionized, partially deionized, well or city water
  • the preferred compounds for separating / separating constituents of the starting material in a dissolved form are naturally occurring amino acids and / or Peptides that consist of these amino acids or these
  • the most preferred compounds for separating / separating constituents of the starting material in a dissolved form are naturally occurring amino acids and / or peptides consisting of or containing these amino acids.
  • the aqueous digestion solutions according to the invention are preferably solutions of one, two or more amino acid (s) and / or peptide (s), which in the individual and / or total concentration range from 10 ⁇ mol / l to 3 mol / l, more preferably between lmmol / l and lmol / l and more preferably between 0, lmol / and 0.5 mol / l.
  • amino acids are arginine, lysine and histidine.
  • derivatives of the aforementioned amino acids Particularly preferred are cationic amino acids and peptides with cationic groups.
  • the peptides which can be used according to the invention may be di-, tri- and / or polypeptides.
  • the peptides of the invention have at least one functional group that can bind or bind a proton.
  • the preferred molecular weight is less than 500 kDa, more preferably ⁇ 250 kDa, more preferably ⁇ 100 kDa and particularly preferably ⁇ 100 dODa.
  • the preferred functional groups are in particular a gunanidine, amidine, Amine, amide, hydrazino, hydrazono, hydroxyimino or nitro group.
  • the amino acids may have a single functional group or contain several of the same class of compounds or one or more functional group (s) of different classes of compounds.
  • amino acids and peptides according to the invention preferably have at least one positive charge group or have a positive total charge.
  • Particularly preferred peptides contain at least one of the amino acids arginine, lysine, histidine and glutamine in any number and sequential order.
  • Particular preference is given to amino acids and / or derivatives of these which contain at least one guanidino and / or amidino group.
  • the chemical radical H 2 NC (NH) -NH- and its cyclic forms is referred to as amidino and the chemical radical H 2 NC (NH) - and its cyclic forms.
  • guanidino compounds and amidino compounds preferably have a distribution coefficient K 0 w between n-octanol and water of none other than 6.3 (K 0 w ⁇ 6.3).
  • arginine derivatives are defined as compounds having a guanidino group and a carboxylate group or an amidino group and a carboxylate group, wherein guanidino group and carboxylate group or amidino group and carboxylate group are separated by at least one carbon atom, ie at least one of the following groups between the guanidino group or the amidino group and the carboxylate group is -CH 2 -, -CHR-, -CRR'-, wherein R and R 'independently represent any chemical radicals.
  • Compounds having more than one guanidino group and more than one carboxylate group are, for example, oligoarginine and polyarginine. Further examples of compounds which fall into this definition are guanidinoacetic acid, creatine, glycocyamine.
  • Preferred compounds have as a common feature the general formula (I) or (Ii)
  • L represents a C x to C 8 linear or branched and saturated or unsaturated carbon chain with at least one substituent selected from the group consisting of or consisting of -NH 2 , -OH, -PO 3 H 2 , -PO 3 H " , -PO 3 2" , -OPO 3 H 2 , -OPO 3 H “ , -OPO 3 2” , -COOH, -COO " , -CO-NH 2 , -NH 3 + , -NH-CO-NH 2 , -N (CH 3 ) 3 + , -N (C 2 H 5 ) 3 + , -N (C 3 H 7 ) 3 + , -NH (CH 3 ) 2 + , -NH (C 2 H 5 ) 2 + , -NH (C 3 H 7 ) 2 + , -NHCH 3 , -NHC 2 H 5 ) 2 + , -NH (C 3 H 7 ) 2 + , -
  • L represents -CH (NH 2 ) -COOH, -CH 2 -CH (NH 2 ) -COOH, -CH 2 -CH 2 -CH (NH 2 ) -COOH, -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH (NH 2 ) -COOH, -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH (NH 2 ) -COOH, or -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH (NH 2 ) COOH.
  • Digestion solutions according to the invention may contain further compounds which are completely dissolved here. These may be compounds for adjusting the pH of the solution, in particular an acid or base, such as urea or triethylamine or acetic acid or uric acid, or compounds having surface-active properties, such as, for example, DMSO or SDS. Also included herein are stabilizers such as antioxidants or reducing agents. Preference is furthermore given to compounds which make possible the decomposition of constituents of the starting material, preferred are compounds from the group of sulfites and sulfates. These are preferably initially introduced in a concentration of between 0.01 and 30% by weight in the digestion solution.
  • di-tri- or oligipeptides and polypeptides composed of one, two or more amino acids.
  • peptides which are both hydrophobic and cationic and / or anionic side groups such as DG, BCAA, NCR, HIS, SPR, EHP or SFA.
  • aqueous process mixture or the synonymously used terms "process mixture” or “reaction mixture” is understood herein to mean an aqueous solution, emulsion suspension or solids with a water content of ⁇ 20% by weight In particular, it means mixtures which are produced by an aqueous solution which is used in the course of the process, with the starting material and the intermediate and end products of the constituents and constituents separated therefrom, getting produced.
  • reaction vessel or "reaction container” is understood herein to mean vessels in which aqueous process mixtures / reaction mixtures are prepared by contacting, combining or mixing aqueous solutions which are used in the process with the starting material and the intermediate obtained in the course of the process - And end products of the ab- / separated therefrom constituents and constituents are produced.
  • distribution solution which is used synonymously with the term “volume of distribution” herein, is meant a water phase which is added to a reaction mixture and which enables distribution and separation of soluble dissolved, soluble solid and complex insoluble constituents of the starting material.
  • these constituents are present in a readily separable form. The presence of a sufficiently large volume of distribution may be tested by sampling in which the separability of the dissolved and suspended constituents is determined by techniques and methods as described herein.
  • condensation / aggregation / complexing summarize all physical and / or chemical processes that lead to a combination of identical and / or dissimilar organic and / or inorganic compounds, resulting in condensates or aggregates or complexes that turn out to be solid
  • condensate is understood to mean a spatial approximation of macromolecular structures, which thereby form a measurable spatial structure.
  • the binding forces are electrostatic by hydrophobic or hydrophilic alternating forces.
  • aggregation means an accumulation or accumulation of atoms or molecules and / or ions into a larger aggregate, the aggregate.
  • the accumulation or accumulation is by van der Waals forces, hydrogen bonding, and / or other chemical or physical
  • complexes herein is meant macroscopically visible formations formed by condensates and / or Aggregates are combined to form a larger composite structure. In the condensates / aggregates and complexes are due to the low binding energies, the individual compounds easily from the composite structures, eg. B. by a mixing process, Menlösbar and can be isolated.
  • coagulates are spatial structures of small to macromolecular compounds that arise through a chemical reaction in which covalent bonds between the molecular structures are formed and / or cleaved.
  • the individual compounds can not be separated from one another or isolated only to a small extent by a solution process in water.
  • the condensation / aggregation / complexation referred to herein is different from coagulation, which occurs in particular by a precipitation reaction with a (strong) acid which leads to denaturation in which at least the original tertiary structure of the proteins is partly or completely eliminated is present. This is evident, for example, from a lower water-binding capacity.
  • condensation agent or "aggregating agent” as used herein means one or more organic and / or inorganic compounds which initiate, maintain and / or accelerate the condensation / aggregation / complexing of constituents / compounds of an aqueous process mixture dissolved in water .
  • condensation agent or "aggregating agent” as used herein means one or more organic and / or inorganic compounds which initiate, maintain and / or accelerate the condensation / aggregation / complexing of constituents / compounds of an aqueous process mixture dissolved in water .
  • the compounds may also cause this effect by a change in pH and / or salinity and / or be involved in the merger itself.
  • organic compounds includes all organic compounds of biogenic origin which can be solved by one of the methods described herein from biogenic starting materials. According to the different origins, organic compounds of various groups of substances are found which are present individually, but usually in different combinations and in a different ratio. In the following, therefore, only the essential groups of substances to which the organic compounds can be assigned without being limited to these are mentioned: waxes, wax acids, lignins, hydroxy- and mycolic acid, fatty acids with cyclic hydrocarbon structures, such as shikimic acid or 2-hydroxy -ll-cycloheptylic acid, mannosterylerythritol lipid, dyes such as carotenes and carotenoids, chlorophylls, and their degradation products, phenols, phytosterols, in particular ß-sitosterol and campesterol and Sigmasterol, sterols, sinapine, squalene.
  • waxes wax acids
  • lignins hydroxy- and mycolic acid
  • Phytoestrogens such as isoflavones or lignans.
  • steroids and their derivatives such as saponins, furthermore glycolipids and glycoglycerolipids and glycerosphingolipids, furthermore rhamnolipids, sophrolipids, trehalose lipids, mannosterylerythritol lipids.
  • polysaccharides including pectins such as rhamnogalacturonans and polygalacturonic acid esters, arabinans (homoglycans), galactans and arabinogalactans, as well as pectic acids and amidopectins.
  • phospholipids in particular phosphotidylinositol, phosphatides, such as phosphoinositol, furthermore long-chain or cyclic carbon compounds, furthermore fatty alcohols, hydroxy and epoxy fatty acids.
  • phospholipids in particular phosphotidylinositol, phosphatides, such as phosphoinositol, furthermore long-chain or cyclic carbon compounds, furthermore fatty alcohols, hydroxy and epoxy fatty acids.
  • glycosides Lipoproteins, lignins, phytate or phytic acid and glucoinosilates. Proteins, including albumins, globulins, oleosins, vitamins such as retinol, (vitamin A) and derivatives such.
  • retinoic acid riboflavin (vitamin B2), pantothenic acid (vitamin B5), biotin (vitamin B7), folic acid (vitamin B9), cobalamins (vitamin B12), calcitriol (vitamin D) and derivatives, tocopherols (vitamin E) and Tocotrienols, phylloquinone (vitamin K) and menaquinone. Tannins, terpenoids, curcumanoids, xanthones. But also sugar compounds, amino acids, peptides, including polypeptides, and carbohydrates, such as glucogen. The likewise associated carboxylic acids, flavorings or odors and flavorings, dyes, phospholipids and glycolipids, waxes or wax acids and fatty alcohols.
  • olfactory and flavor is also synonymously used herein with flavoring.
  • organic compounds are present, which lead to a sensory perception in the sense of a taste or an odor.
  • the structural composition of these carbon-based compounds is uneven.
  • Some typical classes of compounds are alkaloids, alcohols, aldehydes, amino acids, aromatic hydrocarbons, esters, lactones, cyclic ethers, furans, furanoids, free fatty acids, flavonols, glycosides, ketones, saturated and unsaturated hydrocarbons, enamine ketones, ketopiperazines, isoprenoids, mono- Terpenes, terpenes, cyclic terpenes, triterpenes, triterpenoids, tetraterpenes, sesquiterpenes, sequiterpenoids, sterols, phytosterols, purine derivatives, phenylpropanoids, phenols and / or hydroxycinnamic acid derivatives.
  • These classes of compounds can occur either individually or in any composition. These are, in particular, 1,5-octadien-3-ol, butanal, hexanal, octanal, nonenal, nonadineal, decanal, dodecanal, piperonal, cysteine, cystine, methionine, phenanthrene, anthracene, pyrene, benzpyrene, 4-hydroxybutanoic acid, Ethylhexanoate, coumarin, maltol, diacetylfuran, pentylfuran, perillene, rosefuran, caprylic acid, capric acid, hydroxyfatty acids, amygdalin, progoitrin, 2-heptanone, 2-nonanone, decatrienal, 10ctene-3-one, vinyl-amyl ketone, 4- (4-hydroxyphenyl) -butane 2-on), mycosporine, diketopiperazine, humulones and lup
  • dyes summarizes organic compounds which, in starting materials of biogenic origin, typically coexist in different quantities and compositions.
  • the most dominant and by far the largest quantity in vegetable oils is the group of chlorophylls and their degradation products, such as pheophylline, chlorophyllide, pheophorbide, phyropheophytine, chlorinone, Rhodines and purpurins, but also compounds that are grouped under the group of carotenes or carotenoids, but also include other classes of compounds, such as flavonoids, curcumins, anthrocyans, betaines, xanthophylls, which include carotenes and lutein, Indigo, camphorol and xanthophylline such as neoxanthine or zeaxanthin
  • These dyes may be present in varying proportions in the lipid phases.
  • phospholipids as used herein includes amphiphilic lipids containing a phosphate group and belonging to either the phosphoglycerides or the phosphosphingolipids. Furthermore, acid glycoglycerolipids, such as. As sulfoquinovosyl-diacylglycerol or Sulfoquinovosyldiacylglycerin.
  • Phosphoglycerides also referred to as glycerophospholipids or phosphoglycerolipids
  • phosphatidylcholines also called lecithins
  • phosphatidylethanolamines also called phosphatidylserines.
  • Glycophosphatidylinositols are compounds that are saccharide glycosidically linked to the inositol group of phosphatidylinositols.
  • glycolipid as used herein is meant compounds in which one or more monosaccharide residues are linked via a glycosidic bond to a hydrophobic acyl residue.
  • glycoglycerolipids are glycoglycerolipids
  • glycoglycerolipids herein includes both phosphoglycosphingolipids, as well as phosphonoglycosphingolipids, as well as glycosphingolipids, further sulfoglycosphingolipids, further sialoglycosphingolipids, and mono-, oligo-, and polyglycosylsphingoide and mono-, oligo-, and polyglycosylceramides. Further examples are rhamnolipids, sophor lipids, trehalose lipids and lipopolysaccharides.
  • the residual moisture content is determined by determining the differential weight of an initial measurement and a measurement after complete drying in a vacuum oven. The specific value is set in relation to the starting weight and is expressed as a percentage. Alternatively, automated methods for determining moisture can be used. Clarified water phase
  • a “clarified water phase” or “clarified process water phase” is understood herein to mean the water phase which is obtained after a condensation / aggregation / complexing according to the invention of organic and / or inorganic constituents and their separation.
  • the term “clarified” stands for an optically clear solution in which there are no or only a few suspended solids, which can be quantified, eg by a turbidity measurement, whereby a value of 20 FTU is not exceeded a removal of dissolved organic compounds. Methods for quantifying any organic compounds still present herein are e.g. the HPLC and / or MS.
  • purified water phase herein is meant a clarified water phase or clarified process water phase, as defined herein, in which a depletion of organic and / or inorganic compounds contained herein has reached ⁇ 0.5% by weight by elemental analysis (eg ICP) or atomic absorption spectroscopy of a drying residue.
  • elemental analysis eg ICP
  • atomic absorption spectroscopy of a drying residue.
  • process economics means that through process performance / process management, there are economic advantages over other process design and are quantifiable. The economic benefits may involve different areas of economics that overlap and add up to a total process economy.
  • the inventive process economy is ensured by one or more of the process steps relating to the utilization / recoverability of resources and / or the energy demand and / or the avoidance of environmental burdens and / or the process costs, and thus relates to the following economics without being limited thereto :
  • the methods of the invention can be carried out at room temperature.
  • the aqueous process phases can be completely reused, so that the amount of fresh water and wastewater compared to a process that is not carried out according to the invention with fresh water in the various process stages, significantly (> 50 vol %) is lower and no wastewater with organic loads incurred, which is the case in a method not according to the invention.
  • Production cost economics for example, it comes through a process execution according to the invention it to a reduction, the required digestion compounds and fresh and waste water compared to a non-inventive process execution, so that reduce the total process costs by> 15%.
  • the process ensures improved product quality of sustainable products through the reuse of process water phases.
  • the process acquires its process-economic advantages, in particular through the process management with reuse, in particular with arbitrarily frequent reuse obtained clarified aqueous phase.
  • the aspect "process-economical" that in the process according to the invention no effluents, ie no aqueous phases incurred as waste or no aqueous effluents, which in particular in the quite large volume of aqueous solutions used in the invention a clear process advantage, especially in terms of cost and pollution.
  • biogenic starting materials which can be used according to the invention, these can be present in different forms and states.
  • whole / intact seeds, grains, kernels, nuts, vegetables, fruits, flowers, ovaries or roots can be involved and / or wholegrain or partially disrupted, broken, crushed, crushed, crushed or pressed plant materials and / or plants Materials in which a partial or complete fermentative or disintegrative process has taken place, in particular by an autolysis / microbial degradation / chemical-physical reaction, and / or residues from agricultural production / food production or utilization is.
  • the broken, split, minced, powdered or liquidated or dissolved vegetable starting materials may be in the form of continuous or singulated pieces or compacted, eg as pellets or molding compound or in a loose composite, such as e.g. As granules or bulk material or in isolated form, such as a flour or powder or in the form of a suspension.
  • the consistency, shape and size of the vegetable starting materials is in principle irrelevant, but preferred are comminuted plant raw materials that allow easier digestion.
  • maximum diameters of the redistributable particles of the biogenic starting materials are between 100 ⁇ m 100 100cm, more preferably between 0.5mm and 50cm, more preferably between 1mm and 20cm, and more preferably between 2mm and 5cm.
  • the shape of the suitable vegetable starting materials is arbitrary, as well as the consistency, which may be hard or soft, or they may be in a liquefied form.
  • the starting material may have any desired temperature, preferably a heated starting material, as obtained, for example, following a pressing operation.
  • these conditions may be established by methods available in the art. These include, in particular, methods with which an inventive digestion of the vegetable starting material can be facilitated and / or facilitated. These include, in particular, mechanical processes with which the vegetable starting material can be comminuted.
  • the minced and then dried vegetable starting material is added to the Process step 1) comminuted to a specific particle size, preferably particle sizes between ⁇ and 2 cm, more preferably between 30 ⁇ and 5mm.
  • lignin-containing components of the vegetable starting materials are first removed. These may be, for example, shell materials of the vegetable starting materials, such as. As skins, shells or trays, such as those of apple or grape seeds. For example, mechanical methods known from the prior art are known for this purpose.
  • a method for dissolving and / or dissolving lignin can be carried out before carrying out the process step 1).
  • Such processes are known in the art, for example as “Kraft processes.”
  • degradation or decomposition of lignin is achieved by boiling with an alkali, but mechanical disintegration may also take place during or after process step 2a) the use of shear mixers or colloid mills.
  • the starting materials are filled in a suitable container, which can preferably be filled from above and has a closable outlet at the bottom.
  • the container must comply with the regulatory requirements for product manufacture. This also applies to subsequent related containers, system components and piping systems.
  • Preferred is a container design with a conically extending container bottom.
  • Preferred is a mixing device for mixing the container contents. Preference is given to a cooling / heating device of the containers or of the contents of the container. Preferably, the digestion solution in this container z. B. the Pressschêtn- / ground products added and mixed and stored for the required time. For use for the next process step, the discharge is carried out by draining through the floor drain.
  • the digestion solutions according to the invention are prepared with the compounds according to the invention for removal / separation of constituents of the starting material, as defined herein.
  • one or more of the compounds is completely dissolved in water, wherein the water may be a clarified or clarified and purified process water, a completely ion-free water or well and city water.
  • a pH of the solution will be amino acids or peptides in the range of 7.5 to 13.5, more preferably between 8 and 13, and more preferably between 8.5 and 12.5. This is especially true when using cationic amino acids / peptides.
  • the pH can be adjusted to any pH range between 7.5 and 13.5 by the addition of an acid or a base. Thereby, acids and bases known in the art can be used.
  • Additives can be added to the solutions which improve or accelerate the digestion and recovery of cellulose-based fibers or disintegrate and / or dissolve other constituents of the starting material.
  • Such compounds include, but are not limited to, the following compounds, such as: urea, NH3, triethylamine; ionic see or non-ionic surfactants such as SDS or DMSO; Antioxidants or NaS03, sodium bisulite or NaS04. These compounds can be present individually or in combination, in a concentration of between 0.01% by weight and 50% by weight, in the digestion solution.
  • the digestion solutions according to the invention can be provided with additives which, in particular, improve the solubility of certain compounds of the starting material, these include, inter alia. Alcohols, fatty alcohols, fatty acid esters or lactones.
  • the digestion solutions can be prepared at any temperature and added to the starting material in process step 2a) or 2) and, if necessary, also in process step 2b).
  • the application can be carried out in droplets, drops or beams, continuously or discontinuously to, into and / or onto the starting material. In a preferred embodiment, this is done under exclusion of air and / or inert gas conditions.
  • the application is carried out by a prepared digestion solution from a reservoir via a supply line in an adjustable amount is fed to the starting material.
  • the compounds according to the invention for separating / separating the constituents completely penetrate the starting material and, subsequently, the constituents are present in a hydrated state at least at the interfaces.
  • a permeability of the aqueous digestion solution is required.
  • a mechanical and / or physico-chemical disintegration process may be used. While mechanical disintegration processes should preferably take place before or at the time of process step 1, in a preferred process embodiment the physico-chemical disintegration can take place in process step 2a) or 2). Preferred here is a thermal disintegration.
  • Preferred for this purpose is a temperature of preferably 80 ° C. to 150 ° C., more preferably between 90 ° C. and 140 ° C., and more preferably between 99 ° C. and 121 ° C.
  • Preferred is a pressurization, which occurs simultaneously with the heating, it is preferred to use an autoclave for simultaneous heating and pressurization.
  • the digestion solutions used in the process steps 2a), 2b) or 2) are used for the disintegration of the starting material, the use of amino acid and / or peptide solutions for a disintegration is preferred , in a mechanical and / or physicochemical disintegration of the starting material.
  • a solution containing dissolved cationic amino acids and / or derivatives containing at least one guanidino and / or amidino group is preferred for the physico-chemical disintegration of starting material.
  • Particularly preferred is a solution containing arginine and / or arginine derivatives in dissolved form, for thermal disintegration of starting materials.
  • a digestion solution in the at least one compound comprising urea, NH3, triethylamine; ionic or non-ionic surfactants, such as SDS or DMSO, or NaSO 3 or sodium bisulite.
  • a disintegration of starting materials with a solution of dissolved amino acids and / or peptides is particularly preferred.
  • a thermal disintegration is advantageous if the vegetable starting material has a high water content, as in fresh fruits and vegetables.
  • a mechanical disintegration is particularly advantageous if the vegetable starting materials have a low water content and / or are enclosed in sheaths / shells that are impermeable to water.
  • a mechanical method is preferable when first another fraction of the vegetable starting material, such as. As oil, should be removed from this.
  • raw material disintegration by the raw material completely, in parts or mechanically comminuted is placed in a water bath and heating takes place until it is so soft that it by a slight force, z. B. by crushing with the fingers, disintegrates into a mushy or liquid phase.
  • the different structures such as, for example, the mesosperm and the shell, can easily be differentiated from one another and mechanically separated following one of the abovementioned disinterment forms.
  • the heating takes place together with an increase in pressure in an autoclave.
  • vegetable shell materials are removed before and / or after disintegration of the vegetable starting material.
  • the plant starting material is disintegrated by placing it in one of the aqueous solutions according to the invention, comprising an aqueous digestion solution according to the invention.
  • the volume or weight ratio can be chosen freely, but it is advantageous if the vegetable starting material is completely wetted by the digestion solution.
  • the duration of exposure to the digestion solution depends on the plant source materials used. A duration of between 1 minute and 48 hours, more preferably between 10 minutes and 14 hours and more preferably between 20 minutes and 6 hours is preferred.
  • the temperature at which the exposure of the vegetable starting material is carried out with the aqueous digestion solutions is, in principle, freely selectable.
  • a temperature between 5 ° and 140 ° C, more preferably between 10 ° and 120 ° C and more preferably between 15 ° and 90 ° C.
  • a previous and / or simultaneous and / or subsequent treatment of the vegetable starting material with compounds which cause a disintegration or chemical reaction of lignin compounds.
  • Preference is given to the use of sulfite and sulfate compounds. Particularly preferred is sodium bisulfite.
  • Step 2a Methods for Carrying out the Process Step 2a: Adding the vegetable starting material of step 1 with an aqueous solution containing dissolved amino acids and / or peptides for separating / separating the constituents of the starting material.
  • the wetting of the surfaces of the constituents within the preferably biogenic starting material must be ensured.
  • the constituents present in a compacted composite are also wetted and hydrated.
  • the compounds are used to separate / separate constituents of a dry starting material by dosing only the minimum amount of liquid required from the digestion solution which ensures complete saturation of the starting material. This can be checked, for example, by the determination the moisture content, which in a full penetration is preferably> 20% by weight.
  • a moistening for example, visually, z. B. by a change in color or analytically, for example by changing the electrical conductivity can be detected.
  • the metering of a volume of the digestion solution to the starting material takes place, which accomplishes a complete swelling of the starting material.
  • complete swelling can be recognized by the fact that the swollen material can no longer bind more water, recognizable by the fact that a further addition of water leads to no further increase in volume of the swollen homogeneous material and in a centrifugation (2.000g) only minimal free separated liquid phase.
  • a test of whether further water binding is possible can be made by adding a 0.3 molar solution of the amino acid and / or peptide solution in small volume units to a sample of the swollen material whose mass is determined. If a free water phase forms, the swelling process is complete, otherwise the addition of the amino acid and / or peptide solution used to continue the mixture.
  • the volume of aqueous solutions containing dissolved amino acids and / or peptides is in a mass ratio of 0.5: 1 to 10: 1, more preferably between 1: 1 and 8: 1 and more preferably between 1.2: 1 and 4 : 1 added to the starting material.
  • Preferred is a process execution at a temperature between 6 and 90 ° C, more preferably between 10 and 60 ° C and more preferably between 18 and 40 ° C.
  • Suitable containers in which the contacting of this process step is carried out are reaction containers that are open or closed or heated and preferably have a stirring or mixing device, such as a stirred tank, which allows a complete circulation of the mix.
  • the entry of the aqueous digestion solution takes place continuously or discontinuously until a complete saturation is determined in a representative sample.
  • the starting material is distributed on a conveyor belt or a conveyor belt and the dispersed starting material is sprayed with the aqueous solution and thereby impregnated.
  • the duration of the penetration phase naturally depends on the type and nature of the starting material. Preferred is a duration between 5 minutes and 24 hours, more preferably between 10 minutes and 12 hours and more preferably between 20 minutes and 6 hours.
  • a simple test procedure can be used to determine whether a mixture of this process step is suitable for feeding to the next process step.
  • Herzu a representative sample is taken from the mixture and placed in water (25 ° C) in a mass ratio of 1:20 and agitated for 2 minutes at 200 rpm. Subsequently, the entire suspension is filtered (SiebIndia ⁇ ). The sieve residue is examined visually or microscopically for the presence of aggregates of constituents of the biogenic starting material. If no aggregates are present, then sufficient removal / separation of the constituents of the starting material has taken place and the process step has been completed.
  • the impregnation of the starting material with one of the digestion solutions takes place during the application of one of the disintegration processes or directly in the process Connection to this.
  • This process variant is particularly advantageous for starting materials with a high water content, such as raw vegetables, tubers or roots.
  • the impregnation is carried out directly together with compounds that enable / accelerate disintegration of the vegetable starting material. This may be the case even if, for example, the aqueous digestion solution is used for disintegration in a thermal process.
  • a saturation of the plant material with the compounds of the digestion solution takes place.
  • the disintegration and saturation takes place under reduced or overpressure conditions in a container suitable for this purpose.
  • the plant is a pressure of lmbar to 50 bar, more preferably from lOmbar to 10 bar and more preferably from lOOmbar to 5 bar.
  • the impregnation can take place at any temperature. Preference is given to simultaneously heating the starting material in order to accelerate the soaking process. Therefore, it is preferred to carry out the process step at a temperature between 5 and 150 ° C, more preferably between 8 ° and 140 ° C, more preferably between 10 ° and 120 ° C and more preferably between 15 ° and 90 ° C. It is preferable to carry out the process step with simultaneous increase in temperature and underpressure or overpressure.
  • the preferred duration of the process step depends on the permeability and the degree of digestion of a successful disintegration. Preferred is a duration between 10 seconds and 10 days, more preferably between 1 minute and 2 days, more preferably between 10 minutes and 24 hours, even more preferably between 15 minutes and 8 hours and most preferably between 20 minutes and 4 hours.
  • the completeness of disintegration and penetration can be very easily checked by, for example, suspending a 1 ml sample of digested plant material in 1,000 ml of water and stirring with a magnetic stirrer for 10 minutes at a rotation frequency of 300 / min. agitated. If visible after stopping the agitation with the naked eye visible fiber substances with a slow tendency to sedimentation and at the same time in Siebschreibstand the suspension possibly present shell parts or other solid constituents, such as starch granules or fragments of these are present without recognizable adhesions in addition to the isolable cellulose-based fibers , the duration of the disintegration and impregnation phase is sufficient.
  • Methods for Carrying out Method Step 2b) Provision of an Aqueous Distribution Volume and Distribution of the Separated Constituents from Step 2a).
  • the separation / separation mixture of process step 2a) is dissolved in water to fully hydrate the separated soluble constituents, thereby being present in an isolated form and without attaching to other constituents.
  • clarified process water of more consequential process steps can be used or deionized or not further treated city or well water.
  • the determination of the water volume is preferably carried out, by making a dilution series with a sample from the previous process step (eg 10 g of the separation / separation mixture). After a stirring phase of 3 minutes, the filtration (Siebuge ⁇ ) of the suspension. The filter residue is analyzed (visually or microscopically) for deposits / attachments of soluble and water-rinsable compounds. The filtrate is then admixed with a suitable solution of a condensing agent in increasing dosage.
  • a sufficiently large volume of distribution will be present if there are no buildup / attachment to the solid constituent of the feedstock in the filter residue and complete condensation and / or aggregation and / or complexation of the dissolved soluble constituents present in the distribution mixture , he follows.
  • the method of introducing or bringing into contact the separation / separation mixture and the water phase of this process step is arbitrary.
  • the separated fibers contain proteins in relevant amounts. So far, no method has been proposed to make the proteins included in solid solids, such as cellulose-based fibers and lignin-rich fibers, also recoverable.
  • step 2b a distribution is carried out in which the proteins present in the fibers dissolved / hydrated and, if present, soluble carbohydrates are rinsed out into the water distribution phase by means of an intensive mixing process. Therefore, this process step is of particular importance. Further preferred are stirring devices that cause turbulent flow, such as propeller or jet blasters.
  • the distribution process can be carried out continuously or batchwise and at any desired temperature; a temperature range of the aqueous suspension is preferably between 6 ° and 90 ° C., more preferably between 10 ° and 60 ° C. and more preferably between 18 ° and 40 ° C.
  • the duration of the distribution process is arbitrary, preferably a duration of 1 minute to 24 hours, more preferably from 5 minutes to 5 hours and more preferably from 10 minutes to 1 hour.
  • the distribution process is sufficient and complete when it is filtered in a representative sample, which is taken from the distribution mixture and then by a coarse (1mm mesh) and a fine sieve (Siebpurely ⁇ ) and in the filter residue microscopically or visually no visible aggregates of different Constituents of the vegetable starting materials are to be recognized.
  • the successful distribution of the constituents of the starting material can also be recognized by filling a sample of the distribution mixture into a graduated cylinder and, within a short time, separating three phases or, in the case of the presence of lipids, four phases that are easily distinguishable from each other. The required time should not exceed 4 hours.
  • a control and optional adjustment of the pH of the distribution solution is a control and optional adjustment of the pH of the distribution solution.
  • preferred acids are HCL or formic acid
  • preferred bases are NaOH or urea.
  • Preference is given to a pH of the division solution between 6.5 and 13.5, more preferably between 7.0 and 12.5 and more preferably between 7.5 and 11.
  • the volume of water required to carry out the following process steps according to the invention is provided in a suitable container.
  • the starting material to be digested is contacted with a volume of the aqueous digestion solution which simultaneously contains a sufficient concentration of the digestion compounds to ensure separation / separation of the constituents of the starting material according to the invention and, on the other hand, distribution of the dissolved constituents according to the invention Water volume allows.
  • a check as to whether this criterion is fulfilled can be carried out using the method described above and below.
  • the preferred ranges of process parameters in which the method is preferably performed are otherwise identical to those described herein for performing method steps 2a) and 2b).
  • Step 3 Separation of solid solids from the distribution mixture of step 2b or 2 to give a fiber-free aqueous solution of dissolved constituents of the vegetable starting material.
  • a separation of solid solids from the distribution mixture of process step 2b) or 2) takes place in process step 3).
  • This can be done with known methods for solid / liquid separation.
  • filter techniques which are particularly suitable for separating off a high concentration of small fibrous materials at a high throughput volume.
  • screening devices which simultaneously agitate the filter medium and / or the separation mixture, for. B. in the form of vibration or a rapid overflow of a sieve surface includes.
  • a coarse screen preferably has a screen size of 1.0 to 4.0 mm, more preferably 1.1 to 2.5 mm, and more preferably 1.2 to 2.0 mm.
  • a preferred fine sieve has a Siebrace of 80 to 250 ⁇ , more preferably from 90 to 180 ⁇ and more preferably from 100 to 160 ⁇ .
  • a fine sieve preferably has a sieve size of from 5 to 80 ⁇ m, more preferably from 10 to 60 ⁇ m, and more preferably from 15 to 30 ⁇ m.
  • a residual amount of water contained herein can be further reduced, for. B. with a wire presser or screw press.
  • the preferred process conditions according to the invention are fulfilled when the solid constituents obtained in a filter residue are free or nearly free from soluble constituents of the vegetable starting material and can easily be separated in water.
  • the filtered solid constituents are obtained in a very condensed and thus transportable form.
  • a fiber-free or almost completely fiber-free solution is obtained which contains preferably> 98% by weight, more preferably> 99% by weight and most preferably> 99.5% by weight of the mass of proteins originally present in the starting material. Almost completely fiber-free here means> 98% by weight. This can be checked by, for example, a fiber flow meter (FiberLab, Valmet).
  • the term "solid solid” here describes spatial structures that do not pass a filter with a sieve size of ⁇ .
  • the remaining process conditions such as temperature, duration of separation, flow rate, ect, can be freely selected.
  • the filtrate and the screen or press residue of the one or more residue fractions are collected in separate and suitable containers or introduced into this.
  • a condensation and / or aggregation and / or complexing of the dissolved proteins and / or other dissolved organic and / or inorganic compounds of the filtrate of the preceding process step takes place.
  • the aim of this condensation process is to bring about an amalgamation of dissolved or hydrated constituents and in particular of the proteins, with the formation of a condensed phase / mass which can be separated by known separation techniques and recovered with as little water as possible. Preference is given to an addition of one or more suitable condensing agent (s).
  • Suitable condensing agents are, for example, acids, including preferably organic acids, such as, for example, acetic acid, ascorbic acid, citric acid, lactic acid, malic acid, but also inorganic acids, such as phosphoric acid, furthermore salts, such as, for example, NaCl, KCl, MgCl 2, CaCl 2 or NaSO 4, AICl 2, also complexing agents such as EDTA but also adsorbents such as calcium oxide, magnesium oxide, kaolin or other clay minerals. Preference is furthermore given to soluble divalent cations, preferably of aluminum, calcium and magnesium salts. Furthermore, combinations of the condensing agents listed herein are advantageous, such as. As a combination of citric acid and aluminum chloride.
  • carbonates such as Na carbonate, Na bicarbonate or calcium carbonate.
  • silicate compounds especially Na-metasilicate, sodium orthosilicate, as well as other soluble silicates.
  • the pH of the aqueous solutions containing dissolved condensing agents can in principle be chosen freely and depends on the effectiveness of the condensation obtainable herewith. Possibly.
  • a buffer that adjusts the pH of the solution may also be added to a solution of condensing agents.
  • the suitability can be easily recognized by the person skilled in the art by adding and admixing various condensing agents to samples of the fiber-free process solution of process step 3 in increasing concentrations and investigating the completeness of the condensation of the dissolved constituents.
  • the supernatant is a centrifugal separation of the condensates of one or more of the condensing solutions / condensing agents and mixed. If after sedimentation of at least 10 minutes in the case of a new centrifugation no sediment forms and the water phase is clear or almost clear, sufficient condensation of the constituents has taken place.
  • the application of the condensing agent (s) takes place as a solid, preference being given to the use of a powdered form which is added to the reaction mixture.
  • Condensation can be detected after a short residence time with the naked eye.
  • the selection of the appropriate concentration may be made by centrifuging a sample solution having undergone condensation and treating the supernatant again with the same and / or different condensing agents. If this does not allow any visible condensates / aggregates / complexes to form and / or separate off, the solution contains ⁇ 6% by weight, preferably ⁇ 4% by weight and most preferably ⁇ 2% by weight of proteins.
  • the condensing agents are completely dissolved in a water which is preferably ion-free or deionized.
  • concentration of the condensing agent (s) depends on the process conditions and must be determined individually. Generally preferred is a concentration range of 1 mmol to 5 mol / l, more preferably between 100 mmol and 3 mol / l and more preferably between 200 mmol and 2 mol / l.
  • the volume of the solution with one or more condensing agents) or, in the case where condensing agents are provided with different aqueous solutions, takes place continuously or discontinuously, dropwise or in a beamwise manner.
  • an agitation of the reaction mixture preferably the agitation takes place under slightly turbulent or laminar flow conditions, which avoids a disintegration of forming condensates / aggregates / complexes.
  • thorough mixing of the reaction mixture takes place.
  • a process control is carried out by a visual inspection of the condensation progress or a process monitoring by determining the degree of turbidity of the forming clarified water phase.
  • the completeness of the condensation / aggregation / complexing of the dissolved compounds can easily be checked by the method described above and optionally added to the reaction solution of one or more of the condensing agents.
  • the duration of the mixture is in principle freely selectable. In a preferred method embodiment, this takes place only over the duration of the addition of one or more condensing agent (s) or for a duration of between 10 seconds and 5 minutes, more preferably between 20 seconds and 2 minutes.
  • the temperature at which condensation and / or aggregation and / or complexing takes place can in principle be chosen freely. Preferably, a temperature between 6 and 90 ° C, more preferably between 10 and 60 ° C and more preferably between 18 and 40 ° C. Preference is given to the setting of a specific pH range, and the pH optimum results from the selection or combination with the condensing agent. The optimum pH range can be determined by the method described above.
  • the pH of the aqueous solution containing dissolved compounds in which the condensation and / or aggregation and / or complexing of the dissolved proteins and / or other dissolved compounds according to the invention takes place is preferably in a range between 5.5 and 13, more preferably between 6 and 12, and more preferably between 6.5 and 11.
  • the required time of the condensation phase can be determined, preferably between 5 minutes and 10 hours, more preferably between 10 minutes and 5 hours and more preferably between 15 minutes and 2 hours. If the service life is to be reduced to a minimum, the sufficient minimum duration of service life after addition of the condensing agent on the basis of a sample which is centrifuged and in an analogous manner, as described above, the completeness of condensation and / or aggregation and / or complexation that has been achieved by the condensing agent (s) is easily determined.
  • the condensation phase is preferably carried out at ambient temperatures, preferably a temperature range between 15 ° and 40 ° C. In further preferred embodiments, this takes place at a temperature between 5 ° and 15 ° C on the one hand and between 40 ° and 90 ° C on the other.
  • the selection of a lowered temperature may be advantageous, for example, in the recovery of thermolabile compounds.
  • the choice of a high temperature, e.g. 60 ° C may be chosen, for example, to kill germs upon microbial loading of the starting material, e.g. in the form of a pasteurization.
  • heating can also inactivate allergens and certain toxins as well as anti-nutritive compounds.
  • the condensed / aggregated / complexed proteins are made recoverable in the form of a sediment.
  • the outlet of the sediment phase preferably takes place via a bottom outlet and is fed to a further process sequence.
  • Process for carrying out process step 5) separation of the condensed soluble starting vegetable materials of step 4) and obtaining a dehydrated condensate of step 4) and a clarified process water phase.
  • the condensed / aggregated / complexed compounds of process step 4) are dehydrogenated to free, purify, condition, and / or easily transport or formulate bound process water.
  • Dehydrated in this context means that the organic compounds are partially freed from bound water.
  • the sediment obtainable from process step 4) is preferably present as a suspension up to a viscous cream-like mass.
  • Preferred is a dehydration, which takes place by means of filtration process techniques.
  • An order is preferably for a band filter.
  • the preferred filters have a sieve of 50 to 500 ⁇ , more preferably from 80 to 350 ⁇ and more preferably from 100 to 320 ⁇ .
  • filter cloth made of polypropylene or other hydrophobic polymer threads are used.
  • Preferred devices are band filters, chamber filters, filter presses and chamber filter presses, as well as vacuum band filters. Also preferred are centrifugal processes, centrifuges or decanters are particularly suitable.
  • the residual water content of the obtainable dehydrated condensate mass can be selected in a process-specific manner, so that, for example, a flowable or spreadable or dimensionally stable protein mass is obtained.
  • the goal is to achieve as complete a separation as possible of the bound process water.
  • the separation is preferably carried out at> 2,000 g, more preferably> 3,000 g and more preferably> 3,500 g.
  • the residence time in a decanter is> 10 seconds, more preferably> 20 seconds and more preferably> 30 seconds.
  • a pressing process for removing bound process water Preferably, it takes place in a filter device with a water-permeable filter fabric / material.
  • the condensed or already dehydrated mass located, for example, in a filter chamber is subjected to a pressure, whereby the residual moisture content can be reduced to the desired level.
  • temperatures in the range between 5 and 15 ° C, and between 40 and 80 ° C can be selected.
  • one or more cleaning and / or conditioning and / or functionalization processes are / are carried out before, during and / or after a dehydration, which is preferably carried out in a by-pass process method.
  • the condensed or dehydrated mass is applied to a filter belt with a certain layer thickness and with or without a support of another filter, from below or from above, with a liquid and / or a vapor and / or a gas flows through.
  • the re-drying can be done as before or with another drying method.
  • the preferred liquid for this purpose may be water or an organic solvent. Preferred organic solvents are, for example, alcohols.
  • the vapor may be water vapor or the vapor of a solvent.
  • the preferred temperature range is between 40 ° and 250 ° C, more preferably between 50 ° and 180 ° C, and more preferably between 60 ° and 140 ° C.
  • the preferred gas may be, for example, nitrogen or carbon dioxide.
  • the preferred volume flow and the duration of the flow are to be determined individually on the basis of the achieved parameters.
  • a conditioning is carried out by the o.g. Media one or more inorganic or organic compounds are added, which flow with the carrier stream, the condensed / dehydrated mass.
  • the obtainable dehydrated soluble constituents / protein fractions can be directly applied or stored or further processed in the form obtained.
  • Storage which takes place in suitable containers, is preferably carried out under cooled conditions, preferably ⁇ 10 ° C., more preferably ⁇ 8 ° C. and more preferably ⁇ 6 ° C.
  • a complete drying of the obtainable mass takes place. This can be done for example in the form of a granulation under hot air or vacuum, according to known methods. Preference is given to suspending the already dehydrated mass in water or a liquid solution having a solids content of preferably 10 to 40% by weight. The suspension is preferably fed to a spray or freeze-drying. Such methods are known to the person skilled in the art. As a result, powdered mixtures, concentrates or isolates are obtained. Preferably, the majority of these products is a protein. However, other prior art drying processes and techniques may be used.
  • Method for Carrying out Method Step 6) In method step 6), the clarified process water phase of process step 5) is provided and / or purified, as well as the recycled process water phase of process step 6), to obtain a clarified and purified process water phase, which is subsequently used in the process - Preferably, in one or more of the process steps 2a) and / or 2b) or 2) or in a Maustromvonsvon is used as process water again.
  • a process water phase is provided for a by-pass process process which is obtained from the clarified process water phase of the process step 5) and / or a by-pass process steps.
  • suspended solids and possibly still very fine particles are preferably removed from the process water.
  • prior art methods are used for this purpose.
  • Particularly suitable for this purpose are fine and very fine filters from the prior art.
  • a turbidity-free water phase can be obtained.
  • a process water phase of a by-pass process process is taken up in a suitable container.
  • the process water phase of this process step is purified in process step 6).
  • the respective process water phases are purified individually, but it is also possible to combine the different process water phases.
  • electrolytes such as sodium, potassium, calcium, chloride, iron, copper, etc.
  • electrolytes such as sodium, potassium, calcium, chloride, iron, copper, etc.
  • toxins and / or hazardous substances by means of an adsorptive process technology, such as a column chromatography or a passage through an activated carbon bed made.
  • thermolabile compounds such as enzymes, protein compounds, lectins or microorganisms or spores are inactivated and / or denatured by the process water to be purified is heated to preferably> 60 ° C. The exact temperature and duration of heating depend on the type and amount of compounds to be inactivated / denatured.
  • a reduction or removal of one or more condensing agents takes place from the process water phase to be purified.
  • the possible methods which can be used for this purpose are to be aligned in each case for the relevant compound.
  • a titration with an acid or a base the addition of a complexing or neutralizing agent, the implementation of a dialysis process, in particular an electrodialysis or the application of an adsorptive process.
  • inorganic and / or organic compounds are also separated and made obtainable, which under the heading flavorings, odors, bitter substances, dyes, toxins and hazardous substances or organic compounds, as defined under "organic compounds” fall the above-described methods are applicable, in particular methods such as column chromatography, dialysis or the application of a complexing reaction.
  • a clarified and purified process water phase is obtained, which is free or nearly free of: suspended solids, turbidity, toxins, harmful compounds and microorganisms, including spores, and condensing agents and, if necessary, of electrolytes or dyes or organic compounds.
  • ⁇ 3% by weight preferably ⁇ 1.5% by weight and most preferably ⁇ 0.5% by weight of organic compounds, which does not correspond to one of the dissolved amino acids and / or peptides used according to the invention .
  • the preferred clarified and purified process water phase contains dissolved amino acids and / or peptides usable in a new process application. Particularly preferred is an embodiment of the method in which the dissolved amino acids and / or peptides are dissolved cationic amino acids and / or peptides.
  • the clarified and / or clarified and purified process water phases obtainable with the process steps are stored in suitable containers, temporarily stored or directly reused.
  • the clarified and / or clarified and purified process water phase is cooled during the storage period. Cooling is preferably to ⁇ 10 ° C., more preferably to ⁇ 8 ° C. and more preferably to ⁇ 6 ° C.
  • the shelf life of the clarified process water phase is preferably> 7 days, more preferably> 14 days and more preferably> 4 weeks. Durable in this context means the absence of potentially harmful germs or pathogens or toxins in a concentration that is detrimental to health.
  • the clarified and clarified and purified process water phases, which are suitable for reuse, are safe for use in the production of food.
  • the clarified process water phase can be returned to the process in the various process steps via a suitable pump and pipe system.
  • one of the process water phases is reused in the process versions of process step 6).
  • the clarified process water phase of process step 6) is fed to the reaction container / reaction mixture of the by-pass process step 3-1) in the process-specific quantity and temperature.
  • the clarified process water phase reused in a by-pass process is fed without purification to one of the main process steps 2.a), 2.b) or 2) or 3) , This can be done in any mixing ratio with a fresh water phase.
  • the clarified and purified process water phase of process step 6) is supplied to process step 2a) by providing the liquid for dissolving the amino acids and / or peptides according to the invention in a suitable container and mixing with the digestion compounds until the latter are completely solved.
  • the process water phase of the process step 6 can be used to dissolve the amino acids and / or peptides and to distribute separated / separated constituents of the starting materials.
  • the process water phase of the process step 6) is introduced into one of the by-pass process processes. Preference is given to an inlet / supply line to the by-pass process steps 3-I) and / or 4-I).
  • the suitability for reuse in the various process steps can be recognized, for example, by no qualitative and / or quantitative changes in the obtainable products of the process or the by-pass process compared to the use of fresh water phases.
  • product fractions are obtained which can either be used directly for use or are added to one of the by-pass process processes according to the invention for purification or conditioning or functionalization or for altering the composition or attachment / incorporation of compounds.
  • the obtainable product fractions can in principle be used with the same process processes / process steps and with the same production devices as in the main process process.
  • the possible process executions are sub-grouped into the process steps from which the products undergoing treatment are subclassified as the execution step with the suffix "-I”, and process substeps are numbered alphabetically and classified as by-pass process steps.
  • products / products obtained or obtainable from the main process process are advantageously purified / purified and / or conditioned / functionalized / enriched with one or more compounds and / or separated / sorted for further processing or immediate application.
  • the processes are carried out as an option and can be carried out simultaneously or independently of time to the main process procedure and with each other.
  • the following optional method steps can be carried out:
  • the solid solids of process step 3) are preferably complex carbohydrates, cellulose-based fiber and lignin-rich shell fractions.
  • the dehydrated organic mass of process step 4) is preferably dehydrated proteins.
  • process executions can be carried out together in each process step or separately and at different times.
  • the specific process Parameters can easily be adapted by a specialist to the respective product to be treated / formulated.
  • the organic matter is purified, preferably by being enclosed by a filter fabric and preferably being inserted into a bath of a liquid cleaning medium.
  • the cleaning medium is flowed through by the organic mass, which is preferably located in or enclosed by a filter fabric. But a resuspension in the cleaning solution is possible.
  • the preferred cleaning medium is water, further one or more alcohols in any mixing ratio with water.
  • the cleaning medium may contain inorganic and / or organic compounds, preferably in dissolved form, which facilitate the discharge of inorganic and / or organic compounds still present in the bulk.
  • an introduction of inorganic and / or organic compounds which conditions and / or functionalizes the organic composition and / or in which these compounds are combined physico-chemically with the organic material takes place.
  • a multiplicity of advantageous effects on / at the solid solids / organic mass can be brought about / produced in an advantageous manner.
  • surface effects which may be classified as anti-static, hydrophilic, hydrophobic, oleophilic, amphiphilic, electrostatic with a positive and / or negative surface charge, hygroscopic and / or conductive. It is also possible to set up multiple combinations of the aforementioned surface properties.
  • the desired surface property and the selection of the compounds which can be used for this purpose depend on the application of the products conditioned and / or functionalized therewith.
  • the introduction and / or attachment of the inorganic and / or organic compounds to achieve these effects is preferably carried out by dissolving the one or more compounds in a suitable liquid medium and the liquid analogous to the aforementioned methods for the purification of the products with the Products are brought into contact or is penetrated by this.
  • a suitable liquid medium is water, an alcohol or mixtures thereof.
  • Preferred compounds that can be used for conditioning / functionalization include i.a. Amines, e.g. Betaine, furthermore amides, imides, imidazoles, triazoles, melamine, creatine, creatinine, carnitine, furthermore organic acids such as acetic acid, tartaric acid, lactic acid, malic acid, mandelic acid, gluconic acid, nitriloacetic acid, stearic or oleic acid, furthermore fatty acid esters, mono- / diglycerides , Phospholipids, glycolipids, glyceroglycolipids, amino acids (especially arginine, lysine and histidine), mono-, di- or polypeptides, such as the RDG peptide.
  • Amines e.g. Betaine
  • amides imides
  • imidazoles imidazoles
  • triazoles triazoles
  • melamine creatine
  • creatinine carnitine
  • organic acids such as
  • sugar compounds such as dextrose or fructose
  • macromolecular surface functionalizations are possible, such as with polysaccharides, such as polydextrins or starch.
  • cellulose derivatives such as methylcellulose.
  • surface functionalization can also be achieved by incorporation / incorporation of reactive or reaction-promoting compounds into / on the cellulose-based fibers / lignin-rich shell components / compounds of the organic composition, for example with carbonates, such as, for example, Sodium bicarbonate or silicates, such as sodium metasilicate.
  • carbonates such as, for example, Sodium bicarbonate or silicates, such as sodium metasilicate.
  • attachment / incorporation of compounds in the form of micro / nanoemulsions Particularly preferred is the use of nanoemulsions of cationic amino acids or peptides, such as arginine or lysine, with organic acids such as linolenic acid or ascorbic acid.
  • a pretreatment of the surfaces for example to increase the reactivity, can be carried out using methods from the prior art, for example an alcohol, an oxidizing or reducing agent, such as, for example, an acid, a lye or H 2 O 2.
  • the aforementioned wet-technical methods can i.a. also by a vapor phase, in which the aforementioned or other compounds can be present dissolved. If a wet-technical process step has been carried out, one of the aforementioned techniques can be used to discharge the liquid solution phase. Preference is given to a press filtration or a vacuum filtration.
  • a formulation of the products obtained is desired, further processing can take place.
  • a drying of the product phases by an order on a belt-drying device.
  • a suspension may be carried out in a suitable volume of water, and a powdery solid may be obtained by means of a spray-drying apparatus, or a build-up granulation may be carried out
  • the water retention capacity can be determined by methods of the prior art.
  • the water content of a 0.5 g sample is determined and suspended in a 100 ml Erlenmeyer flask in 50 ml of distilled water. After agitation for 1 hour at 20 ° C, the free water phase is removed by placing on a G3 glass frit, together with the glass frit, the sample material is centrifuged at 2,000 g for 15 min. The amount of centrifuged liquid and the sample weight are determined.
  • the water retention value (WRR) is calculated according to the following formula
  • Oil retention may be analogously treated with a liquid lipid phase such as e.g. a paraffinic oil.
  • the types of process according to the invention can in principle be used with all biogenic starting materials.
  • the preferred vegetable starting materials may be in the form of immature, ripened, mature, overripe, aged or even damaged vegetable starting materials. Contaminated or spoiled plant starting materials can also be used for the production of products of the main process processes and by-pass process processes according to the invention, as a result of which the main constituents of the starting material in pure form to be obtained.
  • the vegetable starting material may be in intact form, damaged, crushed, peeled, pressed, ground or otherwise disintegrated.
  • meal or flour are suitable.
  • shot which arise for example after a mechanical extraction of oils, so-called press cake, are suitable.
  • vegetable starting materials which have previously undergone a thermal and / or liquid extraction process, eg. With an alcohol or an organic solvent such as hexane.
  • vegetable starting materials, in which a thermal treatment is carried out are suitable. This also includes plant products which are obtainable from a digestion and / or fermentation process, in particular if they are residues, such as, for example, brewery residues (for example in the form of spent grain or grain flour) or pomace of must production or olive pomace. In addition, residues of cocoa beans.
  • residues of press residues which are found, for example, in the extraction of juices (for example apple, tomato or carrot juice) or pomace, e.g. B. of grapes or apples or extracts, as in the production of jellies or liqueurs (eg., Blackberry jelly, Cassis) incurred.
  • juices for example apple, tomato or carrot juice
  • pomace e.g. B. of grapes or apples or extracts
  • jellies or liqueurs eg., Blackberry jelly, Cassis
  • peel, reveal or gut products of plant starting materials may be used.
  • the vegetable starting materials that can be used for any of the methods of the invention therefore include all plant seeds, such as. Linseed, poppy seeds, chia, amaranth, chilli, tomatoes, anise, berries; Grains such as oilseed rape, camelina, oats, hemp, wheat, buckwheat, rye, barley, corn, sunflowers, greens, jatropha; Cores, z.
  • Beans such as soybeans, field beans, mats beans, mung beans or Kindey beans, peas, lentils, e.g.
  • Vegetables such as cauliflower, broccoli, kohlrabi, celery, zucchini, peppers, artichokes or okra
  • Beet plants such as carrots or sugar beet
  • Fruits such as apples, pears, quinces, bananas, breadfruit, mango, kiwi, passion fruit, melons, passion fruit, figs, pumpkin, pineapple, avocado, olives, mango, chayote, guava, papaya, tamarillo, marmota apple, grape fruit, oranges, Lemons or grapes
  • Berries such as rosehips, gooseberries, blueberries, blackberries, strawberries, elderberries, currants, cranberries, blackberries, mulberries, apples, raspberries, sandorn; furthermore tuberous plants and roots, such as potatoes, beetroot, batata, turmeric, cassava, horseradish, celery, radishes, ginger, arakascha, taro, wasabi, yacon, sals
  • the products produced according to the invention can in principle be used in all areas of life as well as industrial processes and process sequences.
  • the obtainable protein fractions can be used, for example, as foods or as food supplements. Furthermore, they can be used as formulants in food preparations. They are also suitable for animal nutrition.
  • the method can also for Removal of odors and / or flavorings and in particular for debittering of starting materials or constituents of the starting materials are used.
  • Cellulose-based fibers obtained and produced by the process of the present invention are particularly suitable for human nutrition applications.
  • it is suitable as a dietary food additive for a calorie-reduced food preparation.
  • cellulose-based fibers are suitable for dietary weight reduction.
  • soluble carbohydrates such as pectins or starch
  • Cellulose-based fibers are suitable for regulating intestinal activity and altering / softening stool consistency. Further, they can be used as a dietary anti-oxidant.
  • Cellulose-based fibers can also be used in animals for stool regulation and dietary weight reduction.
  • cellulose-based fibers are suitable for the thickening and stabilization of liquid or flowable foods and food preparations.
  • Cellulose-based fibers increase the water-binding and retention capacity of food preparations.
  • cellulose-based fibers are also suitable for keeping the water content in foods or food preparations longer or keeping them fresh and reducing the risk of dehydration.
  • cellulose-based fibers can be used to introduce and / or stabilize substances / compounds or microorganisms in foods or food preparations. This makes it possible, for example, to stabilize / distribute labile compounds, such as vitamins or antioxidants, in foods or preparations.
  • this microorganisms can be introduced into foods that exhibit increased metabolic activity, such as yeasts or lactic acid-splitting bacteria.
  • Cellulose-based fibers prepared according to the invention are particularly suitable for the preparation of lotions / creams / ointments or pastes for applications on skin or mucous membranes. In doing so, they enable improved water retention on the surface of the skin and mucous membranes as well as improved emulsifiability of hydrophilic and lipophilic compounds as well as the incorporation of compounds such as antioxidants or sunscreen compounds and lead to improved smoothness of the skin and mucous membrane areas.
  • cellulose-based fibers are very well suited as release agents for food products / food, which are cooked at high temperatures with direct or indirect heat, such as fried, baked, fried Grilloder Frittiergüter.
  • cellulose-based fibers are applicable as release agents or as a substitute for Pana- / breadcrumbs, for example in preparations of meat or fish and meat or fish products, potato or dough preparations.
  • cellulose-based fibers are suitable for formulating or preserving other nutrients or nutritional components. This is the case in particular in the production of protein products, such as protein concentrates or isolates.
  • cellulose-based fibers are suitable for effecting a long-lasting moisture sensation on mucous membranes. Therefore cellu- Loose-based fibers particularly suitable for treating a dry oral mucosa.
  • cellulose-based fibers are suitable for reducing odors, in particular they are applicable for the reduction or prevention of bad breath.
  • lignin-rich shell portions are useful for adsorption and / or storage / transport of lipid phases. Furthermore, their use is preferred for improving the water-binding capacity of soils, in particular of cultivated soils. Further, they are useful for formulating pet food products.
  • lignin-rich shell fractions are obtained which, owing to the high water binding capacity and the natural degradability and biocompatibility, can be used to improve soil quality, in particular in the field of crop cultivation. But they can also be used for oil intake / separation due to their large ⁇ litatis- and absorption capacity.
  • the obtainable complex carbohydrates are preferably ground to food raw materials in the form of a flour or cornstarch. As such, they are suitable for the production of food preparations for humans and animals. These flours are also free of off-flavors.
  • the process according to the invention makes it possible to prepare protein fractions which are obtained from a very wide variety of starting materials in an odorless and taste-neutral form and can be prepared as a concentrate or isolate, in liquid to dry and powdered consistency. Therefore, the obtainable protein products can be used in all areas of life, in particular for the nutrition of humans and animals. Furthermore, combination products can be produced with improved product properties with regard to the production and formulation of foods or food preparations.
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation of FIG. 1:
  • Example of a process with recycling of process water phases The process steps of process step I are carried out for the treatment of the main stream and the process step II for the treatment of / the secondary streams.
  • the starting material is filled from the reservoir VI in the reaction container Rl.
  • a water phase in which amino acids and / or peptides are present dissolved (A / P solution), added to the reaction container Rl and mixed with the starting material.
  • a water phase from the reservoir V3 is filled into the reaction container R 1 and made a mixture of the reaction mixture.
  • step 3 a separation of solid solids with a phase separation device takes place, the solid solids obtainable are fed to the reaction container R 3 and the liquid phase to the reaction container R 2.
  • step 4 an aqueous solution containing aggregating agent is fed to the reaction container R2 and the phases are mixed.
  • step 5 a separation and dehydrogenation of the condensed soluble compounds takes place with a phase separation device.
  • the obtainable phase with dehydrated soluble compounds is filled into the product container PI.
  • the separated clarified process water phase is directed to the storage tank V5 or V5a.
  • step 6 1. Forwarding the clarified process water phase (PWP) from V5a to the reactor container R3, by in step 3-1.
  • a is a mixture with the solid solids separated in step 3).
  • b The separated solids are filled into the product container P2.
  • step 3-1 The eluate / filtrate of this step becomes in step 3-1.
  • the PWPs are routed together or separately to the storage tank V5b.
  • the crude protein content of the samples was determined according to LMBG ⁇ 3 5 L 03.00-27 via the determination of nitrogen by the Dumas method. To convert the nitrogen content into the crude protein content of the samples, the factor 6.25 was used. The determination of nitrogen was carried out with the Leco system FP-528.
  • the fat content of the samples was determined according to Caviezel ® with the DGF standard method Kl 2c (00). The fat content was carried out with a Buchi B-815 extraction unit and a Buchi B-820 fat estimator.
  • the proportion of free fatty acids in the lipid phase was determined by methanolic KOH titration. Values in% by weight (g / 100g).
  • the pH was determined with a glass capillary electrode (Blue-Line, ProLab 2000, Sl-Analytics, Germany).
  • the concentration of benzo-a-pyrene was carried out according to the DGF method III 17a.
  • Droplet or particle size determinations were made by non-invasive laser light backscatter analysis (DLS) (Zetasizer Nano S, Malvern, UK). For this purpose, 2 ml of a liquid to be analyzed were filled into a measuring cuvette and inserted into the measuring cell. The analysis on particles or phase boundary droplets is automatic. It is covered a measuring range of 0.3 nm to 10 ⁇ .
  • DLS non-invasive laser light backscatter analysis
  • a quantification of the turbidity (turbidimetry) of the water phases (aqueous emulsions) was also carried out by means of a scattered light detection, in which the re-entry of a scattered beam at 90 ° with a measuring probe was immersed in a sample volume of 10 ml (InPro 8200- measuring sensor, M800 -1 transmitter, Mettler Toledo, Germany). The measuring range is 5 to 4000 FTU. There were always duplicate determinations per sample.
  • the water binding capacity (WBC) of the protein products was determined at room temperature. The implementation of the method was based essentially on the AACC method 56-20.
  • the fat binding capacity of the protein products was determined at room temperature. 3 g were dispersed in a graduated 25 ml centrifuge tube in 20 ml of oil (commercial corn oil). Subsequently, it was centrifuged at 700 * g for 15 min. The volume of unbound oil was determined. The oil binding capacity is given in ml of oil / g protein.
  • the C.V. Morr. Weighed 1 g of sample into a 100 ml beaker. With stirring, 40 ml of a 0.1 mol / l sodium chloride solution with defoamer was added. The pH was adjusted to the desired value with 0.1 mol / l hydrochloric acid or 0.1 mol / l sodium hydroxide solution. The batch was transferred to a 50 ml volumetric flask and made up to the defined volume with 0.1 mol / l sodium chloride solution. From the solution, 20 ml were pipetted into a centrifuge tube and centrifuged for 15 min at 20,000 * g. The resulting supernatant was filtered through a Whatman No. 1 filter. In the filtered supernatant, the nitrogen was determined according to Dumas (system Leco FP 521).
  • Emulsifying activity index [EAI] according to Pearce and Kinessla (PEARCE, K.N., and KINSELLA, J.E .: Emulsifying properties of protein: Evaluation of a turbidimetric technique J. Agric., Food Chem., 26, 716-723 (1978))
  • aqueous solutions were prepared and used: 1) deionized water, 2) 0.1 molar sodium hydroxide solution, 3) SDS 3% by weight, 4) arginine 300 mmol / l, 5) lysine 300 mmol / l, 6) histidine 300 mmol / l .
  • Soya cake proteins 38% by weight, carbohydrates 26% by weight, fibers 21% by weight , Oil 11% by weight, other 4% by weight
  • Rapeseed cake proteins 35% by weight, carbohydrates 21% by weight, fibers 30% by weight, oil 9% by weight, other 5% by weight
  • Jatropha presscake proteins 32% by weight, carbohydrates 22% by weight, fibers 25% by weight, oil 13% by weight, other 8% by weight
  • Oatmeal (HM) proteins 40% by weight, carbohydrates 30% by weight, fibers 18% by weight, oil 8% by weight, other 4% by weight
  • Lentil flour proteins 33% by weight, carbohydrates 33% by weight, fibers 25% by weight, oil 6% by weight, other 3% by weight.
  • eluate 1 From the eluate (eluate 1), a 10 ml sample was taken to determine the nitrogen content. The sieve residue was freed from tied water in a chamber filter press and the residual moisture content was determined. Then the press residue was suspended in a 0.5 molar NaOH solution and mixed for 1 hour. The suspension was again passed through the vibrating screen and dried the filter residue with a chamber filter press. In the obtained eluates (eluate 2), the content of nitrogen-containing compounds was analyzed and the relative proportion to the amount of nitrogen-containing compounds contained in the eluate 1 was calculated. Furthermore, the mass ratio between the protein content determined in eluate 1 at the individual examination times and the protein content determined in eluate 1 at which maximum swelling (ZP Qmax) was determined.
  • ZP Qmax maximum swelling
  • Eluate 1 of the various starting products was used to obtain a protein fraction.
  • the following solutions were added dropwise to 10 ml each of the eluate 1: 1) citric acid, 2) lactic acid, 3) aluminum chloride, 4) calcium chloride, in each case as a 10% strength by weight solution.
  • the contents of the container were easily agitated.
  • an investigation was carried out before further metering on the completeness of the condensability of dissolved organic compounds.
  • a sample (2 ml) was taken from the reaction mixture and centrifuged. To the supernatant was added a small amount (50 ⁇ ) of the condensing agent and mixed therewith.
  • the protein content in eluate 1 to ZP Qmax was significantly higher if digestion of the starting materials with one of the solutions a) -c) (58 to 82% by weight), than after digestion with the solutions d ) - f) (49 to 56% by weight).
  • digestion of the sieve residue with a liquor were in the material, which had been obtained after digestion with the solutions a) to c), practically released no more proteins, while in sieve residue of the digestion mixture by approach with the solutions d) to f) between 8 and 22% by weight of proteins.
  • the pH of the clarified water phases of the eluates obtained after digestion with solutions a) to c) ranged between 6.8 and 7.5.
  • the pH range was between 3.8 and 5.2, after the addition of condensing solutions 1 to 3, in which condensation occurred, to the eluates prepared with digestion solutions d) to f) ,
  • Non-pelleted sunflower seedcake (SPC) and a soybean meal (SS) were used in the investigations, with proportions of the main components of: proteins 36% by weight, carbohydrates 27% by weight, fibers 23% by weight, oil 9% by weight, others 5% by weight or proteins 42% by weight, carbohydrates 25% by weight, fibers 21% by weight, oil 10% by weight, other 2% by weight.
  • the least time for complete digestion in the presence of the largest swelling volume was given by SPK by digestion solution c), a time of 7 minutes and a volume ratio of the digestion solution to the SPK of 2.5: 1 and SM by solution d) for a period of time of 8 minutes and a volume ratio of the digestion solution to the SPK of 3: 1.
  • 5 kg of SPK and SM were digested with the abovementioned solutions and concentrations of the digestion compounds and the adjustment parameters at 25 ° C. in a container which permitted continuous mixing.
  • the successful digestion was tested by the experiment described in Example 2, by shaking 50g of the digestion mass in 1000ml of water were distributed and then passed through a vibrating sieve with a sieve size of ⁇ .
  • the digestion was complete when there were no aggregates of solid solids in the filter residue.
  • the water volume addition ratio for the distribution phase was determined by preparing a dilution series in which water was added in increasing proportion to 50 g of the digestion mixture and after a vigorous shaking in a 2-stage filtration with a sieve size of ⁇ and ⁇ of the mixture , The water volume ratio was selected in which, on a supervision-microscopic examination, no adhesion of organic material to the solid filter residue fractions could be recognized and no recognizable coating on the ⁇ sieve was to be recognized.
  • the total amount of water added to distribute the ingredients was set at SPK to a dry matter ratio of 8: 1 and SS to 12: 1.
  • 10% of the determined water volume was added to the digestion mixture to make the mushy mass flowable and pumpable.
  • An introduction was made to a pipe system connected to an on-line rotor-stator shear mixer (LDF, Fluko, Germany). Connected to the line system was an inlet for water from a storage tank, the supply and metering of the volume flows was carried out in each case by a progressing cavity pump, so that an adjustable ratio was fed to the mixer.
  • the phases were mixed at a rotation speed of 2,500 rpm and a volume flow rate of 2 l / min.
  • the distribution solution was placed in a container with a conical bottom by further distribution with a laminar mixer.
  • the condensing agent solution or combination, in which the least additional volume, a complete condensation of the dissolved organic Compounds were possible was selected for the further experiment: for SPK 33% citric acid solution in a volume ratio of 2% by volume, and 20% by weight CaCl 2 solution in a volume ratio of 3.5% by volume; SS 15% lactic acid solution in a volume ratio of 4% by volume and a 20% by weight MgCl 2 solution in a volume ratio of 4% by volume.
  • the mixture was in each case by a Rilloneitrag followed by a life of 60 minutes.
  • the contents of the container were pumped to a decanter (Baby 1, Piralisi, Germany) at a delivery rate of 2001 / h and a centrifugal acceleration of 3,000g.
  • a dimensionally stable mass was obtained in which the content of water, proteins and carbohydrates was determined.
  • the clarified process water phase (PWP1) was sent to catch tank 1.
  • One liter of the clarified water phase was evaporated and the dry matter of the residue was determined.
  • the determination of the protein content in dry residue was obtained.
  • the sieve residues were dewatered by means of a chamber filter press and the water phase obtained was filled into catch tank 1.
  • the experiments were repeated twice, the addition of water for the distribution phase being carried out from the respective collecting tank which contained the clarified process water phase of the previous experimental procedure.
  • the SPK and the SS could be broken down into their main components based on the process parameters determined, so that the soluble constituents could be separated without residue from the solid solids.
  • a residue in ⁇ sieve which shows no adhesions of soluble organic components were microscopically indistinct limited to not distinguishable particles or a continuous coating on the ⁇ sieve visible. If there were no attachments of soluble organic compounds to the solid solid residues that were present in the sieve sieve, could be seen more, no detectable residue on the ⁇ sieve ago. With the residue-free organic attachments, voluminous cotton-like fabric structures were usually present in the back of the sieve.
  • the exclusion procedures allowed fiber-free protein solutions to be obtained which achieved complete condensation and separation of the proteins.
  • the protein content was between 62 and 81% by weight.
  • Mechanical extraction allowed dehydration of the resulting pulpy protein masses to be achieved.
  • the proportion of water was reduced from 150 to 280% by weight to 50 to 80% by weight, so that the compatible protein fractions had a dimensionally stable consistency.
  • WRR values between 51 and 75% for the resulting dehydrated proteins, which could be very well resupendieren in a water phase, determined.
  • none of the samples had a typical taste, the preparations were complete or almost tasteless. Also, no bitter substances were noticeable and there was no astringent effect. All dehydrated protein preparations dissolved quickly in the mouth, leaving a pleasant mouthfeel.
  • the filter residues were analyzed by light microscopy according to the evaluation criteria of Example 1 and an analysis of the size distribution of the particles was carried out by means of differential sieving (Analysette 3, Fritsch, Germany).
  • the Siebrückstand of 500 ⁇ sieve (SR 1) was placed on a sieve and dried in a convection oven at 70 ° C.
  • a sample of the filter residue of the fine sieve 150 ⁇ / $ 2 ⁇ ⁇ ⁇ also dried and stored the rest cooled.
  • the dried SR 1 was re-analyzed for size distribution of the particles. Thereafter, the dried residues were ground to a mean grain size of 150 to 250 ⁇ and then used for baking experiments.
  • each of the flour was mixed with 35 ml of water 2 g baker's yeast and 0.2 g of salt and stored for 1 hour and then baked.
  • the volumes of the bakery samples after the initial preparation and after the resting phase were determined.
  • baking samples were prepared with commercial flours of the starting materials and with a flour obtained from the respective starting materials to obtain a comparable grinding result and using the same preparation conditions.
  • the baking results were evaluated sensory by 4 experts with regard to the volume and the air chamber distribution of the dough (s), the taste and the mouthfeel.
  • the drying had led to a reduction in particle size by 140 to 250%.
  • the dried material was easy to grind into a gries-like granules and to a grind fine flour.
  • the flour had a carbohydrate content of> 95%.
  • the proportion of nitrogen-containing compounds was ⁇ 1%, the proportion of fibers was ⁇ 0.5% by weight.
  • the volume of the baking samples made with the flours produced from the pulping process versus the flour made from the starting material was between 150 and 220% by volume when pasting and between 270 and 310% by volume after baking Compared to comparative products when pasting by 60 to 110vol% and after baking by 120 to 180 vol% greater.
  • the air chamber distribution of the baking samples prepared with flour from the digestion process was finer compared to a preparation with a comparative preparation and was much finer dispersed than when made with a flour of the starting material.
  • the sensory evaluation revealed a very good taste and mouthfeel for baking samples made with a flour of the complex carbohydrates obtainable by the digestion which were comparable or better to a baking sample made with a comparator.
  • the bakery samples made with a flour of the starting materials had a negative rating of taste and mouthfeel.
  • the upper course of both separation processes was freed of suspended particles by a vibrating sieve with a sieving distance of 200 ⁇ m, to obtain the sieve residue 1 (SR 1).
  • the underflow was separated by a 200 ⁇ vibrating screen of the free water phase and small particles, to obtain the screen residue 2 (SR 2).
  • the masses of the lignin-rich shells (SR2) as well as a sample of the cellulose-based fibers of the (SRI) were spread on a fine screen and dried by means of warm air. The remainder of the cellulosic-based fiber was chilled to carry out further studies after squeezing the bound water. Samples were then taken for microscopic and chemical analysis. The dried SR2 was singulated by rolling.
  • the filter residue containing the solid solids obtained after the digestion process, could easily be resuspended and hydrated when redistributed in water, which was evidenced by rapid spontaneous separation of the lignin-rich shell portions from the cellulose -based fibers, which sedimented rapidly, while the cellulose-based fibers had only a low sedimentation rate.
  • a selectivity between cellulose-based fibers and liginin-rich shell fractions of approx. 80% for the top run fraction and approx. 70% for the underflow fraction could be estimated in the first separation. After the 2nd separation of the individual solid phases, the separation result for both fractions was> 95% in each case.
  • the water binding capacity of the dried lignin-rich shells was between 250 and 300% by weight and the oil binding capacity between 280 and 320% by weight.
  • values of the water-binding capacity of 290 to 340% by weight and for the oil-binding capacity of 220 to 310% by weight were determined.
  • the chemical analysis of the lignin-rich shell constituents revealed a ligand content of between 52 and 73% by weight.
  • Soybeans (SB) proteins 35% by weight, carbohydrates 19% by weight, fibers 25% by weight, oil 18% by weight, other 3% by weight -%
  • Kidney beans (KB) proteins 38% by weight, carbohydrates 20% by weight, fibers 32% by weight, oil 8% by weight, other 2% by weight
  • Hazelnuts (HK) proteins 29% by weight, carbohydrates 22% by weight, fibers 28% by weight, oil 18% by weight, other 3% by weight
  • Peas (E) proteins 40% by weight, carbohydrates 32% by weight, fibers 22% by weight, oil 4% by weight, other 2% by weight
  • Lentils (L) proteins 33% by weight, carbohydrates 33% by weight, fibers 25% by weight, oil 6% by weight, other 3% by weight.
  • Aqueous digestion solutions were prepared with the following compounds which were completely dissolved in the water: 1) arginine 0.3 mol / L + glutamic acid 0.1 mol / L; 2) Lysine 0.3 mol / L + histidine 0.2 mol / L.
  • the starting materials SB, KB and HK were each placed in a digestion solution in a weight ratio of 1: 2 in a container and in this in an autoclave at a temperature of 120 ° C and a pressure of 1 bar over 4 to Treated for 10 minutes.
  • test series B the starting materials E and L were each added to a digestion solution in a weight ratio of 1: 3, and the process mixture was heated to 80 ° C. with thorough mixing for 20 minutes.
  • Example 3 The separated amount of solids was freed from bound water by a screw presser and a sample for a microscopic analysis according to Example 1, based on a Siebrückstandes after resuspension in water taken, taken; The remaining solid was separated according to Example 6 in the separable solids fractions, wherein the present at the end of the main process phase clarified process water phase for resuspension of the solid mixture were used.
  • a sample of the starting material was analyzed by the method in Example 2 (test for a reaching volume, to produce a complete swelling), the volume to complete swelling with the digestion solution made.
  • the starting materials were placed in a mixing drum, the contents of which were sprayed from a reservoir of the digestion solution. The degree of soaking was evaluated every 2 minutes on the basis of a sample which was diced and the degree of penetration of the aqueous medium was recognizable by the change of the visual appearance.
  • the addition of the digestion solution was stopped. After 4 hours in each case a sample was taken from the mixtures and determined according to the method described in Example 3, the required water distribution volume.
  • the digestion mixture was treated in the determined volume with the process water phase 2, which had been obtained in the by-pass process of Example 6, and mixed intensively as in Example 7 for 10 minutes. Subsequently, the solid solids were separated using a 3-stage sieving method (500 ⁇ , 150 ⁇ , ⁇ ) by means of a vibrating sieve and dewatered in a chamber filter press. The filtrate was examined for the presence of particles> 3 ⁇ .
  • the filtrate was divided for the further course according to procedures 1 and 2 (VI, or V2), which differed in that after a standing period of 30 minutes, the condensing agent selected according to Example 3 (Examination of the solubility of condensables) the required volume addition amount was stirred after the presence of a temperature of the solution of 30 ° C (VI) or the presence of a solution temperature of 60 ° C (V2). After a mixture, a stagnant phase of 60 minutes was observed in which no further heating of the mixtures took place and these cooled. The upper part of the clarified water phase was completely drained into a separating funnel. In these a further restriction of a floating lipid phase took place. The lower portion of the reaction mixture containing the condensate phase was dehydrated with a decanter (MD80, Lemitic, Germany). Samples were taken for analysis from the protein fractions obtained.
  • a decanter MD80, Lemitic, Germany
  • the resulting dehydrated cream-colored protein masses had, based on the dry matter, the following constituents: SS: protein content 88% by weight, carbohydrates 11% by weight, other 1% by weight; EM: protein content 86% by weight, carbohydrates 22% by weight, other 2% by weight; HK: proteins 79% by weight, carbohydrates 20% by weight, other 1% by weight.
  • the proportion of neutral fats was ⁇ 1% by weight for all samples.
  • the process water phases were subjected to purification in 3 different purification arrangements whose main function can be classified as A) removal of toxic / hazardous substances, B) removal of organic compounds, C) sterilization / preservation of the PW phases.
  • a reaction container which had the following features: A ⁇ a conical bottom outlet for receiving filter media, such as activated carbon or silica gels, located between 2 fine sieves, a stirring device, measuring instruments, for measuring, for example, pH and temperature, different filling devices , some of them connected to titration devices.
  • the reaction container is made of stainless steel, can be heated or cooled and complies with the ATEX protection regulations.
  • the reaction vessel is equipped with a stirring device, measuring instruments, for measuring, for example, pH, temperature, ion concentrations, conductivity and has different filling devices, the z.T. connected to titration devices.
  • the reaction container is made of stainless steel and can be heated or cooled. It has a floor drain which is optionally connected with a filtration unit for ultra-fine filtration / ultrafiltration (FFE / UFE) or with a separator (S) or decanter (D).
  • FFE / UFE ultra-fine filtration / ultrafiltration
  • S separator
  • D decanter
  • C The reaction container is equipped with a stirring device, measuring instruments, for measuring, for example, pH and temperature, different filling devices, the z.T. connected to titration devices.
  • the reaction container is made of stainless steel, can be heated or cooled and pressurized (DB). It can be connected to either a pipe irradiation unit (RBE) or an ultrafiltration unit (UFE).
  • RBE pipe
  • Example 7 / SB / 2 / PWP2 A) Initiation of ethanol / titration NH 4 to pH 13 / mixing lh / discharge via VDE; C) Titration with HCl to pH 8 / removal via UFE in V5b.
  • the levels in the PWP NSP were higher by 8 to 18% by weight.
  • the contents of the condensing agents used in the PWP NSP were 25 to 45 wt% lower than in the PWP HS.
  • Purification step A) resulted in a reduction of toxins contained in the PWP, such as phorbol esters Ula) and U2a) of 89 and 92%, as well as lectins in Ulb) and U2c) of 95 and 100% or phytate in U2C 98% and other hazardous substances such as insecticides or fungicides are removed or inactivated> 90% from the process water phases.
  • process step 1) 100 kg rapeseed press residue obtained by a screw press to separate the oil fraction was used, containing the following basic components: protein 45%, carbohydrates 32%, 12% fiber, 8% shells, 2% fats and in a reactor container (Rl) given.
  • a reactor container Rl
  • the filter residues discharged with the various filters were combined and Dehydrated in a chamber filter press.
  • the press liquid was fed to the reaction container R2.
  • the pressed filter residue was filled in the reaction container R3 in the bypass process step 3-la and mixed in the first process run with city water in a ratio of 10: 1 to complete suspension. In subsequent processes, an injection of this volume of water takes place from the storage tank V5a.
  • the suspension was passed in the by-pass process step 3-1 b through a vibrating sieve (sieve dimensions 500) and the resulting suspension was then pumped in the secondary flow process step 3-lc in a hydrocyclone (Akavortex, AKW, Germany) at a pressure of 1.5 bar. The differential pressure was 1 bar.
  • the underflow and the upper reaches phases are each a 2-fold vibrating screen (125 ⁇ and 20 ⁇ or 200 and 20 ⁇ ) abandoned.
  • the two filtrates (PWP 2) are combined and fed into the storage tank V5b.
  • the filter residues are subjected separately to a chamber filter press and then filled into the product containers P2 to P4.
  • the filtrate of the filter press was also introduced into the storage tank V5b).
  • process step 4 the aqueous solution of condensing agents (citric acid 30% by weight) was introduced through a metering unit into the reaction container R2 and mixed in by means of a stirring device. Process progress is monitored visually and by continuous pH metry. It should not fall below a pH of the reaction mixture of 6.6. After a residence time of 1 hour, a sedimentation of organic condensates was completed and the suspension was fed in process step 5 through the conical bottom outlet of the reaction container to a decanter (Pirallisi, Baby 11/2800 g). The condensed and dehydrated protein mass was filled into the product container PI. The separated process liquid was led into the storage tank 5a.
  • condensing agents citric acid 30% by weight
  • the process water phase 2 obtained from the by-pass process in the storage tank V5b was passed to the reaction container R4, which in this application had the equipment feature B) according to Example 9. After discharge, the purified process water was sent to storage tank V5c and stored until reuse.
  • the digestion mixture from reactor 1 was treated as described, with the process control being changed as follows for the purpose of reusing the process liquids:
  • the water required to dissolve the admitted digestion compounds was taken from the storage tank V5c to the storage tank V2 forwarded.
  • the process water contained in the storage tank V5b is directed into the storage tank V3 and, if necessary, is filled with city water up to the required distribution volume for the process step to be carried out.
  • an introduction of the process water phase which is stored in the storage tank V5a, to the reaction container R3 in the secondary flow process step 3- la.
  • the protein fractions of consecutive process runs contained in the product container PI were examined for composition and dry matter.
  • the solids fractions which were present in the product containers 2 to 4 were examined microscopically (according to Example 1) over the further course.
  • the protein mass of the product container PI was diluted 1: 1 with tap water and pumped into a vacuum spray dryer. A pale yellowish powder was obtained.
  • the tray fraction of the product container P3 was dewatered with a decanter and then dried with a belt dryer. The fiber fractions of the product container P2 were placed on a belt dryer and dried. Results:
  • the fractions obtained were not different in their nature and compositions in the course of the investigations.
  • the protein fraction had a protein content of 68% by weight (first separation) and 67% by weight (9th and last separation).
  • the residual moisture and the dry weight of the protein fraction did not change during the course of the subsequent extraction. Neither the shells nor the fibers showed any attachment of proteins or carbohydrates.
  • Example 8 / SS / P1 NSV 4-la: Passage of a 30% by weight ethanol solution
  • the products were in a filter chamber during the treatment (2.) - 5.)) or were distributed or mixed in a reaction container (1) or 6.)).
  • the final processing was carried out by application to a belt dryer (2.), 3.), 4.), 6.)) 3.) was first dewatered with a press. In 1.), the free water phase was drained through a sieve and the wet mass used to formulate a protein powder (P3) and a pet food granulate (P4). At 6.) was spray-dried.
  • Example number / starting material / product / digestion solution were used for the investigations: 1.) Example 2 / SPK / Pl / a; 2) Example 2 / HM / Pl / b; 3) Ex. 2 / LM / Pl / c; 4.) Example 2 / SPK / Pl / e; 5.) Example 2 / HM / Pl / f; 6.) Example 2 / LM / Pl / d; 7.) commercial soy protein concentrate, 8.) commercial milk protein concentrate. As reference (ref.) Fresh egg white egg white was used.
  • the protein preparations were suspended in tap water so that 10% by weight (in terms of dry matter) suspensions were obtained. After 6 hours, the foaming capacity (SBK) and the foam stability (SSt) of the protein solutions were investigated (pH 7), which were beaten for 10 minutes at 20 ° C with an electric stirrer. The relative volume increase of the generated foam in relation to the starting volume was determined. For the determination of the foam stability, the ratio of the foam volume was calculated after 60 minutes to that after the foam production. The strength of the foams was determined by the penetration rate (Pen) of a measuring body for the penetration of a distance of 4 cm.
  • Pen penetration rate
  • 5% by weight protein solutions (pH 7) of refined soybean oil were mixed (Ultrathurrax, Germany, 10 000 lpm over 20 seconds) and for 4 days at 20 ° C. (LS20 °) and 30 ° C. (LS 30 °). stored. Subsequently, the liquid phase was discharged through a sieve and calculated the ratio between the amount by weight and the initial weight of the emulsion.
  • Surface hydrophobicity (HI) of the air-dried proteins was assayed with 1-anilinonaphthalene-8-sulphonate (ANS, Sigma, Germany) reagent according to the method of Kato & Nakai (1983).
  • the ANS binding using phosphate buffer (pH 7) with different concentrations was determined by fluorescence spectroscopy (Perkin Elmer LS-50, Germany). As a reference value, the slope slope of the fluorescence graph was used in the determination of dried egg white egg white.
  • the water binding capacity (WBK) was determined by the hydrated proteins with a filter (SiebIndia ⁇ ) were freed of free water in a vacuum suction filter and weighed the no longer flowable residue and dried in a drying oven and then the dry weight was determined. The water binding capacity was calculated from the weight difference in relation to the dry weight.
  • the determination of fat binding ability (FBK) was used in powdered form for dried protein preparations.
  • the protein products (1-6) prepared according to the invention had excellent emulsifying properties, which were characterized by a high foaming capacity and foam stabilizing stability, which corresponded to the reference product (HE) and was considerably better than those obtained with protein fractions obtained with a non-inventive digestion process These properties were also significantly better than those that could be achieved with prior art protein concentrates. This was also manifested in a greater cohesiveness of such protein foams, as can be seen, in a significantly lower penetrability of these foams, which was significantly lower than that of the foams prepared with the protein preparations of the prior art.
  • the respective filtrate was divided into 3 fractions to which the following solutions with condensing agents were admixed (dose determination and method according to Example 3): 1. Citric acid in a concentration of 10% by weight in a volume ratio of 5 to 10%, 2) lactic acid with a concentration of 15% by weight in a volume ratio of 8 to 12% and CaCl 2 (10% by weight) were admixed. After a standing time of 2 hours, a separation was carried out with a decanter (MD80, Lemitec, Germany). The resulting mass was mixed with tap water in a volume ratio of 1: 1 and then dehydrated with the decanter. Samples for analysis (TM, protein content) were taken from the semi-solid protein mass obtained.
  • TM protein content
  • a suspension of the protein masses was prepared with tap water, so that the protein concentration was 10% by weight.
  • samples were subjected to spray drying.
  • the investigations were also carried out with 2 commercially available protein concentrates (protein contents about 60 and 80% by weight) of soy (SP1 and SP2) and milk (MP1 and MP2) and (as a reference to the emulsifying capacity) chicken egg protein (HE) corresponding suspensions made therewith.
  • the suspensions were examined for emulsifying properties and the emulsifying activity index [EAI] was determined according to Pearce and Kinessla (for execution see examination methods).
  • the water solubility (WL) was investigated by agitating 10 g of a powder in 100 ml of deionized water with a magnetic stirrer at 400 rpm in a beaker and removing a 2 ml aliquot of the medium every 60 seconds, where a particle size determination with a laser Stray light analyzer (Zetasizer, Malvern, Germany) was performed. A complete solution was then considered to have been achieved if ⁇ 10% of the particles analyzed were ⁇ . The time to reach complete solubility was determined (WL / sec).
  • the water retention value was determined by suspending 0.5 g of the protein powder in a 100 ml Erlenmeyer flask in 50 ml of distilled water and agitating for 1 hour at 20 ° C. The free water phase was removed by loading onto a G3 glass frit, along with the glass frit, the sample material was centrifuged at 2,000 g for 15 min. The amount of centrifuged liquid and the sample weight are determined.
  • the WRR is calculated according to the Method part specified formula.
  • the lignin-rich shell fractions obtained from experiments 6 (jatropha (JS), oilseed rape (RS)), 3 (sunflower (SS)) and an apple kernel (AS) digestion as product 3 of one or more digestion methods, the With the amino acid and / or peptide solutions according to the invention and a lignin-rich shell fractions of jatropha and rapeseed, in which a digestion with NaOH (NO) was carried out, were obtained and prepared, were air-dried and separated. The mean particle size distribution and the density were determined.
  • the dried shell material was filled to a height of 20cm.
  • the weight of the filled shell mass was determined.
  • commercial oil adsorbents ⁇ AM1: Clean Sorb, BTW, Germany; ⁇ AM2: PEA SORB, Zorbit, Germany
  • ⁇ AM1 Clean Sorb, BTW, Germany
  • ⁇ AM2 PEA SORB, Zorbit, Germany
  • the filled glass tubes were mounted vertically in a holder, the tips each immersed in a bath with sunflower oil and in another experiment with oleic acid. Every 5 minutes, the height of the oil flow front, which was clearly recognizable by a change in color or reflection, was registered.
  • Lignin-rich shell fractions not produced according to the invention had an oil separation rate of 55% by weight, while the lignin-rich shell fractions len really, which were prepared with the digestion solutions according to the invention, an oil separation rate of 98 wt% had. From this fraction, 18.4 g of oil could be recovered by extraction, while in the preparation JKPd) only 5.2 g could be recovered.
  • the following cellulose-based fibers from the examples given were used: Jatropha from example 11 (test number 2) (JF), pea from example 7 (digestion solution 1) (EF), kidney beans from example 7 (digestion solution 2) (KBF ) and soy from example 7 (digestion solution 1) (SF).
  • JF test number 2
  • EF pea from example 7
  • EF kidney beans from example 7
  • KF kidney beans from example 7
  • SF soy from example 7 (digestion solution 1)
  • SF soy from example 7 (digestion solution 1)
  • Deep-frozen stored preparations with a residual moisture content of between 40 and 60% by weight (GFP) and dried and disc-ground powdered preparations (GTP) of the cellulose-based fibers were used. After thawing, the GFPs were resuspended in water with a hand blender and then pressed in a filter cloth to a residual moisture content of between 70 and 80% by weight.
  • the comparative preparations used were cellulose fiber preparations which consisted of a milling of husks or stem mass of wheat (WF) and bamboo (BF) and which were present as powders with a fiber length of ⁇ 30 ⁇ m. One part was suspended in deionized water followed by pressing to obtain the required residual moisture.
  • Example No./No digestion solution or experimental number Oats (HP) (Ex. 2 / a)), Sunflowers (Ex. 3 / a)) (SP), Lupins (Ex. 4 / -) (LP) and Ex. 11 / Experiment No. 5).
  • the preparations were fresh with a residual moisture content of 70 to 80% by weight (FP) or were present as powder (TP) of a spray-drying.
  • Soya (SPK) and a pea protein concentrate (EPK) were used as comparison preparations, which were available as powders and partially suspended for the experiments with de-ionised water and pressed to the required residual moisture content.
  • the preparations were kneaded together with Ml and M2 and mixed at M3, in a ratio (TM) of cellulose-based fibers to proteins of 1: 5.
  • Example 5 An evaluation of the sensory properties according to Example 5 was carried out with the KP obtained. Furthermore, the following food preparations were prepared / carried out:
  • A) patty broth and spices dissolved in water were added in an amount to the powdered preparations (80 g per serving) required to produce a homogeneous, soft, non-sticky and mouldable mass when blended;
  • preparations A) and B) were cooked under standardized conditions, preparation A) was in the heated state, preparation B) in the cooled state after 6 hours and preparation C) tasted immediately after receipt by 4 experts and u. a. rated the following properties on a scale from 1 (very poor / low) to 10 (very good / much): for A): product cohesion (PZ), chewability (Z); for B) product cohesion (PZ), stickiness (K); for C) Creaminess (S), Fattening (M), the sensory dexterity, such as fiberiness / graininess (FK) and mouthfeel (MG) were all evaluated for all.
  • Results (numerical results of the sensory evaluation shown in excerpt in Table 4): Mixtures of the protein and fiber products, which still had a residual moisture content or were dried, could be prepared with different modalities, including a non-dusting fine-grained and non-sticky homogeneous mass or powdery mixtures, which could be easily processed by adding water to a homogeneous non-sticky mass. When using comparison preparations, the obtainable mixtures were sometimes not homogeneous and / or sticky. It was possible to produce KP with a protein content of between 52 and 75% by weight. The dried KP showed no change in their physical properties during storage for 12 months. There was no microbial load on the preparations. The qualitative and sensory properties of identical preparations prepared with the stored KP corresponded to the results given here.
  • insoluble carbohydrates 22 to 46% by weight In the analysis of the powdered KP obtained, the following fractions were further determined: insoluble carbohydrates 22 to 46% by weight, soluble carbohydrates 0.1 to 2.5% by weight, fats ⁇ 0.01 to 0.9% by weight.
  • insoluble carbohydrates 22 to 46% by weight In the microscopic analysis of the KP, it was found that in the preparation modalities 1 and 2, proteins from the cellulose-based fibers were included as well as agglomerated with them. There were only a few particles of proteins that were not bound to cellulose-based fibers or were contiguous. In contrast, the proteins were predominantly in agglomerated form using cellulosic fibers derived from husk or stem mass so that the aggregated proteins constituted the perimeter of the agglomerates. Furthermore, partial detachments of the protein coating of individual fibers or aggregates existed here.
  • preparations made with cellulose-based fibers and proteins produced according to the invention represented a significantly greater cohesion of the dough and a lower tack than was the case with preparations in which cellulose fibers consisted of husks or Stemgelmasse and thewheresproteinkonzentrate had been used.
  • preparation C cellulose fibers made from husks or stalk pulp did not stabilize the foam by steam treatment, whereas pulp-based preparations made it into a pulp very good stabilization came.
  • non-dried protein fractions and dried (tr) or undried (Ntr) cellulose-based fiber fractions (CBF) from the abovementioned examples were used: Soy protein (SP) from Example 11 experimental number 5, oat protein (HP) from Example 13 , Pea protein (EP) from example 7 digestion solution no. 1, furthermore cellulose-based fiber fractions of jatropha (JF) from example 6, rapeseed (RF) from example 6, kidney beans (KBF) from example 2 - digestion solution 2 and soya ( SF) from example 11 - test number 1.
  • Soy protein from Example 11 experimental number 5
  • HP oat protein
  • EP Pea protein
  • JF jatropha
  • RF rapeseed
  • KF kidney beans
  • soya ( SF) from example 11 - test number 1.
  • the tr-CBF were ground with a disk mill to a particle size of ⁇ , the remaining fibers were used, as they came from the manufacturing process. Furthermore, commercially available protein concentrates of peas (VP1) and soybean (VP2) as well as cellulose fibers of oats (VF1) and wheat (VF2) (CFF, Germany) with a fiber length of 90 ⁇ m were used for comparison. The protein concentrates were dissolved with water to give the same water content as other protein fractions.
  • V-fourth Cellulose-based fibers which had been dried by means of hot air were separated by means of a granulator and stirred into a highly viscous protein suspension. Subsequently, smear on a flow and hot air drying.
  • V. 5 The cellulose-based fibers prepared as in V-4 were coated in a rotating drum under continuous air flow with protein suspensions which had been atomized at a pressure of 20 bar. This process took place until a dry matter quantity ratio of 10: 1 of the proteins and cellulose-based fibers had been introduced.
  • the cellulose-based fibers which had been coated with the proteins obtained according to the invention showed a significantly faster complete solution in water than was the case with cellulose-based fibers which had been coated with commercial protein preparations. Even significantly slower was the solution of preparations in which cellulosic fibers from husks or stem mass were coated with effetsproteinlessnessparaten. Cellulose-based fibers absorbed a significantly larger volume of dissolved protein until crumb formation occurred than with cellulose preparations. In comparison with the commercial protein preparations, a greater amount of dry matter could be bound to the cellulose-based fibers or incorporated therein using the protein products produced according to the invention.
  • the doughs coated with the cellulose-based and protein fractions obtained according to the invention had both a more homogeneous dough and a better baking result, with a larger volume of baked goods, with a finer distribution of air chambers, than with the baking test results with commercial cellulose fibers coated with protein preparations.
  • the sensory results of the baking test products which had been combined with cellulose-based fibers produced according to the invention and with protein preparations prepared according to the invention were also clearly superior to those of baked goods which had been produced with cellulose fibers.
  • an intrinsic taste of the respectively related protein source existed.
  • the sensory quality of the protein-coated cellulose-based fibers was markedly better than that of protein-coated cellulose.
  • the protein content of cellulose-based fibers which were obtained from the pulping process as product phase 2, could be reduced by 82 to 90% by weight by separating and flowing through the pulp with the process water phase 1.
  • a reduction of 43 to 62% by weight was achieved.
  • the powder of the dried pulp which had not been post-treated had only a small water-holding capacity, and the water-holding capacity of the powder subjected to after-treatment with a fresh-water phase was only slightly higher.
  • the water absorption capacity after treatment of the pulp with the process water phase 1 was high, with a swelling volume that corresponded to> 80vol% of the initial swelling.
  • Soya (SS) and rapeseed meal (RS) were used for the investigations.
  • Per 100 g were placed in 300 ml of the following solutions for 3 hours: 1. Tap water with a pH of 6.8; 2. sodium hydroxide solution with a pH between 8 and 12.5; 3. HCI solution with a pH range between 4 and 6.5; 4. aspartic acid with a pH between 5.5 and 7.5; 5. histidine with a pH between 7.5 and 9; 6. Lysine with a pH between 8 and 11.5; 7. aspartic acid and arginine with a pH between 7 and 12.5.
  • the buffering to achieve the pH ranges was carried out as needed with NaOH or HCL.
  • the amount of free water phase present was determined by pouring the suspension into a filter.
  • the filtrate phases were divided and filled in each case in vessels with 250ml of tap water.
  • the solids fractions were distributed in a water phase, A) by means of a stick mixer and B) by means of an intensive mixer (Silverson L5M-A with a fine dispersing tool / 10 000), in each case over 3 minutes.
  • the solids were filtered off with a filter cloth and dewatered by means of a press to a residual moisture content of 70% by weight. Samples were taken to determine the content of proteins and soluble carbohydrates.
  • the obtained solid phases of RS were dissolved in 500 ml of tap water and fed to a separation of the solids fractions of different density by an eddy-current process (hydrocyclone).
  • the separated solid fractions as well as the solids fraction of SS were thinly rolled onto a film and dried at 100 ° C. for 60 minutes. dried. This was followed by grinding of the fractions with cellulose-based fibers and distribution and separation of the dried lignin-rich shells.
  • the water absorption capacity (tap water) and the swelling behavior were investigated 15 minutes after incorporation into water. The swollen pulps were scored sensi- tively for the presence of taste neutrality and the absence of hard or pointed portions from 3 investigators.
  • the oil-binding capacity was investigated.
  • the swelling and thus the water binding capacity of the cellulose-based fibers compared to a mixture with a mixer could be significantly improved, which could also reduce the content of proteins and soluble carbohydrates in the solid solids and this to a sensory improvement cellulose-based fibers resulted in a lower pH of the digestion solutions.
  • the microscopic analysis showed that the Intensive Mixture in all of the Runs Nos. 5-7 had an absolute freedom from attachment of soluble organic compounds to the solids, while individual attachments were still detectable using a blender.
  • the oil binding capacity was also dependent on the residual protein and carbohydrate content in the lignin-rich dishes. The highest values were achieved with a protein content of ⁇ 2 wt% in the pulp using an amino acid solution.
  • the dried cellulose-based fibers virtually did not swell when treated with tap water or an acidic solution, irrespective of whether intensive mixing had occurred.
  • the solids fractions loaded in NaOH also showed inadequate swellability and were very darkly discolored.
  • the cellulose-based fibers of test number 4 swelled, however, did not show hard proportions in the sensory examination. This was not the case with the fiber products of Test Nos. 5-7, the powders were completely swollen within 10 minutes and gave a soft and creamy mouthfeel.
  • the separation of cellulose-based fibers and lignin-rich shells was only incompletely possible in lanes 1 to 4. In the approaches 5-7 was a separation sharpness of> 95% by weight, provided in the approach, a pH of> 7 , 5 had existed.
  • Such lignin-rich shells had a high oil-binding capacity, while the oil-holding capacity of the lignin-rich shells (which, however, were complexed with cellulose-based fibers) was less than
  • the condensed proteins were separated by means of a PP filter (80 ⁇ ) of the free water phase.
  • the subsequently dehydrated protein phases were rolled out thinly, dried at 90 ° C. and then finely ground.
  • the resulting powders were subjected to a sensory examination (4 examiners) in which the texture, odor, taste and solubility in the mouth were evaluated. Further, samples were dissolved in warm water over 15 minutes, followed by intensive mixing for 1 minute. Hereinafter, the foaming power and the completeness of the dissolution of the powder in the water phase were evaluated. Furthermore, a determination was made of the protein content of the dehydrated solid phase.
  • Aqueous solutions with amino acid combinations and a pH of the solution of> 7.5 are suitable for the solution (hydration) of soluble organic compounds in plant starting materials, whereby they become dischargeable into a distribution volume. It was found that amino acids which have one or more sulfur groups show significantly worse results. A negative influence by sulfur-containing amino acids also existed in the swellability of the dried protein phase as well as the foam stability and the completeness of the solubility in water. When using acidic or apolar amino acids in conjunction with one of the amino acids there was a very good sensory properties of the dried protein powder as well as a very good foaming behavior and a complete solubility.
  • the starting protein content of the flours was 33% by weight for EM and 45% by weight for KBM.
  • the solid material of experiment a) l. had a protein content of 25 and b) l. 31Gew%.
  • the protein content of the solid material of experiments a) 2-l, b) 2-l and a) 3-l, b) 3-l was 5.1 and 4.8% by weight and 1.1 and 0, respectively. 8% by weight and that in the experiments a) 2-2, b) 2-2 and a) 3-2, b) 3-2) was 7.5 and 6.9% by weight and 3.5 and 2, respectively , 8Gew %%.
  • the content of starch correlated with the protein content.
  • Sunflower seed meal containing an aqueous solution contained 0.2 molar lysine, 0.1 molar asparagine and 0.5 molar isoleucine (solution A) and an aqueous solution containing 0.1 molar arginine,
  • the available protein phases were dried to a residual moisture content of 60% by weight and sensory evaluated by 4 experts: a) creaminess, b) off-flavors, c) astringent properties. Protein phases, which were present as aggregate masses, were spread thin on a film and dried at 70.degree. Subsequently, the dried platelets were ground and the powder was dissolved in warm water.
  • the protein fractions of the batches were also at higher pH values 1. - 4. Not digestible A mild sour taste was present in the protein fractions of the batches 5.-7. at a pH between 5.5 and 6, protein fractions with a pH of> or equal to 6 were assessed as neutral in taste, here was a good creaminess, astringents were not perceived.
  • a shear mixer a stable foam could be produced in all cases.
  • the protein content determined in the dry matter was between 92 and 96% by weight. It could be shown that particularly large aggregates formed when the eluate phases 1 and 2 (El-2) were used together, such aggregates sedimented very rapidly and showed the fastest dewatering on a filter.
  • a method for separating / separating the constituents of a biogenic starting material by means of aqueous solutions which is characterized by the method steps:
  • step 2a adding the starting material of step 1) with an aqueous solution containing dissolved amino acids and / or peptides for separating / separating the constituents of the starting material,
  • step 2b) separation of solid solids from the distribution mixture of step 2b) to give a fiber-free aqueous solution of dissolved constituents of the starting material
  • step 3 condensation / aggregation / complexation of the dissolved constituents of the aqueous solution of step 3) to obtain an aqueous phase containing condensed soluble constituents of the starting material
  • step 6.2) recycling the process water phase of step 6.1) obtainable from a by-pass process and providing the used process water phase from a by-pass process
  • step 2a) and / or 2b) a disintegration of the starting material by means of an aqueous solution containing dissolved amino acids and / or peptides, whereby the constituents of the starting material obtained in pure form can be.
  • step 3) protein-free complex carbohydrates and / or starch granules are separable in pure form.
  • step 3) cellulose-based fibrous materials, lignin-rich shell parts, and / or complex / complexed carbohydrates can be separated and used in pure form.
  • step 3 The aforementioned method according to items 1-8, wherein in step 3) the solid solids and the dissolved proteins are completely or almost completely separated from one another by means of filtration separation techniques.
  • step 4) dissolved carbohydrates and / or phospholipids and / or glycoglycerolipids together with dissolved proteins are condensed / agglomerated / complexed, whereby protein condensates / agglomerates / complexes, Containing carbohydrates and / or phospholipids and / or Glycoglycerolipide be obtained.
  • step 4a) one or more compound (s) of the aqueous process solution is / are added in order to dissolve them and / or to bind and / or incorporate condensing / aggregating / complexing and / or condensed / aggregated / complexed proteins by adding the one or more compound (s) before, during or after the initiation of the condensation / Aggregation / complexation of proteins.
  • step 4b) compounds which are dissolved in the aqueous process solution are bound to the dissolved proteins by condensing / aggregating / complexing these compounds with the dissolved proteins.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein prozessökonomisches Verfahren zur Ab- und/oder Auftrennung von Konstituenten bestehend aus wasserlöslichen und gelösten Verbindungen umfassend Proteine und/oder Kohlenhydrate und/oder Aromastoffe und/oder Farbstoffe und/oder Fette und/oder Toxine; optional wasserlöslichen und ungelösten Verbindungen umfassend Stärke; soliden Feststoffen umfassend cellulosebasierte Fasern und/oder ligninreiche Schalen; eines proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials.

Description

Verfahren zur prozessökonomischen Ab-/Auftrennung von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien sowie deren Gewinnung und Verwendung.
Hintergrund
Die Zusammensetzung von Pflanzenprodukten, wie Samen, Kernen oder Körnern kann im Wesentli- chen in 4 Hauptkonstituente eingeteilt werden: Neutrallipide (8 -40%), Kohlenhydrate (15-35%), Proteine (20-50%) und Faserstoffe (20-40%). Ferner sind in Pflanzenprodukten variable Mengen an Farb- und Geruchsstoffen, Polarlipiden, Antioxidantien, Mineralstoffen u.a.m. enthalten. Die Verwendung der Konstituenten derartiger Pflanzenprodukte hat eine zentrale Bedeutung in der Ernährung von Mensch und Tier. Beispielsweise werden Samen, die einen hohen Ölgehalt aufweisen, zum Zwecke der Ölgewinnung gepresst. Nach Abtrennung der Neutrallipide verbleibt bezogen auf das Gewicht des Pressrückstands ein Ölanteil von 5 bis 15 Gew% im Pressrückstand. Dieser Anteil kann durch einen subsequenten Extraktionsprozess auf Werte von 2 - 8 Gew% reduziert werden, bei allerdings erhöhtem Verfahrensaufwand.
Pflanzensaaten mit einem niedrigen Neutralfettanteil werden zerkleinert oder gemahlen und eine Sortierung der entstandenen Partikel durch physikalische Maßnahmen, wie einer Siebung oder Windsichtung, vorgenommen, um Fraktionen zu erhalten, die einen hohen Anteil bestimmter Konstituenten aufweisen. Zur Einhaltung der Qualitätsstandards für die Verwendung der erhältlichen Produkte sind Grenzwerte bezüglich der Gehalte an Neutrallipiden, Färb-, Geruchs- und Geschmackstoffen sowie anti-nutritiven Verbindungen einzuhalten.
In Pressrückständen oder Vermahlungsprodukten sind neben Neutrallipiden auch lipophile Nebenbestandteile enthalten, wie beispielsweise Karotinoide, Lecithine oder lipophile Alkaloide, die bei einer stofflichen Verwertung der Hauptkomponenten und insbesondere der Proteinfraktion, störend sind. Dabei sind auch Geruchs- und Geschmacksstoffe häufig störend und reduzieren die Qualität des Produktes. Daher wurden Verfahren, wie Entbitterungsverfahren oder Entgiftungsverfahren, entwickelt, um eine Nutzung der gewinnbaren Produkte, insbesondere von Proteinen, für die menschliche Ernährung zu ermöglichen. Diese Verfahren sind energieaufwendig und/oder benötigen den Einsatz von organischen Lösungsmitteln. Ferner können anti-nutritive Verbindungen, wie Ureasen, Trypsininhibitoren, alpha-Glucosidasen u.a.m in Pressrückständen und Mahlprodukten enthalten sein. Eine Inaktivierung derartiger Verbindungen erflogt nach dem Stand der Technik z. B. mittels Verfahren zum Blanchieren, d. h. einer Beaufschlagung des Pflanzenmaterials mit heißem Wasserdampf, wodurch antinutritive Enzyme inaktiviert werden, jedoch auch Speicherproteine unvermeidbar strukturell verändert werden, sodass sie ihre native(n) Form und Eigenschaften verlieren. Um möglichst effizient derartige Verfahren durchführen zu können, ist es zudem erforderlich, dass das Pflanzenmaterial sehr fein zermahlen vorliegt, um z. B. eine möglichst effiziente Entbitterung mit den konventionellen Techniken vornehmen zu können. So wird in der WO 83/00419 vorgeschlagen, das Saatmaterial zu feinstem Mehl zu mahlen, mit Korngrößen zwischen 1 μιτι bis 50 μιτι, wozu weitere Prozessschritte erforderlich sind sowie ein erhöhter Energieaufwand. In anderen Verfahren nach dem Stand der Technik werden Geruchs- und Geschmacksstoffe aus den isolierten Pflanzenprotein- fraktionen durch eine Wäsche mit organischen Lösungsmitteln, wie z. B. Isopropanol, entfernt (Yumi- ko Yoshie-Star, Functional and bioactive properties of rapeseed protein concentrates and sensory analysis of food application with rapeseed protein concentrates, LWT - Food Science and Technology Volume 39, 2006, p 503-512). Ferner ist zumeist gefordert, dass der Restgehalt an Neutrallipiden in den aus Pflanzensaaten gewonnenen Produkten < 1 Gew% beträgt. Daher ist es nach dem Stand der Technik erforderlich, dass bei dem Pflanzenmaterial vor einer Produktgewinnung oder einem weiteren Aufschluss eine EntÖlung erfolgt. Dies gilt insbesondere für Proteinfraktionen, die aus pflanzli- chen Ausgangsmaterialien gewonnen werden können. In jüngerer Zeit wurden Techniken vorgestellt, bei denen eine gleichzeitige EntÖlung und Proteingewinnung möglich ist. Die Verfahren beruhen im Wesentlichen auf der Verdrängung des Öls aus den offenen Zellverbänden durch eine alkoholische Lösung. Bei der Ausführung stellte sich allerdings dar, dass eine hohe Ausbeute an Öl einen vollständigen Aufschluss des Saatmaterials voraussetzt. Auch unter dem Einsatz starker Scherkräfte, die mit- tels Schermischern oder Hochdruckhomogenisatoren eingebracht wurden, waren nur 63 % des im Ausgangsmaterial vorliegenden Öls mit dem wässrigen Extrakt abgetrennt worden und etwa ein Viertel blieb im feinen Feststoff gebunden. Im günstigsten Fall wurde eine Ölausbeute von nur 72 % erreicht. Dieser Mangel konnte durch Einsatz einer wässrigen alkoholischen Lösung nach dem Friolex- Verfahren (EP1228701 AI) zwar gebessert werden, es entstehen allerdings auch deutlich höhere Prozesskosten.
Aufgrund der Qualitätserfordernisse für Anwendungen erhaltbarer Produkte aus dem Aufschluss von pflanzlichen Samen und Kernen als Nährmittel für Menschen ist eine ökonomische Nutzbarkeit vieler Pressrückstände oder Mahlprodukte von Pflanzensaaten/-Kernen bisher überwiegend nicht gegeben. So wird beispielsweise der Großteil der Pressrückstände aus Rapssaaten zur Tierfütterung verwandt. Im Press- oder Mahlgut sind allerdings auch Pflanzenmaterialien enthalten, die nicht nutritiv sind, wie die lignin haltigen Faserstoffe. Diese wiederum haben ein hohes Wertstoffpotential, da sich hieraus Biopolymere und Derivate herstellen lassen, die nachhaltig verwendbar sind. Verfahren zur Gewinnung einer möglichst reinen lignin-haltiger Faserfraktion aus Pressrückständen oder Mahlprodukten sind bisher nicht bekannt. Ferner sind in den Pflanzensamen relevante Mengen an Faserstoffen enthalten, die ebenfalls einen Wertstoff darstellen. Die starke Bindung von Proteinen und löslichen Kohlenhydraten an diese Faserstrukturen ist dafür ursächlich, dass es bisher kein Verfahren gibt, mit dem sich die Faserfraktionen von Pflanzensamen wirtschaftlich und in reiner Form abtrennen lassen.
Zur Gewinnung von Proteinen aus Pflanzensaaten wurden nass-technische Verfahren vorgeschlagen (DE19643961 C2). Hierbei wird versucht, mit Erdalkalimetall-Lösungen oder anorganischen oder or- ganischen Säuren eine Gewinnung von Proteinen vorzunehmen. Auch hier sind ein vollständiger mechanischer Aufschluss des Saatmaterials sowie eine intensive Mischung des Mahlgutes mit den wässrigen Extraktionsmitteln unter Verwendung von Homogenisatoren erforderlich. Um eine Fraktion mit einen Proteinanteil von über 50% zu erhalten, ist eine Erwärmung des Saatmaterials auf über 70°C erforderlich. Zur stofflichen Trennung ist dann die Verwendung von Separatoren oder Dekantern notwendig. Die Proteinfraktion, die unter diesen Bedingungen im wässrigen Medium gelöst werden kann, lässt sich in einer relevanten Menge nur bei einem pH-Bereich von 2,5 bis 4,5 im Anschluss an eine Koagulation der Proteine separieren. Zur Rückgewinnung des Prozesswassers ist eine Ultrazentrifugation oder eine Ultrafiltration erforderlich. Die Anwendung dieser Separationsverfahren trägt gegenüber anderen Verfahren erheblich zu den hohen Prozesskosten bei. Es konnte gezeigt werden, dass die physikalischen Eigenschaften von Proteinen, die unter den Abtrennbedingungen aus dem Stand der Technik, also mittels einer sauren oder thermischen Koagulation in einem nass- technischen Prozess, gewonnen worden sind, deutlich schlechter sind, als wenn eine Abtrennung unter neutralen pH-Bedingungen, z. B. mittels einer Ultrazentrifugation, erfolgt ist. Es ist ferner bekannt, dass mit zunehmendem Denaturierungsgrad der Proteine, deren Wasserlöslichkeit abnimmt und die funktionellen Eigenschaften, wie z. B. Wasserbindungs- und Emulgiervermögen, Schaumbil- dungs- und Stabilitätsverhalten, hiermit korrelieren. Daher sollten insbesondere Temperaturerhöhungen auf > 60°C, wie sie üblicherweise bei nass-technischen Extraktionsverfahren angewandt werden, vermieden werden. Ferner werden durch die bekannten Verfahren anti-nutritive Substanzen zum größten Teil nicht aus der gewinnbaren Proteinfraktion entfernt. Dies trifft insbesondere für die Phytinsäure zu, die beispielsweis in Proteinfraktionen der Erbse mit einem Trockengewichtanteil von 3-5% vorliegt. Ein anderes Beispiel sind alpha-Glucosidasen, die in derartig gewonnenen Proteinfraktionen in einer Massenkonzentration von 0,5 bis 3,5Gew% vorliegen. Weitere anti-nutritive Verbindungen betreffen u. a. Trypsininhibitoren, Tannine, Saponine Lectine, cyano-Glykoside, Phytohämagglutinineroteaseinhibitoren, Tannine, Phytinsäuren Alkaloide, Gossypol, Glucosinolate, Sinapine.
In Pflanzenprodukten, wie in Pflanzensaaten, liegen auch endo- oder exogene Stoffe vor, die potentiell toxisch für den Menschen sind. Endogene Toxine, die von der Pflanze selbst gebildet werden, betreffen z. B. Phorbolester im Falle von Jatropha-Ölsamen oder die Erukasäure im Falle von Leindottersamen. Exogene Verbindungen, die sich in pflanzlichen Kompartimenten (Protein oder Öl) anreichern, sind beispielsweise Pestizide, Herbizide oder Fungizide.
Um die nutritiven und/oder funktionellen Eigenschaften der Proteinfraktionen, die sich durch einen wässrigen Aufschluss aus gepressten oder gemahlenen Pflanzensaaten gewinnen lassen, zu verbessern, kann es erforderlich sein, der Proteinfraktion weitere Verbindungen, wie beispielsweise Kohlenhydrate oder Vitamine oder Antioxidantien, beizumischen. Dies erfolgt nach dem Stand der Technik bei Proteinfraktionen, die aus einem Abtrennverfahren erhalten worden sind, indem diese Ver- bindungen den Protein-Kondensaten oder -Isolaten nachträglich hinzugegeben und mit diesen gemischt werden. Allerdings kann eine gleichmäßige Verteilung/Anbindung dieser Verbindungen mit Proteinen, die für die Entwicklung besonderer funktioneller und nutritiver Eigenschaften entscheidend sein können, nur dann erreicht werden, wenn eine Selbstassemblierung dieser Verbindungen im Bereich hydrophiler oder hydrophober Proteindomänen elektrostatisch erfolgt. Hierdurch erhält das Kombinationsprodukt (Protein + selbst-assemblierte Verbindung(en)) andere physikalische Eigenschaften, als wenn, wie nach dem Stand der Technik, bereits kondensierte Proteine mit anderen Verbindungen„beschichtet" werden, d. h. an die aggregierten Proteine adhäriert bzw. mit diesen agglomeriert werden. Dieser Unterschied kann für das zu erreichende qualitative und funktionelle Ergebnis des Produktes von großer Bedeutung sein. Aus dem Stand der Technik sind keine Verfahren bekannt, mit denen man Proteine während eines Extraktionsprozesses mit anderen Verbindungen beladen und separieren kann, sodass ein Kombinationsprodukt erhalten werden kann, bei dem sich eine physiologische räumliche Anordnung der Verbindungen durch eine Selbstassemblierung eingestellt hat.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem Verfahren, mit dem sich die Konstituenten von Pflanzenpro- dukten, wie Mahlprodukten und Pressrückständen von Pflanzensaaten, mit einem einfachen wässri- gen Aufschluss- und Extraktionsverfahren hinsichtlich ihrer Hauptkonstituenten auftrennen und diese fraktionieren lassen, unter Erhalt einer verbesserten Produktqualität. Es besteht ferner ein großer Bedarf an einem nass-technischen Gewinnungsverfahren für Inhaltsstoffe von Pflanzensaaten und - Kernen, das ökonomisch betrieben werden kann. Dies betrifft insbesondere eine Wiederverwendbarkeit der eingesetzten Prozessmittel und insbesondere des Prozesswassers, da bei derartigen Verfahren große Prozesswassermengen mit erheblichen Gehalten an organischem Material (TOC) anfallen. Ferner sind diese Verfahren energieaufwendig, sodass ein großer Bedarf an einem energiearmen Aufschlussverfahren für Pflanzensaaten und -Kerne besteht. Darüber hinaus besteht ein großer Bedarf, ein nass-technisches Verfahren bereit zu stellen, bei dem eine vollständige stoffliche Nutzung der Hauptbestandteile der Pflanzensaat- und Mahlprodukte gewährleistet werden kann, sodass auch reine Fraktionen für Öle, Proteine, Kohlenhydrate sowie Faserstoffen hergestellt werden können, in einer unmittelbar verwendbaren Form.
Die chinesische Patentanmeldung CN 106 720 920 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Sojaproteinisolat, wobei ein großes Wasservolumen für die Hydratation von Verbindungen notwendig ist.
In der US Patentanmeldung US 2004/009263 AI wird ein Verfahren zur Zein-Extraktion aus Maismehl offenbart. Die Proteinpartikel sind größer als ΙΟμιτι.
EP 2 404 509 AI ist eine europäische Patentanmeldung, die auf die Extraktion von Protein aus frischen Traubenkernen gerichtet ist. Eine Präzipitation wird durch Säure erreicht, wobei der pH 3 ist.
Liu ui-Lin et al. beschreiben in der wissenschaftlichen Publikation Food Analytical Methods, Springer New York LLC, US, Bd. 10, Nr. 6, 21. November 2016, Seiten 1169-1680 eine Extraktion von Proteinen aus Kürbiskernen. Dabei wird eine ionische Flüssigkeit (PEG-Cholinchlorid) als Extraktionsmittel verwandt. Ein Problem ist, dass damit bekanntermaßen auch Polyphenole und Tannine extra- hiert werden und somit in die Produktphase gelangen.
Schneider et al. (Nahrung - Foo, Bd. 33, Nr. 2, 1 Januar 1989, Seiten 177-182) beschreiben die wäss- rige Extraktion von Proteinen aus Ackerbohnen. Es wird Wasser zur Extraktion von Proteinen verwandt. Es erfolgt eine Proteinpräzpitation mit Salzsäure bei einem pH von 4,2. Nach Feststoffabtrennung erfolgt eine Neutralisation mit NaOH. Das neutralisierte Wasser wird erneut eingesetzt parallel hierzu/alternativ wird eine wässrige Spüllösung der Proteinphase verwandt. Es erfolgte eine 10- malige Wiederverwendung. Erwartungsgemäß steigt die Salzkonzentration, da ein Plateau erreicht wird, muss Natriumchlorid in die Proteinphase ausgetragen werden, was ungewünscht ist. Eine 100%-Wiederverwendung wird nicht empfohlen, die Einsparrate an Frischwasser wird mit 40% angegeben. Die US Patentanmeldung US 2015/073127 AI ist gerichtet auf Verfahren zur Isolierung von Proteinen aus Mehl- oder Ölkuchen. Die Extraktion erfolgt mit einer großen Wassermenge, das Wasservolumen wird anschließend mittels Ultrafiltration wieder reduziert, wobei auch die toxischen Verbindungen und lösliche Kohlenhydrate aus der wässrigen Proteinlösung entfernt werden. Aus den exemplarisch dargestellten Verfahrensbeispielen aus dem Stand der Technkik wird auch ersichtlich, dass bisher kein Verfahren existent ist, das auf eine vollständige Separation aller Konstituenten eine pflanzlischen Ausgangsmaterials gerichtet ist und dabei einen ökonomisch betreibbare und großtechnisch anwendbare Verfahrenstechnik gewährleistet, bei der alle Konstituenten als verwertbare Produke unmittelbar erhalten werden.
Somit besteht ein großer Bedarf an einem Verfahren, das nicht nur einen vollständigen Aufschluss der Konstituenten eines pflanzlichen Ausgangsmaterials und Erhalt unmittelbar verwendbarer Produkte der aufgereinigten Konstituenten ermöglicht, sondern bei dem diese Verfahren darüber hinaus auch prozessökonomisch durchführbar ist und bei dem auf den Einsatz organischer Lösungsmittel vollständig verzichtet werden kann und eine vollständige Wiederverwendung der eingesetzten Substanzen sowie des erfoderlichen Wasservolumens ermöglicht wird, unter gleichzeitiger Verbesserung der aus dem Prozess erhaltbaren Produkte.
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur prozessökonomischen Ab- und/oder Auftrennung sämtlicher Konstituenten umfassend
- wasserlöslichen und gelösten Verbindungen umfassend Proteine und Kohlenhydrate und/oder Aromastoffe und/oder Farbstoffe und/oder Fette und/oder Toxine;
- optional wasserlöslichen und ungelösten Verbindungen umfassend Stärke;
- soliden Feststoffen umfassend cellulose-basierte Fasern und/oder lignin-reiche Schalen, die in dehydrierter/kompaktierter Form vorliegen;
eines proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials, wobei das Verfahren folgende Schritte um- fasst:
1) Bereitstellen des proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials,
2a) Versetzen des Ausgangsmaterials des Schritts 1) mit einer wässrigen Lösung mit einem pH zwischen 7,5 und 13,5, enthaltend mindestens eine gelöste Aminosäure mit einer molaren Masse von weniger als 400 g/mol und einer Löslichkeit von mindestens 35 g/L in Wasser bei 20°C und/oder Peptid aus 2 bis 50, bevorzugt 2 bis 10 dieser Aminosäuren zur vollständigen Durchtränkung der Konstituenten des proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials, bis zum Erhalt hydratisierter löslicher Verbidnungen und Dekompaktierung der soliden Feststoffe,
2b) Zugabe eines wässrigen Verteilungsvolumens mit einem Gewichtsverhältnis zur Trockenmasse des proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials von 5:1 bis 500:1 und Durchmischung zum Erhalt eines Verteilungsgemisches der ab- und/oder aufgetrennten Konstituenten aus Schritt 2a) unter Erhalt von gelösten löslichen Verbindungen, sowie dekompaktierten soliden Feststoffen, 3) Separation der soliden dekompaktierten Feststoffe und optional der ungelösten wasserlöslichen Verbindungen aus dem Verteilungsgemisch des Schrittes 2b) unter Erhalt einer wässrigen Lösung der wasserlöslichen und gelösten Verbindungen ohne solide Feststoffe und ohne die optionalen wasserlöslichen und ungelösten Verbindungen,
4) Zugabe eines Aggregationsmittels umfassend eine wässrige Lösung enthaltend mindestens eine organische Säure und Aggregation der wasserlöslichen und gelösten Verbindungen umfassend Proteine und/oder Kohlenhydrate der wässrigen Lösung des Schritts 3) bis zum Erhalt einer Suspension aus den aggregierten Verbindungen, umfassend die Proteine und/oder Kohlenhydrate (d.h. die Proteine und falls vorhanden die Kohlenhydrate) und einer wässrigen Phase, enthaltend die nicht aggregierten, wasserlöslichen und gelösten Verbindungen,
5) Trennung der Suspension des Schritts 4) und Dehydrierung der aggregierten Verbindungen durch Abscheidung von Wasser und Erhalt von dehydrierten aggregierten Verbindungen und einer geklärten wässrigen Phase, und optional Reinigung der geklärten wässrigen Phase,
6) Zugabe der geklärten wässrigen Phase aus Schritt 5) als wässrige Lösung dem Schritt 2a) und/oder als wässriges Verteilungsvolumen dem Schritt 2b), oder
Verwendung der geklärten wässrigen Phase aus Schritt 5) zur Reinigung der separierten soliden Feststoffe aus Schritt 3), oder
Verwendung der geklärten wässrigen Phase aus Schritt 5) zur Reinigung der separierten soliden Feststoffe aus Schritt 3) unter Erhalt einer wässrigen Waschphase und Zugabe der wässrigen Waschphase als wässrige Lösung dem Schritt 2a) und/oder als wässriges Verteilungsvolumen dem Schritt 2b).
Bevorzugt ist ein proteinhaltiges biogenes Ausgangsmaterial, bei dem es sich um ein nicht-verholztes
Plfanzenmaterial handelt.
Bevorzugt ist, dass es sich bei der mindestens einen Aminosäure und/oder des einen Peptids um eine kationische Aminosäure und/oder mindestens eine kationische Aminosäure enthaltendes Peptid handelt.
Zum Zwecke einer Separation bzw. Auftrennung der Hauptkonstituenten pflanzlicher Saaten, Körner oder Kerne ist deren Desintegration erforderlich. Eine Desintegration kann durch ein physikalisches Verfahren aus dem Stand der Technik erfolgen, wie beispielsweise mit mechanischen Verfahren, wie einer Schälung/Enthäutung, Zerkleinerung, Quetschung, Pressung oder Vermahlung oder thermischen Verfahren, wie einer Blanchierung. Dabei haben thermische Verfahren den Nachteil, dass sie energieaufwendig sind und vor allem die Konstituenten der Ausgangsmaterialien thermisch schädigen können, sodass diese nicht mehr oder nur noch eingeschränkt verwertbar sind.
Bei den mechanischen Verfahren unterscheiden sich Pressverfahren von anderen desintegrativen Verfahren, indem Zell- und Gewebestrukturen in dem Aufschlussmaterial weitgehend zerstört werden. Dies bewirkt das Austreten von Öl, sodass in Verbindung mit der Restfeuchte, z. B. einer Saat, amphiphile Verbindungen, wie Phospholipide, Glycolipide, freie Fettsäuren, aber auch Proteine emulgiert werden und bei der gleichzeitig entstehenden Reibungswärme mit diesen und anderen Bestandteilen der Saat zu einem homogenen Verbund und praktisch wasserfrei miteinander verbacken. Dies schließt auch auf-/zerbrochene Faseranteile mit ein. Daher sind Presskuchen in der Regel sehr hart und hydrophob, sodass nur ein geringes Aufnahmevermögen für Wasser besteht. Ein Problem bei einem aus einem Pressverfahren hervorgehenden Presskuchen ist, dass dieserbei einer weiteren Bearbeitung mit Wasser, um die Konstituenten abzutrennen erst über den Verlauf von Tagen aufquillt. Weiterhin verbleiben dabei unlösliche Aggregate, die ein grobes Sieb nicht passieren. Somit bleibt der Aufschluss eines aus einem Pressverfahren hervorgehenden Presskuchens bei Ver- wendung von reinem Wasser unvollständig. Obgleich durch einen Laugenzusatz eine Quellung deutlich beschleunigt werden kann, verbleiben dennoch weiterhin viele unlösliche Aggregate. Mithin kann die Entstehung der unlöslichen Aggregate im Falle eines aus einem Pressverfahren hervorgehenden Presskuchens weder mit einer basischen noch mit einer neutralen Wasserphase vermieden werden. Eine nahezu vollständige Abtrennung der Proteine von den soliden Konstituenten ist mit dem zuvor beschriebenen Verfahrensablauf nicht erzielbar.
Ferner erfolgt bei der wässrigen Aufarbeitung ein Aufschluss bzw. eine Quellung von komplexen Kohlenhydraten, wie beispielsweise Stärke, die den entstehenden Brei rasch„schleimartig" werden lassen. Unter Verwendung von Säuren lösen sich die Bestandteile der Press- oder Mahlprodukte nicht.
Beim Mahlprozess erfolgt ebenfalls eine Desintegration der Zell-und Faserstrukturen. Im Gegensatz zu einer Pressung findet aber keine Verbackung der verschiedenen Komponenten statt. Daher löst sich das Mahlprodukt relativ gut in Wasser zu kleineren Aggregaten. Eine Lauge ergibt auch hier eine raschere Quellung. Allerdings resultiert auch hierbei eine„Schleimbildung" und es bilden sich unlösliche Aggregate, die mit dem bloßen Auge erkennbar sind. Die unlöslichen Aggregate können auch im weiteren Verfahrensverlauf mithilfe einer wässrigen Lösung nicht mehr in Lösung gebracht wer- den. Die Kombination eines Mahlprozesses zusammen mit einer anschließenden Bearbeitung mittels einer Lauge hat weiterhin den Nachteil, dass eine nahezu vollständige Abtrennung der Proteine von den soliden Konstituenten nicht realisiert werden kann. Die US Patentanmeldung US 2015/073127 AI ist gerichtet auf Verfahren zur Isolierung von Proteinen aus Mehl- oder Ölkuchen. Die Extraktion erfolgt mit einer großen Wassermenge, das Wasservolumen wird anschließend mittels Ultrafiltration wieder reduziert, wobei auch die toxischen Verbindungen und lösliche Kohlenhydrate aus der wässrigen Proteinlösung entfernt werden. Es erfolgt dann eine Präzipitation mit einem Alkohol oder Aceton. Die Separation von hydrophoben Verbindungen, wie Polyphenolen, kann nach der Offenbarung nur durch die eingesetzten organischen Lösungsmittel erreicht werden. Da organische Lösungsmittel die Tertiärstruktur der Proteine zerstören, kann es zu Beeinträchtigungen der Proteinfunktionalität kommen. Ob die Funktionalität der Produkte erhalten geblieben ist, geht aus der Patentanmeldung nicht hervor. Die Produktansprüche beziehen sich auf Isolate mit einem geringen Gehalt an Lösungsmitteln, Sinapinsäure, Glucosinolate und Fette. Der Gehalt an Aromastoffen wird nicht offenbart. Angaben über weitere Gefahrenstoffe sind nicht ersichtlich. Die Proteinlöslichkeit liegt bei 74% und 81%. Überraschenderweise wurde gefunden, dass Lösungen von gelösten Aminosäuren und/oder Peptiden eine rasche und vollständige Ab-/Auftrennung der Konstituenten in Pflanzenprodukten wie Samen, Kernen oder Körnern bewirken. So wurde gefunden, dass die Konstituenten, die sich in Pressrückständen und Mahlprodukten befinden, sich durch eine vollständige Benetzung mit einer derarti- gen wässrigen Lösung, d.h. Durchtränkung, sehr leicht in einem wässrigen Medium voneinander separieren lassen. Sowohl die Bildung von Schleim als auch von unlöslichen Aggregaten wird mithilfe einer wässrigen Lösung mit einem pH zwischen 7,5 und 13,5, enthaltend mindestens eine gelöste Aminosäure mit einer molaren Masse von weniger als 400 g/mol und einer Löslichkeit von mindestens 35 g/L in Wasser bei 20°C und/oder Peptide aus 2 bis 50 dieser Aminosäuren erreicht. Zudem ist die vollständige Durchtränkung der Konstituent des proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials erforderlich.
Insbesondere kommt es überraschenderweise zu einer Ablösung der Proteine von soliden Konstituenten, wobei die Proteine gleichzeitig in ihre Untereinheiten zerfallen, sodass die gelösten Proteine einen Membranfilter mit einem Siebmaß von ΙΟμιτι passieren und sehr wahrscheinlich aufgrund ei- ner großen Hydrathülle, z.T. dauerhaft in dem wässrigen Medium gelöst bleiben. Der Lösungszustand kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass die Proteine in der Schwebe bleiben, d. h. nicht oder nur zu einem geringen Anteil sedimentieren, was erkannt werden kann, z. B. durch eine visuelle Inspektion oder einer Bestimmung der Trübung der Lösung. Ferner kommt es zu keiner oder nur einer sehr geringen Lösung bzw. Quellung von komplexierten Kohlenhydraten, wie beispielsweise von Stärke, durch wässrige Lösungen mit gelösten kationischen Aminosäuren und/oder Peptiden. Andererseits werden Proteine rasch und vollständig sowohl von Faserverbindungen, als auch Schalenanteilen, gelöst, sodass Letztere sehr rasch sedimentieren, während die Proteine in Lösung bleiben, wodurch eine sehr einfache und effiziente Separation der lignin-reichen Schalenanteilen ermöglicht wird. Die Ab-/Herauslösung von Proteinen wird insbesondere durch die wässrigen Lösungen, enthal- tend gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide aus 2 - 50, bevorzugt 2 - 20, noch weiter bevorzugt aus 2 - 10 kationischer Aminosäuren wie Arg, Lys, His und Phe, bevorzugt Lys, His und Arg und besonders bevorzugt Lys und His, ermöglicht, sodass erstmalig die Vereinzelung von Faserstrukturen aus diesen Pflanzenprodukten, die aufgrund ihrer Beschaffenheit als cellulose-basierte Fasern klassifiziert werden können, erhältlich werden. Ferner stellte sich heraus, dass cellulose-basierte Fasern, bei denen eine Ab-/Herauslösung von Proteinen erfolgt ist und hierdurch dekompaktiert wurden, in den wässrigen Aufschlussphasen extrem aufquellen, wodurch sie sich, z. B. mit üblichen Filtertechniken, von den gelösten Proteinen sehr leicht abtrennen lassen. Darüber hinaus wurde gefunden, dass das Löslichkeitsminimum der gelösten Proteine in einen neutralen pH-Bereich verschoben wird, sodass sich die Proteine unter sehr schonenden Bedingungen kondensieren und abge- trennt lassen. Außerdem ist es mit dem Verfahren möglich, die eingesetzten Prozesswasserphasen vollständig wieder zu verwenden und die erhaltbaren Produkte Anwendungen unmittelbar zugänglich zu machen, ohne dass Reststoffe oder Abströme anfallen. Dies war insbesondere bei Verwendung von kationischen Aminosäuren und Peptiden der Fall. Bevorzugt ist daher ein Verfahren, wobei sich in der wässrigen Lösung mit einem pH zwischen 7,5 und 13,5 neben der mindestens einen kationischen Aminosäure und/oder Peptide aus 2 bis 50 dieser Aminosäuren keine weiteren Aminosäuren befinden.
Daher ist die Erfindung gerichtet auf ein Verfahren, das einen nass-technischen vollständigen Auf- schluss von pflanzlichen Produkten ermöglicht, insbesondere von pflanzlichen Desintegrationsprodukten, wie Press- und Mahlprodukten von Samen, Kernen und Körnern, zum Zwecke der Gewinnung von reinen Inhaltsstoffen (Konstituenten), wie insbesondere Proteine, Kohlenhydrate, cellulose- basierte Fasern- und lignin-reiche Schalenanteile.
Ferner ist das Verfahren gerichtet auf die Abtrennung und Herstellung von funktionell und/oder nut- ritiv hochwertigen Proteinprodukten aus pflanzlichen Desintegrationsprodukten. Ferner ist das Verfahren gerichtet auf die Herstellung von funktionell und/oder nutritiv hochwertiger Kombinationsverbindungen/Aggregaten mit Proteinen aus pflanzlichen Desintegrationsprodukten.
Ferner ist das Verfahren gerichtet auf die Herstellung und Erhalt von qualitativ und/oder funktionell hochwertigen cellulose-basierten Fasern und/oder lignin-reicher Schalenprodukten.
Außerdem ist das Verfahren gerichtet auf einen ökonomischen Einsatz der für die Prozessdurchführung erforderlichen Verbindungen und des erforderlichen Wasservolumens sowie auf eine Wiederverwendbarkeit der eingesetzten Prozesslösungen und auf eine rückstandsfreie stoffliche Verwertung der Roh- und Prozessmaterialien.
Ferner sind die erfindungsgemäßen Verfahren gerichtet auf die Verwendung der erhaltbaren funkti- onell und/oder qualitativ hochwertigen Wertstofffraktionen, z. B. als Lebensmittel, Lebensmittelzusatzstoffe, Ausgangprodukte in der chemischen, pharmazeutischen oder Agrarindustrie.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung somit besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Konstituenten von pflanzlichen Ausgangsmaterialien und insbesondere von Desintegrationsprodukten, wie beispielsweise Pressrückständen und Mahlprodukten von Pflanzensaaten, ohne eine weitere Vorbehandlung, mit einem wässrigen Verfahren ab-/aufgetrennt werden, sodass die Hauptkomponenten vollständig voneinander separiert in einer wässrigen Prozessflüssigkeit vorliegen, aus der die gelösten und soliden Konstituenten, in konsekutiven Verfahrensschritten abgetrennt und in reiner Form gewonnen werden können.
Dabei ist es auch die Aufgabe der Erfindung, gleichzeitig eine Entfernung von unerwünschten oder gesondert nutzbaren organischen und/oder anorganischen Verbindungen vorzunehmen und diese bei Bedarf nach deren Abtrennung einer Weiterverwendung zuzuführen.
Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem sich Proteinfraktionen gewinnen lassen, die weitere organische Verbindungen, welche aus dem Ausgansmaterial entstammen oder hinzugefügt werden, enthalten, wodurch die Produkteigenschaften der erhaltbaren Kom- binationsprodukte verbessert werden.
Schließlich ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine Wiederverwendbarkeit der Prozessflüssigkeiten und der zum Aufschluss eingesetzten Verbindungen ökonomisch gewährleistet werden kann. Überraschenderweise ist es möglich, Desintegrationsprodukte pflanzlicher Saaten, Kerne und Körner mit einem wässrigen Verfahren aufzuschließen und mittels einer geeigneten Verfahrenstechnik in seine Hauptkomponenten zu separieren, unter Erhalt reiner Produkte mit verbesserter Produktqualität.
In überaus vorteilhafter Weise lassen sich dabei auch die Anforderungen an ökonomische Prozesstechnik durch einen der hierin beschriebenen Prozessabläufe realisieren.
Detaillierte Beschreibung
Überraschenderweise wurde gefunden, dass wässrige Lösungen, die Aminosäuren und/oder Peptide in gelöster Form enthalten, eine Ablösung von Proteinen von anderen Konstituenten eines pflanzli- chen Ausgangsmaterials bewirken, wodurch sich der zuvor bestehende Verbund/Kompaktierung zwischen und unter den Konstituenten das Ausgangsmaterials löst und anschließend die verschiedenen Konstituenten in vereinzelbarer und reiner Form dekompaktiert vorliegen.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass neben der Ab-/Herauslösung von Proteinen aus ihrer Matrix und ihrem Zerfall in Untereinheiten, es in den erfindungsgemäßen wässrigen Aufschlusslö- sungen zu einer vollständigen Hydrierung der Proteine kommt. Dies bedingt eine erhebliche Expansion und Wasserbindung der mit den wässrigen Lösungen, enthaltend gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide, gelösten Proteine, wodurch sie auch in dem wässrigen Aufschlussmedium in vereinzelter Form, mit einem niedrigen spezifischen Raumgewicht, in Schwebe bleiben. So blieb eine starke Trübung einer erfindungsgemäßen wässrigen Aufschlusslösung, mit der Raps-Presskuchen behandelt worden war, über den Verlauf von mehr als 6 Wochen gleichbleibend trüb. Durch eine subsequente Kondensation der gelösten Proteine konnte die Aufschlusslösung vollständig geklärt werden, die erhaltenen Kondensate bestanden zu > 90 Gew% aus Proteinen.
Es wurde gefunden, dass wässrige Lösungen, die gelöste Aminosäuren und/oder Peptide enthalten, einen raschen Zerfall von Pressrückständen oder Mehlen in ihre Bestandteile bewirken, was nicht der Fall war bei reinem Wasser, einer Alkalilauge oder einer sauren Lösung. Diese Effekte waren besonders stark ausgeprägt, wenn kationische Aminosäuren und/oder Peptide, die kationische Aminosäuren enthalten, in den Aufschlusslösungen vorlagen. Es konnte gezeigt werden, dass die Ab- bzw. Auftrennung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials an den Grenzflächen der Konstituenten des Ausgangsmaterials stattfindet, da praktisch keine Anhaftungen an den Oberflächen der soli- den Konstituenten, wie denen von Faserstoffen, Schalen oder komplexen Kohlenhydratverbindun- gen, vorlagen. Eine hohe Effektivität dieses Ab-/und Auftrennungsverfahrens liegt bereits bei Raumtemperatur vor. Eine solche rückstandsfreie Abtrennung von Oberflächenanhaftungen an den soliden Konstituenten der Ausgangsmaterialien konnte durch andere Lösungen nicht oder nicht unter den gleichen Bedingungen vorgenommen werden.
Die Effektivität des Verfahrens konnte sowohl für die Verwendung wässriger Lösungen einzelner gelöster kationischer Aminosäuren als auch von gelösten Peptiden sowie Peptide, die besagten Aminosäuren oder Funktionalitäten dieser Aminosäuren enthielten, als auch für Kombinationen verschiedener gelöster Aminosäuren sowie von gelösten Peptiden mit kationischen Aminosäuren und/oder Peptiden dargestellt werden. Die Ursache für diesen überraschenden Effekt, einer Ab- /bzw. Auftrennung der Konstituenten an deren Grenzflächen, ist unklar. Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von organischen Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten durch eine wässrige Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erreicht wird. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können mit einer oder verschiedenen gelösten Aminosäuren und/oder von gelösten Oligo-bzw. Polypeptiden mit einer unterschiedlichen Aminosäuresequenz oder verschiedenen gelösten Oligo- bzw. Polypeptiden, die jeweils Oligo- bzw. Polypeptide einer Aminosäure sind, durchgeführt werden, solange eine Löslichkeit dieser in einem wässrigen Medium gegeben ist. So konnte gezeigt werden, dass auch hydrophobe Aminosäuren geeignet sind, die erfindungsgemäße Ab-- und Auftrennung von Proteinen zu bewerkstelligen, sofern sich diese in Lösung befanden, wie beispielsweise Phenylalanin in einem Oligopeptid mit Lysin. Dabei ist es erforderlich, dass die Aminosäuren und/oder Peptide in einer in Wasser vollständig gelösten Form vorliegen und in dieser dem aufzuschließenden organischen Material hinzugegeben werden oder mit dieser, in einer in Wasser gelösten Form, in Kontakt treten können. Besonders geeignet sind die Aminosäuren Arginin, Lysin, Histidin und Phenylalanin. Aber auch andere alpha-Carbonsäuren sind geeignet. Ferner geeignet sind Di- Tri- oder Oligopeptide sowie Polypeptide, die aus einer, zwei oder mehreren Aminosäuren zusammengesetzt sind. Bevorzugt sind kurzkettige Peptide, z. B. DG. Besonders bevorzugt sind Peptide, die aus Aminosäuren bestehen, die sowohl hydrophobe als auch hydrophile Seiten- gruppen aufweisen, wie beispielsweise (Angaben gemäß Namensalphabt der Aminosäuren) GLK, QHM, KSF, ACG, HML, SPR, EHP oder SFA. Weiter besonders bevorzugt sind Peptide, die sowohl hydrophobe und kationische und/oder anionische Seitengruppen aufweisen, wie beispielsweise RDG, BCAA, NCR, HIS, SPR, EHP oder SFA. Weitere Beispiele mit 4 Aminosäuren sind NCQA, SIHC, DCGA, TSVR, HIMS oder RNIF oder mit 5 Aminosäuren sind HHGQC, STYHK, DCQHR, HHKSS, TSSHH, NSRR. Besonders bevorzugt sind RDG, SKH oder RRC. Besonders bevorzugt sind Di, Tri- oder Oligopeptide sowie Polypeptide enthaltend mindestens eine kationischen Aminosäure oder Di, Tri- oder Oligopeptide sowie Polypeptide enthaltend eine Funktionalität, die für eine kationische Aminosäure charakteristisch.
Bei Verwendung von kationischen Aminosäuren bedeutet der der Begriff "Peptid", der dann ohne weitere Spezifizierung verwendet wird, dass ein Peptid aus 2 - 50, bevorzugt aus 2 - 20 und weiter bevorzugt aus 2 - 10 Aminosäuren, bevorzugt proteinogene Aminosäuren besteht, wobei das Peptid zu mindestens 20% der Aminosäuren, bevorzugt zu mindestens 30% der Aminosäuren, weiter bevorzugt zu mindestens 50% der Aminosäuren, noch weiter bevorzugt zu mindestens 80% der Aminosäuren und am meisten bevorzugt zu 100% der Aminosäuren aus kationischen Aminosäuren, insbeson- dere Lys, His und Arg besteht.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur prozessökonomischen Ab- und/oder Auftrennung sämtlicher Konstituenten umfassend
wasserlöslichen und gelösten Verbindungen umfassend Proteine und Kohlenhydrate und/oder Aromastoffe und/oder Farbstoffe und/oder Fette und/oder Toxine;
- optional wasserlöslichen und ungelösten Verbindungen umfassend Stärke; soliden Feststoffen umfassend cellulosebasierte Fasern und/oder ligninreiche Schalen;
nes proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
1) Bereitstellen des proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials,
2a) Versetzen des Ausgangsmaterials des Schritts 1) mit einer wässrigen Lösung mit einem pH zwischen 7,5 und 13,5, enthaltend mindestens eine gelöste kationische Aminosäure mit einer molaren Masse von weniger als 400 g/mol und einer Löslichkeit von mindestens 35 g/L in Wasser bei 20°C und/oder Peptide aus 2 bis 50, bevorzugt 2 bis 10 dieser Aminosäuren, bevorzugt mindestens eine gelöste proteinogene kationische Aminosäuren und/oder Peptide aus 2 bis 50, bevorzugt 2 bis 10 dieser proteinogenen kationischen Aminosäuren, zur vollständigen Durchtränkung der Konstituenten des proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials, bis zum Erhalt hydratisierter löslicher Verbidnungen und Dekompaktierung der soliden Feststoffe,
2b) Zugabe eines wässrigen Verteilungsvolumens mit einem Gewichtsverhältnis zur Trockenmasse des proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials von 5:1 bis 500:1 und Durchmischung zum Erhalt eines Verteilungsgemisches der ab- und/oder aufgetrennten Konstituenten aus Schritt 2a) unter Erhalt von gelösten löslichen Verbindungen, sowie dekompaktierten soliden Feststoffen,
3) Separation der soliden dekompaktierten Feststoffe und optional der ungelösten wasserlöslichen Verbindungen aus dem Verteilungsgemisch des Schrittes 2b) unter Erhalt einer wässrigen Lösung der wasserlöslichen und gelösten Verbindungen ohne solide Feststoffe und ohne die optionalen wasserlöslichen und ungelösten Verbindungen,
4) Zugabe eines Aggregationsmittels umfassend eine wässrige Lösung enthaltend mindestens eine organische Säure und Aggregation der wasserlöslichen und gelösten Verbindungen umfassend Proteine und/oder Kohlenhydrate der wässrigen Lösung des Schritts 3) bis zum Erhalt einer Suspension aus den aggregierten Verbindungen, umfassend die Proteine und falls vorhanden die Kohlenhydrate und einer wässrigen Phase, enthaltend die nicht aggregierten, wasserlöslichen und gelösten Verbindungen,
5) Trennung der Suspension des Schritts 4) und Dehydrierung der aggregierten Verbindungen durch Abscheidung von Wasser und Erhalt von dehydrierten aggregierten Verbindungen und einer geklärten wässrigen Phase, und optional Reinigung der geklärten wässrigen Phase,
6) Zugabe der geklärten wässrigen Phase aus Schritt 5) als wässrige Lösung dem Schritt 2a) und/oder als wässriges Verteilungsvolumen dem Schritt 2b), oder
Verwendung der geklärten wässrigen Phase aus Schritt 5) zur Reinigung der separierten soliden Feststoffe aus Schritt 3), oder
Verwendung der geklärten wässrigen Phase aus Schritt 5) zur Reinigung der separierten soliden Feststoffe aus Schritt 3) unter Erhalt einer wässrigen Waschphase und Zugabe der wässrigen Waschphase als wässrige Lösung dem Schritt 2a) und/oder als wässriges
Verteilungsvolumen dem Schritt 2b).
Vorzugsweise handelt es sich bei dem proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterial um nicht- verholztes Pflanzenmaterial.
Die Verwendung von schwefelhaltigen Aminosäuren kann allerdings zu sensorisch unerwünschten Effekten und zu strukturellen und funktionellen Veränderungen von Proteinen und cellulose- basierten Fasern führen. So wird im ersten Schritt des Verfahrens gemäß CN 106 720 920 A eine wässrige Lösung enthaltend Cystein mit einem pH der Lösung von 6-7 bereitgestellt. Da Cystein einen isoelektrischen Punkt bei 5,3 aufweist, ist eine Hyhratation von Proteinen hiermit nicht ausrei- chend möglich, insbesondere kann eine Hydratation von Verbindungen, die von Feststoffen, wie cel- lulose-basierte Fasern umschlossen sind, nicht bewirkt werden. Aus der Beschreibung der chinesischen Patentanmeldung geht hervor, dass in Schritt 1 der pH-Wert mit einer wässrigen Natronlauge auf einen pH-Wert von 6-7 eingestellt wird. Somit lag Cystein in Form einer sauren Lösung vor und musste mit Natronlauge neutralisiert werden. Eine Hydratation der Proteine durch Cystein ist somit nicht erfolgt.
Eine effektive Hydratation von Proteinen, die in/an Fasern gebunden sind, kann bekanntermaßen und wie in dieser Anmeldung gezeigt unter diesen Bedingungen nicht erzielt werden. Des Weiteren wird initial eines großen Volumen für eine Hydratation zugegeben, was sehr unpraktisch ist, wenn ein teures Ingredienz darin in einer gewissen und relevanten Konzentration vor- liegen muss. Mittels der vorliegenden Anmeldung wird ein Verfahren mithilfe Durchtränkung durchgeführt, bei der die minimalste erforderliche Wassermenge die zur Hydratationsvermittlung erforderlich ist, mit der hierfür geringsten Menge an hierin enthaltenen Verbindungen, verwandt. Ferner interagiert Cystein chemisch mit Proteinen, so wird beispielsweise Kleber (Mehleiweißfraktion) modizifiert, indem die Moleküle der Gluteninfraktion durch Thiol-Disulfidaustausch mit den intermolekularen Disulfidbindungen depolymerisiert werden, d.h. das Cystein bricht die Verbindung auf, welche die langen Kettenmoleküle zusammenhalten. Infolgedessen wird der Teig elastischer und entwickelt sich schneller, was nicht immer gewünscht ist und häufig ein Problem darstellt.
In der US Patentanmeldung US 2004/009263 AI wird ein Verfahren zur Zein-Extraktion aus Maismehl offenbart. Es werden schwefelhaltige Verbindungen und insbesondere schwefelhaltige Aminosäuren verwandt, um sie gezielt mit Schwefelverbindungen von Proteinen zu vernetzen. In beiden Fällen werden Proteine chemisch verändert, was ein Problem darstellt, sofern die natürlichen Proteine gewonnen werden sollten. Bei der Extraktion wird ein pH von maximal 7 erlaut. Zur Extraktion wird ein Alkohol verwandt. Die Proteinpartikel sind größer als ΙΟμιτι.
In einem besonders bevorzugten Verfahren befinden sich in der wässrigen Lösung mit einem pH zwi- sehen 7,5 und 13,5 neben der mindestens einen kationischen Aminosäure und/oder Peptide aus 2 bis 50 dieser Aminosäuren keine weiteren Aminosäuren.
Bevorzugt besitzt die mindestens eine gelöste Aminosäure gemäß Schritt 2a) eine molare Masse im Bereich von 75 g/mol bis 350 g/mol, weiter bevorzugt von 100 g/mol bis 320 g/mol, weiter bevorzugt von 140 g/mol bis 300 g/mol und/oder eine Löslichkeit von mindestens 75 g/L in Wasser bei 20°C, bevorzugt von mindestens 100 g/L in Wasser bei 20°C und weiter bevorzugt von mindestens 140 g/L in Wasser bei 20°C aufweist und/oder es sich um a-, ß- oder γ-Aminosäuren und/oder proteinogenen und/oder nicht proteinogenen Aminosäuren handelt.
Die Verwendung von Aminosäuren ist dabei besonders vorteilhaft, da sie physiologische Konstituenten von Proteinen sind und in einer zu gewinnenden Proteinfraktion verbleiben können. In besonders vorteilhafter Weise kann durch die Auswahl von Aminosäuren, die bei der abtrennbaren Proteinfraktion in einem für die Ernährung von Mensch oder Tier nicht ausreichender Menge vorhanden sind, diese mit dem erhaltbaren Produkt gezielt zugeführt werden. Prinzipiell Gleiches gilt für die Verwendung von Oligo- und Polypeptiden, solange sie kein allergenes oder toxisches Potential aufweisen. Bevorzugt ist eine wässrige Lösung, in der die erfindungsgemäßen gelösten Aminosäuren und/oder Peptide ohne weitere Zusätze bei einem sich selbst eingestellten pH der Lösung vorliegen.
In weiter bevorzugten Anwendungsarten erfolgen eine Änderung des pH der wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, durch die Zugabe einer Base oder einer Säure. Dies kann beispielweise durchgeführt werden, um die Löslichkeit einer(s) oder mehrerer der Aminosäu- re(n)/Peptid(e) zu erhöhen. Insbesondere sind hierfür kationische Aminosäuren wie Arginin, Lysin oder Histidin geeignet. Geeignet hierzu sind ferner Hydroxid-ionen, aber auch tertiäre oder quartäre Amine, wie Triehylamin oder Ammoniak. Die Auswahl und einsetzbare Konzentration hängt dabei von der Anwendung (z. B. Herstellung einer Lebensmittelzutat), den Auswirkungen auf die zu lösenden organischen Bestandteile (z. B. Induktion einer Hydrolyse oder einer Denaturierung) und der Austragbarkeit aus dem Produkt sowie aus der Prozessflüssigkeit (sofern störend) ab. Die Auswahl einer geeigneten Säure sowie die Auswahl einer geeigneten Konzentration hängen in analoger Weise von der Anwendung und dem möglichen Verbleib in einem Produkt ab. Geeignete Säuren umfassen z. B. organische Säuren, wie Lactat, Pyruvat, Zitronensäure, Oxalsäure, Phosphorsäure, Ascorbinsäu- re, Acetylsäure, EDTA sowie anorganische Säuren, wie Phosphorsäure oder Schwefelsäure. Die Auswahlkriterien einer geeigneten Base oder einer Säure sind dem Fachmann bekannt.
Allerdings ist es auch möglich, eine Lösungsvermittlung mit ternären Systemen, also mit Hilfe von Co- Solventien vorzunehmen. Geeignete Co-Solventien sind beispielsweise Alkohole, wie Isopropyl- Alkohol, Ethanol oder Methanol, ferner Ethoxylate, Ether, Ester, DMSO, Betaine, Sulfobetaine oder Imidazoline, aber auch andere Solventien können eingesetzt werden. Dabei ist die Verwendung nur geringer Konzentrationen bevorzugt. Geeignete Co-Solventien können auch organische Verbindun- gen mit geringer oder keiner Polarität sein. So können z. B. Carbonsäuren hinzugegeben werden, wie z. B. die Hexan- oder Oktansäure. Andererseits können Alkyverbindungen, wie Hexan oder Oktan aber auch Methylester von Fettsäuren sowie Triglyceride verwendet werden, wie Raps oder Sonnenblumenöl. Bevorzugt sind Kombinationen von verschiedenen wenig bis nicht polaren organischen Lösungsmitteln. Die Verwendung einer geringen Konzentration im Verhältnis zur Konzentration der eingesetzten gelösten Aminosäuren und/oder Peptide, ist bevorzugt. Die Verwendung von wenig polaren oder apolaren Verbindungen ist dann besonders vorteilhaft, wenn in den aufzuschließenden organischen Agglomeraten amphiphile oder unpolare Verbindungen enthalten sind. Durch die zugeführten wenig- bis nicht-polaren organischen Verbindungen, können die abzutrennenden amphiphilen bis unpolaren Verbindungen in einer sich ausbildenden Lipidphase leichter vereinigt werden und hierdurch leichter von einer wässrigen Phase, in der Proteine sowie andere hydrophilen Verbindungen enthalten sind, separiert werden. Bevorzugte unpolare Verbindungen sind Neutralfette, wie Triglyceride, Alkane, oder Fettsäuremethylester.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von organischen Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem wenig bis nicht polare organische Lösungsmittel zur Separation von amphiphilen oder unpolaren Verbindungen verwandt werden.
Weiterhin unerwartet war der Effekt der Verwendung einer Lösung von gelösten kationischen Aminosäuren und/oder Peptiden auf die Löslichkeitseigenschaften der mit den Verfahren gelösten Proteine. Aus der Literatur ist bekannt, dass wässrig gelöste Pflanzenproteine ein Löslichkeitsminimum bei einem pH zwischen 2,5 und 4,5 ausweisen und sich durch Hinzugabe von Säuren oder entsprechen- der Puffersysteme in diesem pH Bereich koagulieren lassen, während dies nicht der Fall ist bei einem pH-Bereich, der über 5 liegt. Bei einer Koagulation kommt es zu einer Entfaltung der Proteine, wodurch die Tertiärstruktur vollständig verloren geht und in Abhängigkeit vom pH es auch zu einem Verlust der Sekundärstruktur kommt. Hierdurch werden die physiko-chemischen Eigenschaften derartig degenerierter Proteine entscheidend verändert. U. a. wird das Wasserbindungsvermögen stark herabgesetzt. Aber auch andere Eigenschaften, wie die Vernetzbarkeit gehen verloren. Der Denatu- rierungsgrad ist dabei invers mit dem pH bei einer Koagulation mit einer Säure korreliert. In Abhängigkeit vom Degenerationsgrad lassen sich koagulierte Proteine nicht mehr oder nur noch eingeschränkt in Wasser lösen. Überraschenderweise kam es zu einer sehr raschen und vollständigen Kondensation von Proteinen, die mit gelösten kationischen Aminosäuren und/oder Peptiden ab/aufgetrennt worden waren und in dem wässrigen Medium gelöst vorlagen, bereits durch die Hinzugabe von minimalen Mengen von Säuren. Es zeigte sich, dass eine vollständige Kondensierung der gelösten Proteine bei einem neutralen pH, also pH 7 oder in einem annähernd neutralen pH- Bereich, also bei einem pH zwischen 5,5 und 8, erfolgte. Derartige Kondensate können durch eine strake Agitation in feinste Partikel zerteilt werden. Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, wobei in Schritt 4) der pH-Wert der wässrigen Lösung des Schritts 3) auf einen pH-Wert im Bereich zwischen 5,5 und 8 eingestellt wird.
Somit wurde überraschenderweise gefunden, dass mit dem Verfahren das Löslichkeitsminimum von gelösten Protinen in einen neutralen oder annähend neutralen pH-Bereich verschoben werden kann.
Überraschenderweise kam es bei einer raschen Absenkung des pH der Lösung, in der die erfindungs- gemäß abgetrennten und gelösten Proteinen vorlagen, auf einen pH von < 5 nur zu einer geringen Aggregation der gelösten Proteine, wobei die Aggregationsrate mit absinkenden pH weiter reduziert wurde und in einer milchartige From vorlagen. Auch bei einer Absenkung des pH auf Werte unter 3 kam es zu keiner Koagulation der gelösten Proteine. Somit kann in überraschender und überaus vorteilhafter Weise mit den erfindungsgemäßen Verfahren das Löslichkeitsminimum von gelösten Prote- inen in einen pH-Bereich verschoben werden, der größer ist als 5. Ferner überraschend war, dass es bei den Kondensaten zu keinem Verlust der Tertiärstruktur kam, wodurch anders als bei Proteinkoa- gulaten, bei denen die Tertiärstruktur verloren geht, die physiko-chemischen Eigenschaften der erhaltenen Proteinkondensate erhalten blieben. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass der einmal angeregte Kondensationsprozess sich selbstständig fortsetzt, ohne dass es der Zugabe eines der hierin aufgeführten Kondensationsmittel bedarf. Hierdurch kann eine vollständige spontane Kondensation von nicht denaturierten Proteinen erreicht werden, ohne einen relevanten Einschluss von Verbindungen, die zur Initiierung der Kondensationsreaktion zugesetzt worden sind. Dies ist besonders vorteilhaft, da hierdurch vorteilhafte Effekte auf ein Aufreinigungsverfahren der erhaltenen Proteinmasse, wie dies im Stand der Technik üblich ist, verzichtet werden kann. Ferner besteht nur ein geringer Bedarf an Kondensierungsmitteln. Ferner entfallen aufwendige Aufreinigungsschritte der Prozesslösung, z. B. einer Neutralisation einer sauren Prozesslösung. Ferner steht die Prozesslösung, wie im Folgenden weiter dargestellt, für eine Wiederverwendung in einem anderen Prozessschritte unmittelbar zur Verfügung. Ferner konnte dokumentiert werden, dass die erhaltbaren Prote- inprodukte, infolge des Erhalts ihrer physiko-chemischen Eigenschaften, verbesserte Produkteigenschaften aufweisen, als vergleichbare Proteinpräparate aus dem Stand der Technik. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Abtrennung von Proteinen bei einem neutralen pH ermöglicht werden, wodurch sich die funktionellen Eigenschaften der abgetrennten Proteine deutlich verbessern lassen, wie im Folgenden demonstriert. Daher ist eine bevorzugte Ausführungsform des er- findungsgemäßen Verfahrens, die Lösung von Proteinen in/mit einer kationischen Aminosäure und/oder Peptid-Lösung, zur Verschiebung des Löslichkeitsminimums der gelösten Proteine in einen pH-Bereich von vorzugsweise > 5, mehr bevorzugt von > 5,5, weiter bevorzugt von > 6 und weiter bevorzugt von 7. Ferner ist bevorzugt ist die Herstellung eines Löslichkeitsminimums der gelösten Proteine von < 13, weiter bevorzugt von < 12, noch weiter bevorzugt von < 11 und weiter bevorzugt von < 10. Besonders bevorzugt ist eine Verschiebung des Löslichkeitsminimums der gelösten Proteine auf pH 7.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine Erhöhung des Löslichkeitsminimums von gelösten Proteinen erreicht wird.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Löslichkeitsminimum von gelösten Proteinen in einen pH- Bereich zwischen 5,5 und 8 verschoben wird.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Kondensation und Separation von nicht oder annähernd nicht degenerierten Proteinen, indem in einer wässrige Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, gelöste Proteine durch ein Kondensationsmittel kondensiert werden. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Bevorzugt sind nicht oder annähernd nicht degenerativ veränderte Proteine, erhaltbar durch eine Kondensation gelöster Proteine.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine Verschiebung des Löslichkeitsminimums in einen pH- Bereich zwischen 5,5 und 8 durch eine Lösung von gelösten Aminosäuren und/oder Peptiden erfolgt und die gelösten Proteine durch eine Einstellung des pH der Lösung auf einen Wert zwischen 5,5 und 8 kondensierbar und separierbar sind. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Es hat sich gezeigt, dass bei den gleichen Proteinen, bei denen mit den erfindungsgemäßen Verfah- ren eine Erhöhung des Löslichkeitsminimums erreicht worden ist, wie z. B. denen aus einem Raps- oder Soja-Presskuchen, wenn sie präparativ aus dem Ausgangsmaterial extrahiert worden waren, das Löslichkeitsminimum in einem pH-Bereich von 2,8 bis 4,2 lag.
Ferner konnte überraschenderweise gezeigt werden, dass bei den Proteinen, bei denen das Löslichkeitsminimum durch die gelösten kationischen Aminosäuren und/oder Peptide in einen neutralen oder annähernd neutralen Bereich vorschoben worden ist, sich die gelösten und hydratisierten Proteine mit eine Vielzahl ionischer oder nicht-ionischer Verbindungen ebenfalls kondensieren lassen. So konnte beispielweise mit einer pH-neutralen CaCI2-Lösung, aber auch Lösungen, enthaltend Silikat und/oder Carbonat-Anionen, eine erfindungsgemäße Kondensation erreicht werden. Die Proteinkondensate zeichnen sich dabei dadurch aus, dass sie sehr voluminöse Raumstrukturen bilden, die nur eine geringe Tendenz zur Sedimentation aufweisen, aufgrund einer großen Hydrathülle. Im Gegensatz zu Koagulaten, die durch eine Säurefällung von Proteinisolaten von Pflanzenproteinen mit Säuren bei einem pH zwischen 2,5 und 4,5 hergestellt wurden, waren die Kondensate oder die dehydrierte Masse von Kondensaten, bei einer Resuspendierung in einem Wasser rasch löslich, während dies nicht oder nur zu einem geringen Teil der Fall war, bei den mit Säure koagulierten Proteinen. Derartig koagulierte Proteine hatten auch deutlich kleinere Raumvolumina und einen erheblich geringeren Anteil an gebundenem Wasser. Daher bleibt bei den erfindungsgemäß kondensierten Proteinen, im Gegensatz zu koagulierten Proteinen, eine Hydrathülle erhalten, die eine rasche Hydratation kondensierter und/oder kondensierter und dehydrierter Proteine ermöglicht. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass gerade diese Eigenschaften einen entscheidenden Einfluss auf weitere Prozesssierungsschritte der kondensierten und/oder kondensierten und dehydrierten Proteine haben. Insbesondere wird durch eine leichtere Hydratisierbarkeit beispielsweise eine Aufreinigung, eine Konditionierung, eine Funktionalisierung oder Belegung/Kontaktierung mit anderen Verbindungen entscheidend verbessert.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass gelöste kationische Aminosäuren und/oder gelöste Pep- tide, die kationische Aminosäuren enthalten oder eine positive Gesamtladung aufweisen, besonders geeignet sind, um die erfindungsgemäße Erhöhung des Löslichkeitsminimums von gelösten Proteinen zu ermöglichen. Besonders bevorzugt sind daher gelöste kationische Aminosäuren und/oder gelöste Peptide, die kationische Aminosäuren enthalten oder eine positive Ladung aufweisen. Besonders bevorzugt sind Arginin, Lysin, Histidin, sowie deren Derivate.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine Erhöhung des Löslichkeitsminimums von gelösten Proteinen durch gelöste kationische Aminosäuren und/oder gelöste Peptide, enthaltend kationische Aminosäuren, erreicht wird.
Weiterhin überraschend war, dass die Proteine, bei denen mittels der erfindungsgenmäßen Aminosäure- und/oder Peptidlösungen eine Verschiebung des Löslichkeitsminimums in einen neutralen pH- Bereich erfolgt war und eine Kondensierung der gelösten Proteine durch eine pH-Werteinstellung in diesen Bereich erfolgt war, die kondensierten und aus dem wässrigen Medium separierten Proteine vollständig oder fast vollständig geruchs- und geschmacks-frei waren und auch keine oder fast keine Farbstoffe enthielten, die sich durch ein wässriges Medium herauslösen lassen. Ferner lag bei der erhaltenen Proteinfraktion ein neutraler pH vor. Derartig gewonnenen Proteine ließen sich bei einer Resuspendierung in Wasser sehr leicht lösen. Überraschenderweise wurde gefunden, dass insbeson- dere kationische Aminosäuren und/oder Peptide, die gelöst einer solchen Suspension hinzugegeben wurden, bereits in sehr geringer Konzentration eine Hydratation der Proteine bewirkten, die dazu führte, dass derartig hydratisierte und kondensierte Proteine ein sehr hohes Wasserbindungsvermögen erlangten. Dies wurde festgestellt, indem die hydratisierten Proteine kondensiert und mit einem Filter (Siebmaß ΙΟμιτι) in einer Unterdrucknutsche von freiem Wasser befreit wurden. Der nicht mehr fließfähige Rückstand wurde gewogen und in einem Trockenschrank getrocknet und das Trockengewicht bestimmt. Aus der Gewichtsdifferenz im Verhältnis zum Trockengewicht wurde das Wasserbindungsvermögen berechnet. Dieses betrug für derartig resuspendierte Proteine zwischen 430 und 850 Gew%.
Ferner konnte gezeigt werden, dass präparativ gewonnene Proteine, die ein Löslichkeitsminimum in einem pH- Bereich zwischen 2,5 und 4,5 aufwiesen, nach einer Suspendierung in einer erfindungsgemäß hergestellten Aminosäure und/oder Peptid-Lösung ein Löslichkeitsminimum zwischen pH 6,5 und 8,5 hatten und sich mit den hierin aufgeführten Verbindungen kondensieren, dehydrieren und separieren ließen. Es wurde dann gefunden, dass das Wasserbindungsvermögen der gleichen Protei- ne, die mittels eines Extraktionsprozesses aus den Ausgangsmaterialien gewonnen worden waren und bei denen ein Löslichkeitsminimum bei einem pH zwischen 2,8 und 4,2 vorlag, das Wasserbindungsvermögen nach einer 10 stündigen Resuspendierung in Wasser zwischen 140 und 220 Gew% betrug, während das Wasserbindungsvermögen bei den gleichen Proteinen, wenn sie in einer Lösung mit gelösten kationischen Aminosäuren und/oder Peptiden suspendiert oder resupendiert wurden, auf Werte zwischen 450 und 650Gew% anstieg.
Daher werden in einer bevorzugten Verfahrensausführung koagulierte Proteine mittels einer Aminosäure- und/oder Peptid-Lösung suspendiert und/oder resuspendiert und hydratisiert, wodurch sie ein Wasserbindungsvermögen erlangen von vorzugsweise > 400 Gew%, mehr bevorzugt > 500 Gew%, weiter bevorzugt > 600 Gew% und noch weiter bevorzugt > 700 Gew%.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Hydratisierung von koagulierten Proteinen durch eine Suspendierung in einer Lösung gelöster Aminosäuren und/oder Peptiden. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Bevorzugt sind kationische Aminosäuren und/oder Peptide. Die bevorzugte Konzentration der katio- nischen Aminosäuren und/oder Peptide, die in der Suspension mit zu hydratisierenden Proteinen vorliegt, beträgt zwischen ΙΟμιτιοΙ und 3 mol/l, mehr bevorzugt zwischen ΙΟμιτιοΙ und 1 mol/l, weiterbevorzugt zwischen 1 mmol und 0,5 mol/l. Die Temperatur, bei der die erfindungsgemäße Hydratation von Proteinen erfolgt, beträgt vorzugsweise zwischen 5 und 90°C, mehr bevorzugt zwischen 10 und 60°C und weiter bevorzugt zwischen 15 und 45°C. Der pH der Lösung, in der die erfindungsge- mäße Hydratation von Proteinen erfolgt, liegt vorzugsweise zwischen 7,5 und 13,5, weiter bevorzugt zwischen 7,5 und 12,5 und weiter bevorzugt zwischen 7,5 und 11,5. Vorzugsweise erfolgt eine Agitation der Lösung mit den zu hydratisierenden Proteinen, bevorzugt ist ein Propellermischer. Die Dauer, die zur vollständigen Hydratation der Proteine erforderlich ist, hängt von den übrigen Prozessparametern ab und ist daher individuell zu bestimmen. Bevorzugt ist eine Dauer zwischen 5 Minuten und 5 Tagen, mehr bevorzugt zwischen 10 Minuten und 1 Tag und weiter bevorzugt zwischen 15 Minuten und 1 Stunde. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine Hydratisierung von Proteinen mittels Aminosäure- und/oder Peptid-Lösungen erfolgt. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Suspension und/oder esuspendierung und Hydratation von konden- sierten/aggregierten/komplexierten Proteinen mit Aminosäure- und/oder Peptid-Lösungen. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Steigerung des Wasserbindungsvermögens von Proteinen durch ge- löste kationische Aminosäuren und/oder Peptide.
Ab-/und Auftrennungsverfahren.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Proteine, die mit anderen Verbindungen verbunden oder komplexiert sind, nur eine geringe Wasseraufnahme und Wasserbindungskapazität aufweisen. Dies erklärt, warum sich Samen, Körner oder Kerne auch nach einer mechanischen Desintegration und mechanischem Aufschluss nur langsam und unvollständig von Wasser durchdringen lassen. Es konnte gezeigt werden, dass Basen und Säuren aus dem Stand der Technik nicht geeignet sind, einen vollständigen Aufschluss von pflanzlichem Ausgangsmaterial in seine Hauptkonstituenten, auch nicht nach einer mechanischen Desintegration, zu bewerkstelligen. Bei Untersuchungen zur Auftrennung von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien in wässrigen Lösungen zeigte sich, dass alkali- sehe wässrige Lösungen, die durch Erdalkali-Metalle hergestellt worden waren, zu keiner vollständigen Lösung der Feststoffaggregate von Pressrückständen führten. Überraschenderweise ermöglichten wässrige Lösungen von sehr gut wasserlöslichen Aminosäuren hingegen zunächst eine sehr starke Quellung der Ausgangsmaterialien, die sich dann spontan verteilten. Durch leichtes Rühren wurden die Hauptkonstituenten in der Wasserphase erkennbar und konnten vereinzelt werden. Es konn- te sodann gezeigt werden, dass es durch ein Einlegen der Ausgangsmaterialien in wässrige Lösungen, in denen die Aminosäuren und/oder Peptide in gelöster Form vorlagen, ebenfalls zu einem raschen und vollständigen Lösen der Konstituenten der Ausgangsmaterialien kommt, die hierin vereinzelt werden können. Dies war insbesondere bei Anwesenheit von kationischen Aminosäuren oder Patiden mit kationischen Aminosäuren der Fall.
In einer bevorzugten Verfahrensausführung werden mechanisch desintegrierte pflanzliche Ausgangsmaterialien in eine wässrige Lösung, enthaltend eine oder mehrere Aminosäuren und/oder Peptide in gelöster Form, gegeben und hierin belassen, bis eine vollständige Ab-/Auftrennung der Hauptkonstituenten der Ausgangsmaterialien stattgefunden hat und diese sich in vereinzelbarer Form hierin lösen bzw. suspendiert vorliegen. Das Gewichtsverhältnis zwischen dem Ausgangsmate- rial und der wässrigen Lösung beträgt dabei vorzugsweise zwischen 1:5 und 1: 500, mehr bevorzugt zwischen 1:10 und 1:150 und weiter bevorzugt zwischen 1:15 und 1:50. Die Temperatur, bei der dies erfolgt, ist frei wählbar, bevorzugt ist eine Temperatur zwischen 10 und 120°C, mehr bevorzugt zwischen 15 und 90°C und weiter bevorzugt zwischen 20 und 60°C. Vorzugsweise erfolgt eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Durchmischung. Die Dauer des Prozessschritts, in der eine Ab- /Auftrennung und eine Verteilung der Konstituenten des Ausgangsmaterials in einem Wasservolu- men gleichzeitig abläuft, ist von den Prozessparametern abhängig und muss individuell ermittelt werden. Eine solche Prüfung kann beispielsweise erfolgen, indem aus dem agitierten Lösungsgemisch eine repräsentative Probe entnommen und mit einem Sieb (Siebmaß ΙΟΟμιτι) filtriert wird. Sofern im Siebrückstand keine Aggregate verschiedener Konstituenten der Ausgangsmaterialien mehr erkenn- bar sind und sich die Konstituenten leicht vereinzeln lassen, ist der Prozess abgeschlossen.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten mechanisch desintegrierter Samen, Körner oder Kerne dadurch erreicht wird, indem die Samen, Körner oder Kerne in eine Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, eingelegt werden, bis die Konstituenten leicht vereinzelbar sind.
Überraschenderweise wurde dann gefunden, dass es durch Tränken der pflanzlichen Ausgangsmaterialien mit wässrigen Lösungen, in denen Aminosäuren und/oder Peptide in gelöster Form vorlagen, sehr rasch zu einer vollständigen Durchdringung der wässrigen Lösung durch das pflanzliche Ausgangsmaterials kommt, welches dabei leicht quillt. Durch eine anschließende Hinzugabe von Wasser wurde sodann eine vollständige Lösung der Konstituenten des Ausgangsmaterials ermöglicht. Dies war insbesondere bei Anwesenheit von kationischen Aminosäuren oder Peptiden mit kationischen Aminosäuren der Fall. Es zeigte sich, dass bereits geringe Konzentrationen von gelösten kationischen Aminosäuren und/oder Peptiden, wie z. B. von Arginin oder dessen Derivaten, ausreichen, um eine derartige Ab-/Auftrennung der Verbundstrukturen der Ausgangsmaterialien zu erzielen. Andererseits ließ sich durch eine hohe Konzentration von gelösten Aminosäuren und/oder Peptiden der Lösungs- Vorgang beschleunigen. Es hat sich gezeigt, dass es dabei und/oder dadurch zu einer Desintegration zwischen den Hauptkonstituenten des pflanzlichen Materials kommt. Es wurde gefunden, dass es durch eine Verteilung eines vollständig durchtränkten pflanzlichen Ausgangsmaterials in einem ausreichend großen Wasservolumen zu einem sofortigen und vollständigen Lösen der Konstituenten des Ausgangsmaterials kommt, sodass die verschiedenen Konstituenten bereits unmittelbar in vereinzel- ter Form vorliegen. Es wurde gefunden, dass durch dieses Verfahren gegenüber einem Einlegen der Ausgangsmaterialien in eine wässrige Lösung, in der ein Ab-/Auftrennvorgang und eine Verteilung der gelösten Konstituenten des Ausgangsmaterials gleichzeitig stattfindet, die zur vollständigen Lösung der Konstituenten erforderliche Menge an gelösten Aminosäuren und/oder Peptiden erheblich reduziert werden kann. So konnte beispielsweise demonstriert werden, dass eine Lösung von Arginin mit einer Konzentration von 10mmol/l zu einer vollständigen Ab-/Auftrennung der Konstituenten des Ausgangsmaterials innerhalb von 1 Stunde führte, bei einer Einlage des Ausgangsmaterials in die Lösung in einem Gewichtsverhältnis von 1:20. Dieses Gewichtsverhältnis war ausreichend um eine Vereinzelung der Konstituenten zu ermöglichen. Wurde das pflanzliche Ausgangsmaterial mit der gleichen Lösung vollständig durchtränkt, wozu ein Massegewichtsverhältnis von 1:1,2 ausreichend war und nach 4 Stunden die durchtränkte Masse in Wasser, bei dem Masseverhältnis, das der der Voruntersuchung entsprach (1:20), gelöst und verteilt wurde, stellte sich ebenso eine unmittelbare vollständige Verteilung der Konstituenten des Ausgangsmaterials dar. Vergleichende Untersuchungen mit wässrigen Lösungen von basischen Verbindungen zeigten, dass eine vollständige Durchdringung nicht möglich war und/oder bei einer Verteilung in einem Wasservolumen nach 4 und nach 6 Stunden, es nur zu einer unzureichenden Separation der Konstituenten des Ausgangsmaterials gekommen war. Es konnte somit gezeigt werden, dass ein Durchtränken des pflanzlichen Ausgangsma- terials mit einer wässrigen Lösung mit hierin gelösten Aminosäuren und/oder Peptiden einen Auf- schluss der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials bewirkt, wodurch eine Verteilung der Konstituenten in einem ausreichend großen Wasservolumen ohne weiteren Zusatz der erfindungsgemäßen Verbindungen möglich ist. Die Verfahrensdurchführung ermöglicht somit eine erhebliche Einsparung von Aminosäuren und/oder Peptiden, die zu einer erfindungsgemäßen Separation der Konstituenten der Ausgangsmaterialien erforderlich sind. In einer bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt eine Ab-/Auftrennungsphase, in der das pflanzliche Ausgangsmaterial mit einer wässrigen Lösung von Aminosäuren und/oder Peptiden, die hierin in gelöster Form vorliegen, in Kontakt gebracht wird, sodass eine vollständige Durchtränkung/Durchdringung des pflanzlichen Ausgangsma- terials mit der wässrigen Lösung erfolgt. Das Vorliegen einer vollständigen Durchtränkung kann geprüft werden, indem beispielsweise das durchtränkte Ausgangsmaterial mechanisch fein zerteilt wird und visuell oder durch analytische Verfahren die Vollständigkeit einer Durchfeuchtung festgestellt wird.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials durch eine Durchtränkung des pflanzlichen Ausgangsmaterials mit einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erfolgt. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
In einer bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt ein Prozessschritt, in dem das mechanisch desintegrierte pflanzliche Ausgangsmaterial in einem geeigneten Behältnis mit einer der erfindungsgemäßen wässrigen Lösungen, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, beaufschlagt wird, um es hiermit zu durchtränken. Durchtränken bedeutet hierbei, dass bei einem fein zerteilten durchtränkten Material dieses vollständig feucht (Feuchtegehalt > 20 Gew%) ist. Eine Durchfeuchtung kann beispielsweise visuell, z. B. durch eine Änderung der Farbe, oder analytisch, z.B. durch Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, erkannt werden. Mit dem Begriff„feucht" ist nicht gemeint, dass das Ausgangsmaterial nass ist; bei einer Zentrifugation des durchtränkten feuchten Ausgangsmaterials mit 2.000 g separiert sich keine freie Flüssigkeit. Eine Beaufschlagung mit den wässrigen Lösungen kann mit Verfahren aus dem Stand der Technik erfolgen. Geeignet ist hierfür beispielsweise ein ührkes- sei, der eine vollständige Umwälzung des Mischgutes ermöglicht und in den die wässrige Lösung solange hinzugegeben wird, bis in einer repräsentativen Probe eine vollständige Durchtränkung festgestellt wird. In einer anderen Verfahrensausführung wird das pflanzliche Ausgangsmaterial auf einem Förderband oder einem Fördersiebband verteilt und das verteilte Ausgangsmaterial mit der wässrigen Lösung besprüht. Bevorzugt ist die Beaufschlagung des pflanzlichen Ausgangsmaterials mit ei- nem Volumen der wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide und insbesondere kationischen Aminosäuren oder Peptide mit kationischen Aminosäure, in einem Massenverhältnis von 1:0,5 bis 1:10, mehr bevorzugt zwischen 1:1 und 1:8 und weiter bevorzugt zwischen 1:1,2 und 1:4. Die Temperatur, bei der die Durchtränkung erfolgen kann, ist frei wählbar, bevorzugt ist eine Temperatur zwischen 6 und 90°C, weiter bevorzugt zwischen 10 und 60°C und weiter bevorzugt zwi- sehen 18 und 40°C. Das durchtränkte pflanzliche Ausgangsmaterial kann nach Feststellung der Vollständigkeit der Durchtränkung in ruhendem oder weiter agitierten Zustand in dem Behältnis verblei- ben oder in ein anderes Behältnis gefüllt werden, bis zur Durchführung des nächsten Prozessschritts. Eine Umfüllung kann mittels bekannter Fördertechniken bewerkstelligt werden, beispielsweise mit einem Förderband.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird mit dem erfindungsgemäßen Ab- /Auftrennverfahren eine vollständige Quellung des pflanzlichen Ausgangsmaterials durchgeführt. Das zur vollständigen Quellung des Ausgangsmaterials erforderliche Volumen der wässrigen Lösungen, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, ist dabei größer, als das, das zur vollständigen Durchtränkung des Ausgangsmaterials erforderlich ist. Dies kann dann besonders vorteilhaft sein, wenn das Ab/-Auftrennungs-Gemisch dieses Prozessschritts in ein anderes Behältnis mit einer Pump- Vorrichtung befördert werden soll; das gequollene Material lässt sich mit Pumpvorrichtungen aus dem Stand der Technik leicht, z.B. durch eine Rohrleitung, befördern. Es konnte gezeigt werden, dass nach einer Quellung des mechanisch aufgeschlossenen Ausgangsmaterials, die bei einer weiteren Wasserzugabe nicht weiter zunimmt, der Ab-/Auftrennprozess vollständig abgeschlossen ist und sich die Konstituenten dann durch Wasser und ohne weiteren Zusatz von gelösten Aminosäuren oder Peptiden oder anderen Verbindungen vollständig voneinander separieren lassen. Im Gegensatz zu durchfeuchteten Ausgangsmaterialien, ist das vollständig gequollenen Ausgangsmaterial als nass zu bezeichnen. Eine vollständige Quellung kann beispielsweise daran erkannt werden, dass das gequollene Material keine weitere Wassermenge mehr binden kann, erkenntlich dadurch, dass eine weitere Zugabe von Wasser zu keiner weiteren Volumenzunahme des gequollenen homogenen Materials führt und bei einer Zentrifugation (2.000g) nur minimale freie flüssige Phase separiert. Eine Prüfung, ob eine weitere Wasserbindung möglich ist, kann erfolgen, indem einer Probe des gequollenen Materials, deren Masse bestimmt wird, eine 0,3molare Lösung der Aminosäure-und/oder Peptidlösung in kleinen Volumeneinheiten hinzugegeben wird. Sofern sich eine freie Wasserphase ausbildet, ist der Quellungsvorgang abgeschlossen, andernfalls ist die Zugabe der eingesetzten Aminosäure- und/oder Peptidlösung zu dem Gemisch fortzusetzen. Das Zugabevolumen wässriger Lösungen, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide variiert naturgemäß stark je nachdem, welches Ausgansmaterial verwandt wird und in welcher Form dieses vorliegt. Bevorzugt ist ein Massenverhältnis des Ausgangsmaterials mit den wässrigen Lösungen, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, zwischen 1:4 und 1:20, mehr bevorzugt zwischen 1:5 und 1:15 und weiter bevorzugt zwischen 1:6 und 1:10. Die Temperatur, bei der die Durchtränkung erfolgen kann, ist frei wählbar, bevorzugt ist eine Temperatur zwischen 6 und 90°C, weiter bevorzugt zwischen 10° und 60°C und weiter bevorzugt zwischen 18 und 40°C. Das vollständig gequollene pflanzliche Ausgangsmaterial kann in ruhendem oder weiter agitiertem Zustand in dem Behältnis verbleiben oder in ein anderes Behältnis gefüllt werden, bis zur Durchführung des nächsten Prozessschritts. Eine Umfüllung kann mittels bekannter Fördertechniken bewerkstelligt werden, beispielsweise mit einer Schneckenpumpe, die eine Beförderung durch eine Rohrleitung ermöglicht.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials durch eine Quellung des pflanzlichen Ausgangsmaterials mit einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäu- ren und/oder Peptide, erfolgt. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind. In einer bevorzugten Verfahrensausführung werden für den Prozessschritt der Ab-/Auftrennung des pflanzlichen Ausgangsmaterials, der mittels eines Durchtränkungs- oder Quellungsverfahrens erfolgt, wässrige Lösungen mit Aminosäuren und/oder Peptiden, die hierin gelöst vorliegen, in einer Konzentration von vorzugsweise 1 mmol/1 bis 5 mol/l, mehr bevorzugt von 50mmol/l bis lmol/l und wei- ter bevorzugt zwischen 100mmol/l und 400mmol/l vorliegen, hinzugegeben.
Die Hinzugabe der wässrigen Lösung kann einmalig, mehrmalig oder kontinuierlich und bedarfsweise erfolgen. Der Aufschlussvorgang erfolgt vorzugsweise bei Umgebungstemperauren, bzw. in den zuvor angegebenen Temperaturbereichen. In weiteren Verfahrensausführungen kann es vorteilhaft sein, den Ab-/Auftrennvorgang bei einer erniedrigten oder einer erhöhten Temperatur durchzufüh- ren. Eine erniedrigte Temperatur ist dann beispielsweise vorteilhaft, wenn eine thermosensible Verbindung als Produkt aus dem Stoffgemisch erhalten werden soll und eine erhöhte Temperatur ist beispielsweise vorteilhaft, wenn z. B. eine gleichzeitig erfolgende Keimreduktion erwünscht ist.
Um eine vollständige Ab-/Auftrennung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials zu erreichen, ist es bevorzugt, eine Verweilzeit zwischen der vollständigen Durchtränkung oder der voll- ständigen Quellung und der Durchführung des nächsten Prozessschritts einzuhalten, die vorzugsweise zwischen 5 Minuten und 24 Stunden, weiter bevorzugt zwischen 10 Minuten und 12 Stunden und weiter bevorzugt zwischen 20 Minuten und 6 Stunden beträgt. Es ist nicht notwendig das Gemisch nach der Durchtränkung oder Quellung zu agitieren. Um ein Absetzten von Bestandteilen zu verhindern, kann allerdings eine Agitation, z. B. mittels eines Rührwerkes, erfolgen. Die Temperatur des Gemisches während der Lagerungs-/Beförderungsdauer bis zur nächsten Protestrufe, kann frei gewählt werden, bevorzugt ist eine Temperatur zwischen 6 und 90°C, weiter bevorzugt zwischen 10° und 60°C und weiter bevorzugt zwischen 18 und 40°C.
Mit einem einfachen Testverfahren lässt sich bestimmen, ob ein Gemisch dieses Prozessschritts geeignet ist für eine Zuführung zu dem nächsten Prozessschritt. Hierzu wird eine repräsentative Probe aus dem Gemisch entnommen und in einem Wasser (25°C), in einem Massenverhältnis von 1:20 gegeben und für 2 Minuten mit 200 rpm agitiert. Anschließend wird die gesamte Suspension filtriert (Siebmaß ΙΟΟμιτι). Der Siebrückstand wird visuell und/oder mikroskopische auf das Vorliegen von Aggregaten aus Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials untersucht. Liegen keine Aggregate vor, so ist eine ausreichende Ab-/Auftrennung der Konstituenten des Ausgangsmaterials erfolgt und der Prozessschritt ist abgeschlossen.
Verteilungsverfahren
In einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Prozessschritt, in der eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials erfolgt ist, eine Verteilung und Vereinzelung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials durchgeführt. Aufgrund der vollständigen Lösung der Proteine von anderen Konstituenten, erlangen diese ein großes Wasserbindungsvermögen. Daher ist für eine räumliche Separation der Konstituenten ein großes wässriges Verteilungsvolumen erforderlich.
Überraschenderweis wurde gefunden, dass die erfindungsgemäße Separation von Konstituenten pflanzlichen Ausgangsmaterials dadurch in besonders vorteilhafter Form ermöglicht wird, indem ein ausreichend großes Wasservolumen zur Verteilung und Vereinzelung der soliden und löslichen gelösten Konstituenten des Ausgangsmaterials bereitgestellt wird, wodurch besonders reine Fraktionen unmittelbar erhalten werden. Es wurde gefunden, dass, wenn ein nicht ausreichend großes Wasservolumen in der Verteilungsphase bereitgestellt wird, die mittels filtrativer Techniken erhaltbaren soliden Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials nicht vereinzelbar sind und Anhaftungen von löslichen Konstituenten des Ausgangsmaterials aufweisen. Daher ist ein entscheidendes Kriteri- um zur erfindungsgemäßen Verteilung und Vereinzelung der soliden Konstituenten des Ausgangsmaterials, die Bereitstellung eines ausreichend großen Verteilungsvolumens. Ferner konnte gezeigt werden, dass die erfindungsgemäße Kondensation und/oder Aggregation und/oder Komplexierung von gelösten Verbindungen durch Kondensationsmittel nicht oder nur unvollständig abläuft, wenn die gelösten löslichen Verbindungen nicht in einem ausreichend großen wässrigen Verteilungsvolu- men gelöst vorliegen. Es hat sich gezeigt, dass das erforderliche Wasservolumen insbesondere von der Zusammensetzung, Art und Konzentration der löslichen Konstituenten des Ausgangsmaterials abhängt und daher die erforderliche Menge des Wasservolumens, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes erforderlich ist, individuell ermittelt werden muss. Die Ermittlung eines ausreichend großen Wasservolumens, das sowohl für die Vereinzelung der soliden Konstituen- ten des Ausgangsmaterials, als auch für einen vollständigen oder nahezu vollständigen Ablauf einer Kondensation und/oder Aggregation und/oder Komplexierung der hierin gelösten löslichen Verbindungen mit den erfindungsgemäßen Kondensierungsmitteln ermöglicht, kann durch die im Folgenden beschriebenen Untersuchungsverfahren leicht durch einen Fachmann erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ab-/Auftrennungsgemisch in Wasser gelöst. Hierzu kann geklärtes Prozesswasser subsequenter Verfahrensschritte verwandt werden oder entionisiertes oder nicht weiter behandeltes Stadt- oder Brunnenwasser.
Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung eines ausreichend großen Wasservolumens der Verteilungsphase, indem mit einer Probe des vorherigen Prozessschritts (dem Ab-/Auftrennungsgemisch) (z.B. 10g) eine Verdünnungsreihe hergestellt wird. Nach einer Rührphase von 3 Minuten erfolgt die Filtration (Siebmaß ΙΟΟμιτι) der Suspension. Der Filterrückstand wird analysiert (visuell oder mikroskopisch) auf Anlagerungen/Anhaftungen von löslichen und mit Wasser abspülbaren Verbindungen. Dem Filt- rat wird eine geeignete Lösung eines Kondensierungsmittels in ansteigender Dosierung hinzugemischt. Ein ausreichend großes Verdünnungsvolumen liegt vor, wenn sowohl keine Anlage- rung/Anhaftung an den soliden Konstituenten des Ausgangsmaterials, das sich im Filterrückstand befindet, vorliegen, als auch eine vollständige Kondensation und/oder Aggregation und/oder Komplexierung der gelösten löslichen Verbindungen, die in dem Verteilungsgemisch vorliegen, erfolgt.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials mittels einer wäss- rigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erfolgt und im Anschluss ein ausreichend großes Wasservolumen zur Verteilung der Konstituenten bereitgestellt wird. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens mit gelösten kationischen Aminosäuren und/oder Peptiden.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Wasservolumens, das ausreichend ist, um solide Konstituenten eines pflanzlichen Ausgangsmaterials anhaftungsfrei zu vereinzeln und eine Kondensa- tion/Aggregation/Komplexierung von löslichen Verbindungen des Ausgangsmaterials, die in gelöster Form vorliegen, mit einem Kondensierungsmittel vollständig oder nahezu vollständig zu kondensierten.
Das Wasservolumen, das zur erfindungsgemäßen Durchführung des folgenden Prozessschrittes er- forderlich ist, wird in einem geeigneten Behälter bereitgestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsart erfolgt die Bestimmung des Wasservolumens dieses Prozessschritts, bzw. des Massenverhältnisses zwischen dem Ab-/Auftrennungsgemisch des zuvorigen Prozessschritts und der Wasserphase des Verteilungsprozessschritts nach Erfahrungs- oder Richtwerten. Naturgemäß können derartige Wertebereiche oberhalb oder unterhalb des Wertes, der aus einer Bestimmung eines ausreichend großen Wasservolumens, das zur optimalen weiteren Prozessdurchführung erforderlich ist, ermittelt worden ist, liegen. Bevorzugt bei dieser Verfahrensausführung ist ein Verhältnis des Wasservolumens zur Trockenmasse des Ausgangsproduktes von 5:1 bis 500:1, mehr bevorzugt von 10:1 bis 150:1 und weiter bevorzugt von 15:1 bis 50:1. Die Art der Einbringung bzw. in Kontaktbringung des Ab-/Auftrennungsgemisches und der Wasserphase dieses Prozess- schritts ist beliebig. Bevorzugt ist ein Eintrag, der mittels eines Hochleistungsschermischers oder eines anderen Intensivmischers, zusammen mit der Wasserphase erfolgt. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, da hierdurch eine unmittelbare Separation der Konstituenten des Ausgangsmaterials in der Wasserphase erfolgt und somit eine unmittelbare Weiterverarbeitung des Verteilungsgemisches zur stofflichen Trennung vorgenommen werden kann. Prinzipiell können alle bekannten Verfahren zur Durchmischung von Lösungen und Suspensionen für diesen Verfahrensschritt angewandt werden. Der Verteilungsprozess kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Der Verteilungspro- zess kann bei einer beliebigen Temperatur erfolgen, bevorzugt ist ein Temperaturbereich der wässri- gen Suspension zwischen 6 und 90°C, weiter bevorzugt zwischen 10 und 60°C und weiter bevorzugt zwischen 18 und 40°C. Die Dauer des Verteilungsprozesses ist beliebig, bevorzugt ist eine Dauer von 1 Minute bis 24 Stunden, mehr bevorzugt von 5 Minuten bis 5 Stunden und weiter bevorzugt von 10 Minuten bis 1 Stunde.
In einer Ausführungsform der hierin beschriebenen Verfahren erfolgt die Durchmischung zum Erhalt eines Verteilungsgemisches der ab- und/oder aufgetrennten Konstituenten aus Schritt 2a) mittels eines Intensivmischers.
Der Verteilungsprozess ist ausreichend und abgeschlossen, wenn es bei einer repräsentativen Probe, die dem Verteilungsgemisch entnommen wird und anschließend durch ein grobes (Maschenweite 1mm) und durch eine feines Sieb (Maschenweite ΙΟΟμιτι) filtriert wird, im Siebrückstad mit dem Auge keine sichtbaren Aggregate von verschiedenen Konstituenten der pflanzlichen Ausgangsmaterialien zu erkennen sind. Die erfolgreiche Verteilung der Konstituenten des Ausgangsmaterials kann auch daran erkannt werden, dass eine Probe des Verteilungsgemisches in einen Messzylinder gefüllt wird und es innerhalb kurzer Zeit zur Separation von 3 Phasen oder im Falle der Anwesenheit von Lipiden von 4 gut gegeneinander unterscheidbaren Phasen kommt. Die hierfür erforderliche Zeit sollte 4 Stunden nicht übersteigen.
Dabei ist die unterste Phase charakterisiert durch einen hohen Anteil an lignin-reichen Fasermateria- lien, sofern diese vorhanden sind. In der darüber befindlichen Schicht besteht ein hoher Anteil an cellulose-basierten Fasermaterialien sowie komplexen Kohlenhydraten. In der darüber befindlichen wässrigen Phase sind die gelösten löslichen Verbindungen, insbesondere die gelösten Proteine und gelösten löslichen Kohlenhydrate sowie anderer lösliche Verbindungen. Im Falle des Vorliegens von Lipiden, schwimmen diese der wässrigen Lösung auf. Die Zusammensetzung und das Mengenver- hältnis der übrigen gelösten Verbindungen variiert erheblich bei den mit dem Verfahren möglichen Anwendungsfällen. Dabei kann es sich um Verbindungen handeln, wie Zuckerverbindungen, Vitamine, Aminosäuren, Carbonsäuren, Polyphenole, Farbstoffe, Geruchs- und Geschmacksstoffe, die in gelöster Form in dem wässrigen Verteilungsvolumen vorliegen.
Sofern die Untersuchung zur Vollständigkeit des Verteilungsprozesses eine ausreichende Separation der Konstituenten des Ausgangsmaterials ergeben hat, ist eine unmittelbar anschließende rückstandsfreie Separation der voneinander gelösten organischen Verbindungen und soliden Feststoffen möglich.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem im Anschluss an eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials mittels einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, eine Verteilung der Konstituenten des Ausgangsmaterials in einer Wasserphase erfolgt. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird durch die Verdünnung mit Wasser die Kon- zentration der gelösten Aminosäuren und/oder Peptide, die in dem Verteilungsgemisch im Anschluss an den Verteilungsvorgang vorliegen, nicht unter 10mmol/l, mehr bevorzugt nicht < 30mmol/l und weiter bevorzugt nicht < 50mmol/l abgesenkt. Das Vorliegen einer bestimmten Konzentration der erfindungsgemäßen Aminosäuren und/oder Peptide kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens, durch einen weiteren Zusatz gelöster Aminosäuren und/oder Peptide adjustiert werden. Dies kann durch einen intensiven einmaligen Mischeintrag oder durch eine kontinuierliche Mischung erfolgen. Dabei ist es vorteilhaft, einen Lufteinschluss oder eine Blasenbildung zu vermeiden, da es hierdurch zu einer Schaumbildung kommen kann. Insofern ist die Verwendung von Laminarmischern vorteilhaft. Einer Schaumbildung kann durch bekannte Techniken entgegengewirkt werden. Weiterhin erfindungsgemäß ist eine Kontrolle und optionale Adjustierung des pH der Verteilungslösung. Dies kann mit Laugen oder Säuren aus dem Stand der Technik erfolgen, bevorzugte Säuren sind HCL oder Ameisensäure, bevorzugte Basen sind NaOH oder Harnstoff. Bevorzugt ist ein pH der Verteilungslösung zwischen 7,5 und 13, mehr bevorzugt zwischen 8,0 und 12,5 und weiter bevorzugt zwischen 8,5 und 11.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen können den Verteilungsgemischen Zusatzstoffe hinzu- gegeben werden, um weitere besonders vorteilhafte Effekte und Wirkungen zu erzielen. Derartige Effekte betreffen beispielsweise eine Oberflächenkonditionierung, die bei cellulose-basierten Fasern, die in diesem Prozessschritt mit dem Prozesswasser expandiert werden. Eine solche Konditionierung kann beispielsweise eine Erhöhung des Wasserbindungsvermögens bewirken, wodurch sich die cellulose-basierten Fasern zum einen in den subsequenten Verfahrensschritten leichter separieren lassen und zum anderen verbesserte Produkteigenschaften der cellulose-basierten Fasern hergestellt werden können. Ferner kann beispielsweise durch den Zusatz von Adsorptionsmitteln, beispielsweise eine Entfernung von Farbstoffen oder Toxinen oder Elektrolyten, u.a.m., bewirkt werden. Die Auswahl von einem oder mehreren Zusatzstoffen, die zu dem Verteilungsvolumen dieses Prozessschritts hinzugegeben werden, hängt von der spezifischen Anwendung und dem Ausgangsmaterial ab und kann durch einen Fachmann entschieden werden. Als mögliche Zusatzstoffe können beispielsweise eingesetzt werden: Harnstoff, DMSO, Zeolite, lonenaustauschharze.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in einem weiteren Verfahrensschritt eine Abtrennung der soliden Feststoffe von dem wässrigen Verteilungsgemisch vorgenommen, die in einer Ausführungsform im Wesentlichen durch die hierin befindlichen Faserstoffe und komplexen Kohlenhydrate repräsentiert werden. Die Separation ist besonders vorteilhaft, da die Faserstoffe, die nach einer Ab-/Auftrennung gemäß der erfindungsgemäßen Verfahren in einem wässrigen Verteilungsvolumen vorliegen, ein sehr großes Wasserbindungsvermögen aufweisen und dadurch die in der wässrigen Lösung vorliegenden gelösten Proteine, aber auch andere gelöste löslichen Verbindungen in die Raumstrukturen, die von diesen Fasern ausgebildet werden, einschließen. Durch eine Kondensierung/ Aggregation/Komplexierung der gelösten organischen Verbindungen, die in einer solchen wäss- rigen Verteilungsphase erfolgt, gehen die in den Faserstoffen befindlichen gelösten organischen Verbindungen einer Gewinnung verloren oder derartig beladene Faserstoffe werden mit den sich ausbildenden Kondensaten aggregiert oder komplexiert, wodurch sie in die erhaltbare Fraktion kondensierter organischer Verbindungen eingetragen werden. Daher ist die Separation der Faserstoffe unter Rückgewinnung des gebundenen Wasseranteils eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens. Es wurde gefunden, dass dies auch ein entscheidendes Kriterium ist, um Fraktionen kondensierter löslicher Verbindungen zu erhalten, die vollständig oder nahezu vollständig geruchs- und/oder geschmacklos sind. Es wurde ferner gefunden, dass Geruchs- und/oder Geschmacksstoffe, aber auch andere Verbindungen, wie Farbstoffe, die in einem Lebensmittel nicht erwünscht sind, insbesondere in der Wasserphase, die an/in die Faserstoffe und hier insbesondere an/in die cellulo- se-basierten Fasern gebunden sind, vorliegen, sodass bei einem Einschluss der expandierten cellulo- se-basierten Fasern in Kondensate von organischen Verbindungen die gelösten, aber noch in den expandierten cellulose-basierten Fasern befindlichen Geruchs-/Geschmacks- und/oder Farbstoffe hierin mit eingeschlossen werden, worin sie verbleiben und auch nach einer Dehydrierung der Kondensate, im Wesentlichen dann für einen unerwünschten Geschmack/Geruch und/oder einer Farbe ursächlich sind. Daher ist ein entscheidendes Kriterium zum Erhalt einer sensorisch fehlerfreien Fraktion kondensierter und dehydrierter löslicher Konstituenten des Ausgangsmaterials die vollständige oder nahezu vollständige Separation von soliden Feststoffen. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Kriterium dann erfüllt ist, wenn nach einer Expansion/Hydratation löslicher Verbindungen und der Faserstoffe sowie Quellung komplexer Kohlenhydrate, die Suspension der gelösten löslichen Verbin- düngen einen Filter mit einem Siebmaß von ΙΟμιτι frei passiert hat. Derartige Lösungen/Suspensionen sind faserfrei oder annähernd faserfrei. Annähernd heißt dabei > 98 Gew%.
Überraschenderweise konnte gezeigt werden, dass eine vollständige oder nahezu vollständige Separation von soliden Feststoffen, die sich in der wässrigen Verteilungsgemisch befinden, mit Filtern möglich ist, die ein erheblich größeres Siebmaß aufweisen, als die Raumdurchmesser, die bei den im Verteilungsgemisch vorliegenden Partikeln und Fasern ermittelt werden konnten. Der Begriff solider Feststoff beschreibt hierin Raumgebilde, die einen Filter mit einem Siebmaß von ΙΟμιτι nicht passie- ren. Hierdurch kann eine sehr einfache Verfahrenstechnik bereitgestellt werden, mit der alle oder nahezu alle soliden Feststoffe aus dem Verteilungsgemisch, in dem die gelösten Proteine sowie andere lösliche und gelösten Verbindungen enthalten bleiben, selektiv abgetrennt werden. Der überraschende und besonders vorteilhafte Effekt, der sich aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt, ist der Erhalt einer wässrigen Phase, in der Hauptkonstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials, die als solider Feststoff vorliegen, nicht mehr enthalten sind und die praktisch die Gesamtheit löslicher Proteine, die in dem Ausgangsmaterial enthalten waren, in einer gelösten und hydratisierten Form enthält. Daher wird in einer bevorzugten Ausführungsform das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass im Anschluss an eine Verteilung der Konstituenten in einem wässrigen Vertei- lungsvolumen durch einen filtrativen Prozess eine wässrige Lösung erhalten wird, mit hierin gelösten und hydratisierten Proteinen, die frei ist von soliden Feststoffen.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials mittels einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erfolgt, sodass die soliden Feststof- fe aus einer wässrigen Verteilungsphase mittels filtrativer Separationstechniken vollständig oder nahezu vollständig von gelösten Proteinen entfernt werden. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials mittels einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erfolgt und im Anschluss an eine Verteilung der Konstituenten in einem wässrigen Verteilungsvolumen durch einen filtrativen Prozess, eine wässrige Lösung mit hierin gelösten und hydratisierten Proteinen erhalten wird, die frei oder annähernd frei ist von soliden Feststoffen. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Geeignete Siebvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hierzu besonders geeignet sind Siebvorrichtungen, die gleichzeitig eine Agitation des Aufgabematerials/Siebrückstandes bewirken, wie beispielsweise Vibrations- oder Taumelsiebe, da der sich aufbauende Siebrückstand die Passage der Wasserphase stark beeinträchtigt. Andere besonders geeignete Filtrationstechniken sind beispielsweise Bogensiebe, Bandfilter oder Siebdekanter. Es können aber auch zentrifugale Abtrennverfahren verwandt werden, wie Dekanter, Zentrifugen oder Separatoren. Nachteilig ist bei einer zentrifugalen Abtrennung, dass auch höhermolekulare Proteine im Schwerkraftfeld mit den soliden Feststoffen ausgetragen werden können und eine weitere Aufreinigung der erhaltenen Feststoffmas- se erfolgen muss, um die mit ausgetragenen gelösten löslichen Verbindungen von den soliden Feststoffen zur separieren, was wiederum vorzugsweise mittels einer geeigneten Filtrationstechnik erfolgt.
Das erforderliche Siebmaß, das zum Erhalt eines Filtrates der wässrigen Lösung des Verteilungsgemisches, in dem nach der Passage eines oder mehrerer Siebe ein Anteil an soliden Feststoffen von < 2 Gew%, mehr bevorzugt von < 1 Gew% und weiter bevorzugt von < 0,1 Gew%, vorliegt, ist für die indi- viduelle Anwendung zu ermitteln. Bevorzugt ist ein Siebmaß eines der Filter von > 50μιτι, mehr bevorzugt von > 80μιτι und weiter bevorzugt von > ΙΟΟμιτι. Der Vorteil, den ein Sieb mit einem größeren Siebmaß bedingt, ist, dass ein erheblich größeres Volumen der Verteilungslösung pro Zeiteinheit filtriert werden kann, bei deutlich geringeren Material- und Prozesskosten. In einer bevorzugten Aus- führungsform erfolgt eine fraktionierte Separation von soliden Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials, was in bevorzugter Weise in einem Prozessschritt vorgenommen werden kann. So können beispielsweise komplexe Kohlenhydrate (z.B. Stärkekörner), die z.T. Dimensionen von 0,5 - 2 mm aufweisen, mittels eines Vorsiebs selektiv abtrennt werden, da je nach Ausgangsmaterial die Faserstoffe mit dem Volumenstrom ein solches Vorsieb vollständig passieren. Daher ist das Verfah- ren auch geeignet für eine selektive Abtrennung von komplexen Kohlenhydraten, wie beispielsweise Stärkekörnern.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials mittels einer wäss- rigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erfolgt und im Anschluss an eine Verteilung der Konstituenten in einem wässrigen Verteilungsvolumen komplexe Kohlenhydrate mittels Filtration selektiv abgetrennt werden. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der erhaltene Filterrückstand dieses Prozess- schritts entwässert. Verfahren hierfür sind im Stand der Technik bekannt. Besonders geeignet sind Sieb-Pressvorrichtungen oder Schneckenpressen oder auch zentrifugale Verfahren, wie Zentrifugen oder Dekanter. Hierdurch kann der Siebrückstand auf eine Restfeuchte von vorzugsweise < 80 Gew%, weiter bevorzugt < 60 Gew% und weiter bevorzugt < 40 Gew% reduziert werden. In einer bevorzugten Ausführungsart des Verfahrens wird die erhaltbare Filtratflüssigkeit der Filtratflüssigkeit des zu- vor erfolgten Filtrationsvorgangs zugeführt. Dies ermöglicht vorteilhafterweise einen nahezu verlustfreien Erhalt der Prozessflüssigkeit der Verteilungsphase und der hierin enthaltenen gelösten Verbindungen. Andererseits lassen sich die so erhaltenen soliden Konstituenten, die nahezu frei von löslichen Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials sind, in einer sehr kondensierten und damit transportablen Form erhalten. Ferner wird die weitere Verarbeitung der soliden Konstituenten deut- lieh vereinfacht. Überraschenderweise werden die Geruchs-/Geschmacks- und/oder Farbstoffe, die in der durch die Entwässerung der separierten soliden Feststoffe enthaltenen Verteilungsgemischphase, die vor einer Hinzufügung zu der bereits zuvor separierten Verteilungsgemischphase mittels einem Filter auf die Abwesenheit von Partikeln, die > ΙΟμιτι sind, geprüft wird, enthalten sind, bei einer Kondensierung der löslichen Konstituenten der Verteilungsgemischphase gemäß der hierin beschriebenen Verfahren nicht mit/an den erhaltbaren Kondensaten der löslichen Konstituenten des Ausgangsmaterials gebunden oder werden mit diesen ausgetragen, sodass es hierdurch zu keinem Eintrag von Geruchs-/Geschmacks- und/oder Farbstoffen, in die kondensierte und dehydrierte Produktphasen der löslichen Konstituenten kommt.
Mit diesem Verfahrensschritt wird eine faser-freie Lösung erhalten, die vorzugsweise > 98 Gew%, mehr bevorzugt > 99 Gew% und am meisten bevorzugt > 99,5 Gew% der Masse an Proteinen enthält, die ursprünglich im Ausgangsmaterial vorlag.
Die übrigen Prozessbedingungen können frei gewählt werden. Das Filtrat und der Sieb-, bzw. Pressrückstand werden in separaten und hierfür geeigneten Behältnissen aufgefangen bzw. eingeleitet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt eine Kondensation und/oder Aggregation und/oder Komplexierung der gelösten Proteine und/oder anderer gelöster Verbindungen des Filtrats des zuvorigen Prozessschritts. Ziel dieses Kondensierungspro- zesses ist es, einen Zusammenschluss von gelösten bzw. hydratisierten Proteinen und/oder anderen gelösten Verbindungen zu bewerkstelligen, der es ermöglicht, eine Proteinmasse bzw. Produktmasse auszubilden, die sich mittels bekannter Trenntechniken separieren und möglichst prozesswasser-arm gewinnen lässt. Überraschenderweise kann dieses Ziel erreicht werden, durch bereits geringe Konzentrationen der hierin aufgeführten Kondensierungsmittel in gelöster Form. Besonders geeignete Kondensierungsmittel sind beispielsweise Säuren, hierunter bevorzugt organischen Säuren, wie beispielsweise Zitronensäure oder Milchsäure, ferner Salze, wie beispielsweise NaCI, ferner Komplexbildner, wie beispielsweise EDTA, aber auch Adsorptionsmittel. Weiterhin sind lösliche zweiwertige Kationen bevorzugt, wie Aluminium-, Calcium- und Magnesium-Salze. Ferner Ammoniumverbindungen, wie Ammoniumsulfat, sowie Betaine, Sulfobetaine, Imidazoline. Ferner oberflächenaktive Verbindungen, wie DMSO oder DDT. Ferner Silikate und Carbonate. Ferner sind Kombinationen der hierin aufgeführten Kondensierungsmittel vorteilhaft, wie z. B. eine Kombination aus Zitronensäure und Aluminiumchlorid. Bevorzugt ist die Verwendung wässriger Lösungen der Kondensierungsmittel.
Die Temperatur, bei der eine Kondensation und/oder Aggregation und/oder Komplexierung erfolgt, kann prinzipiell frei gewählt werden. Bevorzugt ist eine Temperatur zwischen 6 und 90°C, weiter bevorzugt zwischen 10 und 60°C und weiter bevorzugt zwischen 18 und 40°C. Bevorzugt ist die Einstellung eines bestimmten pH-Bereiches, das Optimum ergibt sich aus der Auswahl bzw. der Kombinati- on mit dem Kondensierungsmittel. Der optimale pH-Bereich kann mit dem zuvor beschriebenen Verfahren ermittelt werden. Der pH der wässrigen Lösung enthaltend gelöste Verbindungen, bei der die erfindungsgemäße Kondensation und/oder Aggregation und/oder Komplexierung der gelösten Proteine und/oder anderer gelöster Verbindungen erfolgt, liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen > 5,5, weiter bevorzugt von > 6 und weiter bevorzugt von 7. Ferner ist bevorzugt ist die Herstellung eines Löslichkeitsminimums der gelösten Proteine von < 13, weiter bevorzugt von < 12, noch weiter bevorzugt von < 11 und weiter bevorzugt von < 10.
Überraschenderwiese kam es durch die Hinzugabe von Carbonaten zu einer Ausbildung von Kondensaten, die überwiegend Proteine, aber auch andere Verbindungen, wie lösliche Kohlenhydrate enthielten. Dabei waren Lösungen von Na-Carbonat, Na-Hydrogencarbonat oder Na-Bi-Carbonat, die der faser-freien Filtratlösung, enthaltend gelöste Verbindungen, hinzugegeben wurden, zeiteffizienter in der Kondensation von gelösten Verbindungen, als wenn diese Verbindungen als Feststoff der Prozesslösung hinzugegeben wurden. Überraschenderweise war eine gleichartige Ausbildung von Kondensaten, die überwiegend Proteine enthielten, auch mit Silikatverbindungen möglich. Als besonders geeignet stellten sich Verbindungen dar, wie Na-Metasilikat, Na- Orthosilikat. Besonders geeignet sind wässrige Lösungen dieser Verbindungen.
Weiterhin überraschend war, dass eine Kombination von Carbonat- und Silikat-Verbindungen, die Aggregationswirkung der Einzelverbindungen steigerte, sodass bei einer Kombination der Verbindungsklassen die eingesetzte Summenmenge der Kondensierungsmittel geringer war, um das gleiche Abtrennergebnis zu erzielen, wie dies der Fall war mit der hierfür erforderlichen Menge bei Verwendung nur einer der Verbindungen.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine Kondensation/Aggregation/Komplexierung einer protein- haltigen wässrigen Phase durch Carbonate und/oder Silikate erfolgt.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials mittels einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erfolgt und im Anschluss an eine Verteilung der Konstituenten in einem wässrigen Verteilungsvolumen, sowie nach Abtrennung solider Konstituenten, eine Kondensierung von gelösten Verbindungen mittels Carbonaten und/oder Silikaten erfolgt. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Die Eignung der verschiedenen möglichen Kondensierungsmittel ist für die jeweilige Anwendung individuell auszuwählen. Die Eignung kann durch den Fachmann sehr leicht erkannt werden, indem zu Proben der faser-freien Lösung gelöster Verbindungen und insbesondere der enthaltenen gelösten Proteine, in ansteigenden Konzentrationen verschiedene Kondensierungsmittel zugegeben und untergemischt werden. Eine Kondensierung kann nach kurzer Verweilzeit mit dem bloßen Auge erkannt werden. Die Auswahl der geeigneten Konzentration kann dadurch erfolgen, indem eine Probe- lösung, bei der eine Kondensation erfolgt ist, zentrifugiert wird und der Überstand erneut mit Kon- densierungsmitteln behandelt wird. Sofern sich keine sichtbaren Kondensate/Aggregate/Komplexe mehr bilden und/oder abtrennen lassen, liegen in der Lösung < 6 Gew%, vorzugsweise < 4 Gew% und am meisten bevorzugt < 2 Gew% der zu kondensierenden gelösten Verbindungen, bzw. gelösten Proteine vor.
Die mit diesem Testverfahren ermittelte Zusatzmenge kann zur Prozessdurchführung und Prozesssteuerung verwandt werden. Andererseits lässt sich der Prozess auch durch diese Testverfahren kontrollieren und im Falle des Erhalts von Kondensaten/Aggregaten/Komplexen bei einem Zusatz von den identischen und/oder anderen erfindungsgemäßen Kondensierungsmitteln zu einem Überstand, der nach Zentrifugation der Prozessflüssigkeit, bei der der Kondensierungsprozess bereits erfolgt ist, erhalten wurde, kann das/die entsprechende(n) Kondensierungsmittel noch der Prozessflüssigkeit hinzugegeben und mit dieser gemischt werden. Anders ausgedrückt, ist die erforderliche Menge an Kondensierungsmittel(n) der Prozessflüssigkeit dann hinzugefügt worden, wenn in einem Überstand einer Zentrifugation einer Probe der Prozessflüssigkeit durch die Hinzugabe eines Kondensierungs- mittels keine Kondensation von gelösten bzw. hydratisierten Proteinen erfolgt. Überraschenderweise kann dieses Ziel erreicht werden, durch bereits geringe Konzentrationen der hierin aufgeführten Kondensierungsmittel. Besonders geeignete Kondensierungsmittel sind beispielsweise Säuren, hierunter bevorzugt organischen Säuren, wie beispielsweise Zitronensäure oder Milchsäure, ferner Salze, wie beispielsweise NaCI, ferner Komplexbildner, wie beispielsweise EDTA aber auch Adsorptionsmittel. Weiterhin sind lösliche zweiwertige Kationen bevorzugt, wie Aluminium-, Calcium- und Mag- nesium-Salze. Ferner sind Kombinationen der hierin aufgeführten Kondensierungsmittel vorteilhaft, wie z. B. eine Kombination aus Zitronensäure und Aluminiumchlorid.
Die bevorzugten Kondensierungsmittel werden vorzugsweise in einem wässrigen Medium vollständig gelöst. Dabei ist es auch erfindungsgemäß, zwei oder mehr der erfindungsgemäßen Kondensierungsmittel zusammen in einer Lösung zuzubereiten und der Lösung mit gelösten Verbindungen hinzuzugeben. Ggf. kann einer Lösung von Kondensierungsmittel auch ein Puffer, der den pH der Lösung einstellt, hinzugefügt werden. Die geeigneten Konzentrationen können durch einen Fachmann leicht festgelegt werden und orientieren sich an den Prozessbedingungen. Der Einfluss anderer Prozessparameter lässt sich ebenfalls mit den beschriebenen Techniken untersuchen.
Das vorzugsweise eine oder mehrere gelöste Kondensierungsmittel, das/die zusammen und/oder konsekutiv der Lösung, enthaltend gelöste Verbindungen, hinzugegeben wird/werden, kann/können in kontinuierlicher und/oder diskontinuierliche Form, tropfen bis strahlweise, hinzugegeben werden. Bei einer Applikation als Feststoff ist es bevorzugt, das/die Kondensierungsmittel in einer gepulverten Form hinzuzugeben.
Das oder die hinzugegebene(n) Kondensierungsmittel werden in einer bevorzugten Verfahrensaus- führung mit einem Rührwerk und mit einer geringen Agitation der Prozessflüssigkeit gemischt. Dabei ist auf eine vollständige Durchmischung zu achten. Die Dauer der Mischung ist prinzipiell frei wählbar. In einer bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt diese nur über die Dauer der Hinzugabe eines oder mehrerer Kondensierungsmittel(s) oder für eine Dauer zwischen 10 Sekunden und 5 Minuten, mehr bevorzugt zwischen 20 Sekunden und 2 Minuten.
Überraschenderweise zeigte sich, dass es nach Einbringung der erfindungsgemäßen Kondensierungsmittel, es im Verlauf von wenigen Sekunden bis wenigen Minuten zu einer Kondensation und/oder Aggregation und/oder Komplexierung von zuvor gelösten Verbindungen kommt, die als Raumgebilde mit dem bloßen Auge erkennbar werden, unter gleichzeitigem Aufklaren der zuvor trüben wässrigen Lösung. Es hat sich gezeigt, dass auch anhand des optischen Eindrucks und der ein- setzenden Klärung der Prozesslösung, der Prozessablauf gesteuert werden kann. Die entstehenden Kondensate nehmen im Verlauf an Größe, auch ohne weiteren Zusatz von Kondensierungsmitteln, zu und beginnen im Verlauf von wenigen Minuten bis wenigen Stunden zu sedimentieren, wodurch sie als Fraktion sehr leicht von der dann geklärten Wasserphase separiert und weiter kondensiert werden können. Es wurde dabei festgestellt, dass der Kondensationsprozess durch die Hinzugabe einer Menge an Kondensierungsmitteln, die größer ist, als die zur vollständigen Kondensation erforderlichen Menge, die Menge an erhaltbaren kondensierten organischen Verbindungen z.T. erheblich abnimmt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der pH der Reaktionslösung durch ein Kondensierungsmittel auf Werte unter 5,0 abgesenkt wird. In einer bevorzugten Verfahrensausführung wird daher der pH des Reaktionsgemisches während der Hinzugabe von Kondensierungsmitteln kontinuierlich oder diskontinuierlich kontrolliert. Ferner bevorzugt ist es, eine Prozesssteuerung vorzunehmen, bei der ein pH-Wert festgelegt ist, der nicht unterschritten werden soll. Der pH-Wert, der vorzugsweise nicht unterschritten wird beträgt 4,5, mehr bevorzugt 5.0, noch mehr bevorzugt 5,5 und weiter bevorzugt 6.0.
In einer bevorzugten Ausführungsform der hierin beschriebenen Verfahren wird während des Ver- fahrens ein pH-Wert von 5 der wässrigen Lösungen nicht unterschritten. Es ist gerade eine Innovation des hierin beschriebenen Verfahrens, dass zur Separation der Proteine kein Absenkung des pH auf Werte unter 4,5, optimaler Weise < 5 erfolgt und voluminöse Aggregate/Kondensate von gelösten Proteine entstehen, die suspendiert vorliegen und die spontan sedimen- tieren, was sogar bei einem neutralen pH erfolgen kann. Im Gegensatz zu einem Proteinpräzipitat sind die mit dem hierin beschriebenen Verfahren erhaltbaren Proteinaggragate/Proteinkondensate vollständig in neutralem Wasser löslich und ergeben dann eine milchige Suspension, die vollständig ein ΙΟμιτι Sieb passieren kann, bei Erhalt eines Proteinpräzipitats lässt dieses sich nicht einfach in Wasser lösen. Aus diesem Grund muss in CN 106 720 920 A in Schritt 5 eine Hydrolyse und in Schritt 8 eine Homogenisierung der erhaltenen Proteinfraktion durchgeführt werden, um zu einem Proteiisolat zu gelangen, da in Schritt 2 eine Präzipation bei einem pH von 4,5 durchgeführt wird . Im Stand der Technik ist bekannt, dass Proteine, die einen pH-Bereich von unter 4 durchlaufen haben, veränderte physikochemische Eigenschaften aufweisen und derartig veränderte Proteine praktisch nicht mehr schäumungsfähig sind.
Wie auch in anderen Verfahren zur Gewinnung von Proteinen, die im Stand der Technik beschrieben wurden und bei denen eine Separation von gelösten Proteinen aus einer wässsrigen Phase mittels einer Präzipitation (Säure- und/oder Lösungsmittelpräzipitation) vorgenommen wird, wurde nicht beachtet, dass auch andere in der wässrigen Suspension vorliegenden Verbindungen, wie lösliche Kohlenhydrate, Farbstoffe, Aromastoffen, Phenole, antinutritive Verbindungen oder Toxine, in ein sich ausbildenden Präzipitat mit eingeschlossen werden und sich diese nicht durch eine einfache Spülung der Präzipitatphase auswaschen lassen. Hierin besteht der entscheidenden Unterschied der Verfahrenstechnik der vorliegenden Anmeldung, da die vollständig gelösten Proteine in einer physiologischen Form aggregieren, unter Beibehaltung der Hydrathülle, wodurch eine Adhärenz anderer Verbindungen weitestgehend abgeschirmt wird und welche durch die in der Lösung befindlichen Aminosäuren/Peptide in Lösung gehalten werden. Die aggregierten und kondensierten Proteine kön- nen darüber hinaus mit Wasser durchspült werden, um Reste von Verunreinigungen, die in der gebundenen Wasserphase vorlagen, zu entfernen. Daher sind die mit diesem Verfahrensschritt erhältlichen Proteinfraktionen auch unmittelbar, z.B. für den menschlichen Verzehr, als Produkt verwendbar und enthalten keine senosrisch bemerkbaren Aromastoffe oder anti-nutritive Verbindungen. Eine Desodorierung der erhaltenen Proteinfarkation, wie dies in der CN 106720920 A vorgeschlagen wird, ist bei der hierin vorgeschlagenen Verfahrenstechnik gerade nicht erforderlich, was von besonderer Bedeutung für die Prozessökonomie ist.
Insbesondere können gelöste und hydartisierte Pektine durch eine Säurebehandlung mit in eine Proteinpräzipitatphase aufgenommen werden. Die hierin beschriebene Verfahrenstechnik ermöglicht, dass die durch die Aminosäure/Peptidlösung gelösten nicht-Proteinverbindungen im Anschluss an die Aggregation/Komplexiertung der Preoteine sowie deren Separation selektiv durch eine Änderung des pH der Lösung und/oder Zugabe anderer Aggregationsmittel selektiv aggregiert und separiert werden können. Ferner ist im dem Stand der Technik bekannt, dass Proteinpräzipitate, die mittels einer Säure und/oder einem organischen Lösungsmittel erhältlich werden, im Wesentlichen ihre Wasserbindungskapazität einbüßen. Dies wird auch erkenntlich in der CN 106720920 A bei der nach der sauren Präzipation der Feuchtigkeitsgehalt der erhältlichen Proteinfraktion weniger oder gleich 55% beträgt. Der geringe Wassergehalt dieser Proteinphase spricht für die stattgefundene Koagu- lation, diese Proteine haben ihre Wasserbindungskapazität im Wesentlichen verloren, was mit einer Einbuße funktioneller Eigenschaften von Proteinen einhergeht, wie dem Schäumungsverhalten und den rheologischen Eigenschaften (Verdickereffekt), die gerade bei Proteinkonzentraten vorhanden sein sollten. Exemplarisch für den Stand der Technik wird in der CN 106 720 920 A das Dilema ersichtlich, dass sich aus einer Technik der Löslichkeitsvermitt- lung mit einer Alkalilauge und Präzipitation mit einer Säure, sowie der Notwendigkeit einer anschließenden Neutralisiation (wiederum mittels einer Alkalilage) ergibt. Hierbei entsteht Salz, welches sich bei Verwendung der Prozesswasserphasen in subsequenten Verfahrensausführungen negativ auf das Verfahren auswirkt und eine Entfernung oder eine Frischwasserzufuhr erfor- derlich macht. Dies hat einen erheblichen Einfluss auf die Prozessökonomie. Folglich erfolgt in der CN 106 720 920 A im Anschluss an die Präzipitation eine Neutralisation, indem zu dem sauren Präzipatat eine Lauge gegeben wird, um einen pH zwischen 6-8 des Proteinschlamms einzustellen. Der Nachteil an diesem Schritt ist, dass ein Lösungsvolumen von dem 3-5-fachen des Gewichts der Proteinphase verwendet werden muss und damit sich der Energieauf für die Trock- nung der Proteinphase deutlich erhöht. Daher ist es wünscheswert eine Neutralisation zu vermeiden, sodass die Proteinphase nach Dehydrierung entweder getrocknet oder direkt verwendet werden kann. Exemplarisch wird in der CN 106 720 920 A gezeigt, dass sich Aromastoffe und Adstringentien, durch das vorgeschlagene wässrige Verfahren nicht ausreichend aus dem Proteinpräzpiptat entfernen lassen, daher mussin einem weiteren Schritt eine Dampf- Desodorierung vorgenommen werden, um ein aromaarmes Endprodukt zu erzielen. Dies verschlechtert weiterhin die Prozessökonomie. Ebenfalls exemplarisch für den Stand der Technik wird in der CN 106 720 920 A ist die Notwendigkeit eines Sprühtrocknungsverfahrensschritts angegeben, um ein zumindest teilweise wieder lösliches Proteinpräparat herzustellen. Mit dem hierin beschriebenen Verfahren ist eine Sprühtrocknung, die einen sehr hohen Engergiebedarf hat, nicht erforderlich. Ferner wurde gefunden, dass schwefelhaltige Aminosäuren oder Peptide durch die bekannte Reaktivität mit Proteinen zu unerwünschten Produkteigenschaften der erhältlichen Proteine führen (s.u.), sodass schwefelhaltige Aminosäuren oder Peptide nicht oder nur zu einem gerinegn Anteil in einer der erfindungsgemäßen wässrigen Lösungen vorliegen sollten. In der europäischen Patentanmeldung EP 2 404 509 AI wird ein Verfahren zur Extraktion von Protein aus frischen Traubenkernen offenbart. Dabei ist die Verwendung eines Puffers enthaltend Glycin, Soda und Chlorwasserstoff oder Natriumhydroxid mit einem pH zwischen 8,5 und 10.5 notwendig. Das minimale Verhältnis zwischen der Extraktionslösung und dem Feststoff liegt bei 1:5, die minimale Zeitdauer für diesen Schritt beträgt 3 Stunden. Eine Präzipitation wird durch Säure erreicht, wobei der pH 3 ist. Eine Durchtränkung zur Hydratation wird nicht vorgeschlagen, um eine effiziente Prozessökonomie durch ein geringeres Wasservolumenverhältnis zu ermöglichen. Zudem werden Produkteigenschaften der Proteine nicht erwähnt.
Liu ui-Lin et al. (Food Analytical Methods, Springer New York LLC, US, Bd. 10, Nr. 6, 21. November 2016, Seiten 1169-1680) verwenden zur Präzipitation ein Alkohol. Das Verfahren benutzt Microwellenerhitzung und Ultraschall und ist energieaufwendig und somit auch nicht auf ein prozessökonomisches Verfahren gerichtet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Schritt 4 des Verfahrens ohne die Verwendung von organischen Lösungsmitteln durchgeführt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsart wird daher im Anschluss an den Zusatz eines oder mehrerer Kondensierungsmittel eine Standzeit eingehalten, in der keine oder nur eine minimale Durchmischung des Gemisches erfolgt. In analoger Weise kann die erforderliche Zeit der Kondensierungsphase ermittelt werden, vorzugsweise beträgt diese zwischen 5 Minuten und 10 Stunden, weiter bevorzugt zwischen 10 Minuten und 5 Stunden und weiter bevorzugt zwischen 15 Minuten und 2 Stunden. Sofern die Standzeit auf ein Minimum verkürzt werden soll, kann die ausreichende minimale Dauer der Standzeit nach Zugabe des Kondensierungsmittels anhand einer Probe, die zentrifugiert wird und bei der, in analoger Weise wie zuvor beschrieben, die Vollständigkeit der Kondensation und/oder Aggregation und/oder Komplexierung, die durch das/die Kondensierungsmittel erreicht worden ist/sind, geprüft wird, leicht ermittelt werden.
In einer bevorzugten Verfahrensausführung werden die kondensierten/aggregierten/komplexierten löslichen Verbindungen/Proteine in Form eines Sediments gewinnbar gemacht. Vorzugsweise erfolgt der Auslass der Sedimentphase über einen Bodenauslass und wird einem weiteren Verfahrensablauf zugeführt. Die Kondensierungsphase erfolgt vorzugsweise bei Umgebungstemperaturen, bevorzugt ist ein Temperaturbereich zwischen 15 und 40°C. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen er- folgt diese bei einer erniedrigten oder erhöhten Temperatur. Bevorzugt ist ein Temperaturbereich von 5 bis 15°C einerseits und von 40 bis 80°C andererseits. Die Auswahl einer erniedrigten Temperatur kann beispielsweise bei der Gewinnung thermolabiler Verbindungen vorteilhaft sein. Die Wahl einer hohen Temperatur, z.B. 60°C, kann beispielsweise gewählt werden, um bei einer mikrobiellen Belastung des Ausgangsmaterials eine Keimabtötung, z.B. in Form einer Pasteurisation vorzunehmen. Andererseits lassen sich durch eine Erhitzung auch Allergene und bestimmte Toxine sowie antinutritiven Verbindungen inaktivieren.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Gewinnung eines proteinhaltigen Sediments, bestehend aus konden- sierten/aggregierten/komplexierten Proteinen.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass Geruchs- und Geschmacksstoffe, die durch das Auf- schlussverfahren ebenfalls gelöst werden und in der Lösung des Verteilungsgemisches gelöst vorliegen, durch die erfindungsgemäßen Verfahren zur Kondensation/Aggregation/Komplexierung der Proteine nicht an/mit die/den sich ausbildenden Protein-Kondensate(n)/Agglomerate(n)/ Komplexein) adsorbiert oder mit diesen komplexiert werden. Geruchs- und Geschmacksstoffe, die sich noch in der Wasserfraktion befinden, die an die Proteinfraktion gebunden oder von ihr eingeschlossen ist, werden, bei einer Separation der Kondensate/Aggregate/Komplexe der Proteine, mitsamt dem Wasser, in dem sie gelöst vorliegen, durch eines der hierin beschriebenen Verfahren, von der Proteinfraktion abgetrennt. Im Bedarfsfall kann eine Wäsche der hergestellten Proteinfraktion durch eines der hierin beschriebenen Nebenstromprozessverfahren erfolgen. Fernerhin war überraschend, dass Toxine und gesundheitsgefährdende Stoffe, die in pflanzlichen Pressrückständen oder Mahlprodukten enthalten sein können, wie beispielsweise die Erukasäure, Phorbolester oder synthetische Pflanzen- Schutzmittel, von Proteinen getrennt in der Verteilungslösung in gelöster Form vorliegen. Unter den erfindungsgemäßen Prozessbedingungen, die zur Kondensation der gelösten Verbindungen/Proteine verwandt werden, bleibt die Löslichkeit von gelösten Verbindungen, die nicht einem Protein oder einem löslichen Kohlenhydrat oder einem Phospholipid oder einem Glycoglycerolipid entsprechen, bestehen, sodass es, bei einer erfindungsgemäßen Auswahl des Kondensierungsmittels, zu keiner Kondensation/Aggregation/ Komplexierung von Toxinen oder gesundheitsgefärdenden Stoffen, die im Folgenden auch als Gefahrstoffe bezeichnet werden, kam und es zu keinem Aus- bzw. Eintrag derartiger Verbindungen in die Kondensate/Aggregate/Komplexe der kondensierten löslichen Verbindungen/Proteinfraktion bzw. in die erhaltbaren Proteinfraktionen kam. In einer bevorzugten Aus- führungsform kann die Löslichkeit von Toxinen und gesundheitsgefährdenden Verbindungen, die in pflanzlichen Pressrückständen oder Mahlprodukten enthalten sind, beispielsweise durch Hinzugabe von einer oder mehreren Verbindungsklassen, wie Alkohole, Ester oder Ether, während dieser und/oder weiterer Prozessschrittn beibehalten oder gesteigert werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Löslichkeit von Toxinen und Gefahrenstoffen in einer wäss- rigen Proteinlösung, die im Anschluss an eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials mittels einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erhalten bleibt oder gesteigert wird. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt eine Dehydrierung der kondensierten/aggregierten/komplexierten löslichen Verbindungen/Proteine, indem ein Wasserentzug erfolgt. Dies kann erreicht werden durch Techniken, die dem Fachmann bekannt sind. Besonders geeignet sind zentrifugale Verfahren, besonders geeignet ist die Verwendung eines Dekanters. Der Wasserentzug ermöglicht die Gewinnung einer dehydrieten Masse der löslichen Verbindungen bzw. den Erhalt einer Proteinmasse, die vorzugsweise fließfähig ist, weiter bevorzugt ist der Erhalt einer streichfähigen Masse und besonders bevorzugt ist der Erhalt einer formstabilen Masse kondensierter und dehydrierter löslicher Konstituenten des Ausgangsmaterials. Entsprechend bevorzugt ist eine Proteinmasse, deren Restfeuchtegehalt < 90 Gew%, mehr bevorzugt < 80 Gew%, weiter bevorzugt < 70 Gew% und noch weiter bevorzugt < 60 Gew% und noch weiter bevorzugt von < 40 Gew% beträgt. Der gewünschte Restfeuchtegehalt kann für die verschiedenen Anwendungen variieren, sodass die Einstellung der Parameter der Abtrennvorrichtung entsprechend angepasst werden muss. Prinzipiell wird eine möglichst hohe Separationsleistung für das Trennverfahren angestrebt. Bei Verwendung eines Dekanters erfolgt die Separation vorzugsweise mit > 2.000 g, mehr bevorzugt mit > 3.000g und weiter bevorzugt mit > 3.500g. Vorzugsweise beträgt die Verweilzeit in einem Dekanter > 10 Sek., mehr bevorzugt > 20 Sek. und weiter bevorzugt > 30 Sek. Bevorzugt ist eine Separation, die bei Umgebungstemperaturen in einem Bereich zwischen 15 und 40°C erfolgt. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen kann eine niedrigere oder höhere Temperatur gewählt werden, die im Bereich zwischen 5 und 15°C, bzw. zwischen 40 und 80°C liegt.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass die mit der erfindungsgemäßen Verfahrenstechnik kon- densierten Verbindungen und insbesondere kondensierte Proteine, Raumvolumina ausbilden, die es ermöglichen, eine Dehydrierung mittels filtrativer Techniken durchzuführen. Die vor der Kondensierung/ Agglomeration/Komplexierung vorliegenden löslichen und gelösten Verbindungen, die ein Sieb mit einem Siebmaß von ΙΟμιτι frei passierten, hatten in der kondensierten Form, wie sie zum Ende des Kondensierungsprozessschritts vorlag, ein Raummaß, das eine freie Passage durch einen Filter mit einem Siebmaß von 200μιτι nicht mehr erlaubte, das Filtrat enthielt praktisch keine Proteine. Somit kann in überaus vorteilhafter Weise eine Dehydrierung kondensierter löslicher Proteine und/oder anderer kondensierter Konstituenten mittels einer Filtration erfolgen, bei der es zu keinem oder annähernd keinem Verlust an kondensierten löslichen Verbindungen/Proteinen kommt. Ferner konnte gezeigt werden, dass die erfindungsgemäß kondensierten Proteine mittels einer Pressung, die auf oder in einem Filtergewebe erfolgt, gebundenes Wasser separiert werden kann, sodass die zuvor spezifizierten Restfeuchtegehalte eingehalten werden. Daher eignet sich der erfindungsgemäße Verfahrensablauf insbesondere zum Erhalt einer dehydrierten Proteinphase mit einem Restfeuchtegehalt < 90 Gew%, mehr bevorzugt < 80 Gew%, weiter bevorzugt < 70 Gew% und noch weiter bevorzugt < 60 Gew% und noch weiter bevorzugt von < 40 Gew%, erhaltbar mittels einer Filtrationstechnik kondensierter Proteine. Verfahren zur Filtration sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugt sind Bandfilter oder Kammerfilter, bzw. Filterpressen und Kammerfilterpressen, sowie Vakuum-Bandfilter.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Gewinnung dehydrierter Proteine, die, im Anschluss an eine Ab- /Auftrennung der Konstituenten des biogenen Ausgangsmaterials mittels einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erhaltbar werden, durch eine Filtration konden- sierter Proteine. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass derartig gewonnene dehydrierte Proteine vollständig oder annähernd vollständig geruchs- und/oder geschmacks- neutral sind und bei einer Lösung in Wasser sich sehr rasch lösen und keine oder praktisch keine Farbstoffe in das wässrige Medium ab- geben. Annähernd vollständig bedeutetet dabei > 98%.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Gewinnung dehydrierter Proteine, die im Anschluss an eine Ab- /Auftrennung der Konstituenten des biogenen Ausgangsmaterials mittels einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erhalten werden und die vollständig oder annähernd vollständig geruchs- und/oder geschmacks- neutral sind und bei einer Lösung in einem Wasser sich sehr rasch lösen und keine oder praktisch keine Farbstoffe in das wässrige Medium abgeben. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Ferner wurde gefunden, dass derartig dehydrierte Proteine sich in der erhaltenen dehydrierten Form sehr einfach und schonend weiter aufreinigen lassen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die dehydrierte Proteinmasse auf einem Filterband mit einer bestimmten Schichtdicke aufgetragen und mit oder ohne eine Auflage eines weiteren Filters, von unten oder von oben, mit einer Flüssigkeit und/oder einem Dampf und/oder einem Gas durchströmt. Die erneute Trocknung kann wie zuvor oder mit einem anderen Trocknungsverfahren erfolgen. In einer Ausführungsform erfolgt eine weitere Prozesssierung der erhaltenen dehydrierten löslichen Konstituenten/Proteine in einem Neben- Stromprozessverfahren, bei dem vorzugsweise eine Aufreinigung erfolgt. Bevorzugt ist eine Prozesssierung der kondensierten und dehydrierten Substituenten in einem Ne- benstromverfahren.
Überraschenderweise wurde bei einer Massenbilanzierung der erhaltenen Produkte von biogenen Ausgangsmaterialien festgestellt, dass die hierin enthaltenen Proteine zu > 95 Gew% separiert und in dehydrierter Form erhalten wurden. Daher ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem bevorzugt >95 Gew%, mehr bevorzugt > 97 Gew% und weiter bevorzugt > 98,5Gew% der Proteine, die in einem pflanzliche Ausgangsmaterial vorliegen, separiert und dehydriert werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem > 95 Gew% der in einem biogenen Ausgangsmaterial enthaltenen Proteine, im Anschluss an eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des biogenen Ausgangsmate- rials mittels einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, in Form dehydrierter Proteine erhalten werden. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Die erhaltbaren dehydrierten löslichen Konstituenten/Proteine können in der erhaltenen Form einer Anwendung unmittelbar zugeführt oder gelagert oder weiterverarbeitet werden. Eine Lagerung, die in geeigneten Behältnissen erfolgt, ist vorzugsweise unter gekühlten Bedingungen vorzunehmen. Überraschenderweise wurde gefunden, dass bei den erfindungsgemäß hergestellten Proteinkondensaten eine sehr gute Lagerstabilität besteht. So wurde beispielsweise keine mikrobielle Besiedelung eines Proteinkondensats, das aus einem Rapspresskuchen gewonnen wurde und eine Restfeuchte von 50Gew% aufwies, nach einer 14 tägigen Aufbewahrung bei 6°C bestand. Ferner konnte gezeigt werden, dass es zu keiner Änderung der initial bestehenden Geschmacks- und Geruchneutralität kam. Ferner bestand unverändert eine sehr gute Löslichkeit der dehydrierten Proteine in Wasser.
In einer bevorzugten Verfahrensausführung werden die dehydrierten Proteine in der Form, wie sie erhalten wurden oder nach einer Suspendierung in Wasser oder einer flüssigen Lösung einem Trock- nungsverfahren unterzogen. Bevorzugt sind eine Sprüh- und eine Gefriertrocknung. In vorteilhafter Weise können hierdurch gepulverte Proteingemische, Proteinkonzentrate oder Proteinisolate hergestellt werden. Aber auch andere Verfahren und Techniken zur Trocknung aus dem Stand der Technik können verwandt werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung dehydrierter Proteine mit einer hohen Lagerstabilität, erhaltbar durch eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des biogenen Ausgangsmaterials mittels einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
In Abhängigkeit vom eingesetzten Ausgangsmaterial und der Prozessführung, fallen insbesondere bei einer industriellen Großproduktion große Mengen der geklärten Prozesswasserphase des Prozessschritts 5) an. Da hierin noch relevante Mengen, mit z. T. über 100mmol/l der eingesetzten gelösten Aminosäuren und/oder Peptide vorliegen, ist eine Wiederverwendung der geklärten Prozesswasserphase für die Durchführung eines prozessökonomischen Verfahrens erforderlich. Es wurde gefunden, dass die hierin ebenfalls enthaltenen Kondensierungsmittel, die nicht mit dem Produkt des Prozess- schritts 5) ausgetragen wurden, die Wiederverwendbarkeit der geklärten Wasserphase des Prozessschritts 5) in den Prozessschritten des Hauptverfahrens erschweren bis unmöglich machen, da es hierdurch zu Kondensaten, z.B. von Proteinen, in den Prozessschritte 2b) bzw. 2) kam, die dann in dem Prozessschritt 3) im Filterrückstand vorlagen und somit zu einem Produktverlust und einem höheren Reinigungsaufwand für die aus diesem Prozessschritt erhaltbaren Produkte kam. Überraschenderweise wurde gefunden, dass gerade die Verwendung der geklärten Prozesswasserphase des Prozessschritts 5) in besonders vorteilhafter Weise zu einer Abreicherung von gelösten löslichen Proteinen, die sich noch in der gebundenen Wasserphase der im Filterrückstand des Prozessschritts 3) erhaltbaren cellulose-basierten Fasern und lignin-reichen Schalenanteilen befinden, vorgenommen werden kann. So konnte gezeigt werden, dass es durch eine Spülung und Reinigung der separierbaren soliden Feststoffe des Prozessschritts 3) mit der geklärten Prozesswasserphase des Prozessschritts 5), zu einem überaus effektiven Austrag von gelösten organischen Verbindungen, die hierin noch vorliegen, kommt, wodurch diese organischen Verbindungen in das hiermit angereicherte Prozesswasser übergehen und nach einer Separation der soliden Feststoffe hierin verbleiben. Überraschenderweise war die Effektivität der Abreicherung gelöster Verbindungen, die sich noch im Filterrückstand des Verfahrensschritts 3) befanden, mit der geklärten Prozesswasserphase des Verfahrensschritts 5) deutlich höher, als wenn eine Spülung und Reinigung des Filterrückstandes mit einer Frischwasserphase erfolgte. Überraschenderwiese kam es hierdurch auch zu einer deutlichen Reduktion der Konzentration der in der geklärten Prozesswasserphase des Verfahrensschritts 5) be- findlichen Komplexierungsmitteln, deren Konzentration nach einer Spülung und Reinigung der soliden Feststoffe, die aus dem Prozessschritt 3) erhalten worden waren, deutlich geringer war als zuvor. Es wurde gefunden, dass die verbliebenen Konzentrationen an Kondensierungsmitteln in der erhaltenen Prozesswasserphase nach Abtrennung der gereinigten soliden Feststoffe, bei einer Einleitung in die Prozessschritte 2a), 2b), bzw. 2 der Hauptprozessführung, nicht zu einer Aggregation von lösli- chen organischen Verbindungen führt. Darüber hinaus wurde gefunden, dass die Konzentration der gelösten Aminosäuren und/oder Peptide, die zur Ab/Auftrennung der Konstituenten des Ausgangsmaterials eingesetzte wurden, in der Prozesswasserphase nach einer Spülung und Reinigung der Filterrückstände des Prozessschritts 3) in einem Nebenschlussprozessweg eine höhere Konzentration aufwiesen, als dies der Fall war in der geklärten Prozesswasserphase des Verfahrensschritts 5). Hier- durch lassen sich somit vorteilhafterweise eingesetzte Verbindungen zur Ab-/Auftrennung der Konstituenten des Ausgangsmaterials zurückgewinnen und gleichzeitig eine Prozesswasserphase herstellen, die geeignet ist für eine Anwendung zur Ab-/Auftrennung von Konstituenten des Ausgangsmaterials. Somit ist eine Kreislaufführung der Prozesswasserphase, die aus dem Verfahrensschritt 5) erhalten wird, über ein Nebenstromverfahrensweg zur Spülung und Reinigung von cellulose-basierten Fasern und/oder lignin-reichen Schalenanteilen eine besonders bevorzugte Verfahrensausführung, durch die eine hoch effiziente Wiederverwertung der eingesetzten Verbindungen zur Ab- /Auftrennung von Konstituenten des Ausgangsmaterials und der eingesetzten Kondensierungsmittel, bei optimaler Produktherstellung, erfolgt. Ferner lassen sich durch diese Verfahrensausführung erhebliche Prozesskosten im Nebenstromprozessverfahren, die für eine Spülung und Reinigung der cellulose-basierten Fasern und/oder lignin-reichen Schalenanteile anfallen, reduzieren. Somit kann ein prozessökonomisches Verfahren zur Separation von Konstituenten eines Ausgangsmaterials be- reitgestellt werden, indem eine Kreislaufführung der Prozesswasserphasen zwischen einem Hauptprozessverfahren und einem Nebenstromprozessverfahren vorgenommen wird.
Bevorzugt ist ein Verfahren und eine Verfahrensführung zur prozessökonomischen Separation von Konstituenten eines pflanzlichen Ausgangsmaterials.
Sofern eines der erfindungsgemäßen Nebenstromprozessverfahren nicht oder nicht unmittelbar erfolgt, kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Aufreinigung der geklärten wäss- rigen Prozesswasserphase(n), die erhalten wird/werden nach der Separation der Kondensate/Aggregate/Komplexe des Prozessschritts 5) und/oder der separierten Wasserphase, die bei der Dehydrierung der kondensierten Kondensate/Aggregate/Komplexe in einer weiteren Nebenstrom- prozessverfahrensschritt erhalten wird, erfolgen. Es wurde gefunden, dass eine Abreicherung von Kondensierungsmitteln, die sich noch in der geklärten Prozesswasserphase des Prozessschritts 5) befinden, durch verschiedene Verfahren erfolgen kann. So kann beispielsweise ionisiertes Kalzium durch Titration mit Phosphorsäure gefällt und dann mittels Filtration aus dem wässrigen Medium entfernt werden. Andererseits kann eine durch die Verwendung einer Säure als Kondensierungsmit- tel bewirkte Änderung des Prozesswasser-pH-Bereiches auf Werte von < 10, durch Hinzugabe einer geeigneten Base, die den Prozessablauf bei einer Wiederverwendung des gereinigten Prozesswassers nicht behindert, z. B. mittels Harnstoff, auf das erforderliche pH-Niveau angepasst werden. Wiederum andere Verbindungen können adsorptiv oder im Rahmen eines Dialyseverfahrens, z.B. mittels Elektrodialyse, reduziert oder entfernt werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Prozessdurchführung enthalten die erhaltbaren geklärten Prozesswasserphasen aus dem Verfahrensschritt 5) nur noch geringe Mengen an Schwebstoffen und sind bereits klar oder fast klar. Schweb- und/oder Trübstoffe können mit Verfahren aus dem Stand der Technik leicht entfernt werden. Hierzu sind insbesondere geeignet Fein- und Feinstfilter aus dem Stand der Technik. Hierdurch kann eine trübungsfreie Wasserphase erhalten werden. Ferner können hierin gelöste Elektrolyte, wie Natrium, Kalium, Calcium, Chlorid, Eisen, Kupfer u.a.m, in variablen Mengen vorhanden sein. Sofern erforderlich, können diese mit Verfahren aus dem Stand der Technik entfernt werden, beispielsweise durch eine Elektrodialyse oder lonenaustausch-verbindungen. Ferner können in der Prozesslösung Toxine und/oder gesundheitsgefährdende Verbindungen vorliegen. Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, mit denen derartige, zumeist organische Verbindungen, aus einem wässrigen Medium entfernt werden können. Unter anderem sind hierfür adsorptive Verfahrenstechniken geeignet, wie eine Säulenchromatographie oder Aktivkohle. Im Falle, dass thermo- labile Verbindungen mit einem Gefährdungspotential für die menschliche Gesundheit vorliegen, kann die Prozesswasserphase auch erhitzt werden auf eine Temperatur und für eine Dauer, die ausreicht, um diese Verbindungen zu inaktivieren oder zu zersetzen. Vorteilhafterweise werden durch die vorgenannten optionalen Reinigungsschritte bei der Aufreinigung der Prozesswasserphase(n) keine der hierin noch vorliegenden gelösten Aminosäuren und/oder Peptide entfernt. Mit einer oder mehrerer dieser Verfahrensausführungen zur Aufreinigung von Prozesswasserphasen, die sequentiell oder parallel in einer beliebigen Abfolge durchgeführt werden können, wird eine aufgereinigte Prozess- wasserphase erhalten, die gelöste Aminosäuren und/oder Peptide enthält, die zur Ab-/Auftrennung von Konstituenten eines biogenen Ausgangsmaterials geeignet sind und bei der eine niedrige und bei einer Wiederverwendung der aufgereinigten Prozesswasserphase nicht störend wirkende Konzentration von Kondensierungsmitteln vorliegt, sowie eine ausreichende Reduktion oder Elimination von toxischen und gesundheitsschädlichen Verbindungen erreicht worden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsart, wird die Prozesswasserphase, die aus der Spülung und Reini- gung von Filterrückständen des Verfahrensschritts 3 in einem Nebenstromprozessverfahren oder anderen Verfahren von Nebenstromprozessen erhalten werden, einer der erfindungsgemäßen Aufreinigungsverfahrensschritte unterzogen.
Somit lässt sich durch eine prozessadaptive Auswahl einer oder mehrerer der jeweils optional durchführbaren Verfahrensschritte des Prozessschritts 6) in überaus vorteilhafter Weise der Prozesswas- serphasenstrom so gestalten, dass eine optimale Wertschöpfung des Verfahrens gewährleistet und eine Wiedereinsetzbarkeit der Prozesswasserphasen garantiert werden kann. Die einzelnen optionalen Verfahrensausführungen können in die folgenden optionalen Verfahrensprozessunterschritte zusammengefasst werden:
6.1) Bereitstellung eines Prozesswassers für ein Nebenstromverfahren 6.2) Rückführung und Bereitstellung der gebrauchten Prozesswasserphase aus dem
Nebenstromverfahren des Schritts 6.1)
6.3) Reinigung der Prozesswasserphase, erhältlich aus dem Schritt 5) und/oder 6.2) und/oder einem Nebenstromprozessverfahren
6.4) Bereitstellung einer geklärten und gereinigten Prozesswasserphase,
Hieraus ergeben sich verschiedene Kombinationsmöglichkeiten bei der Ausführung des Verfahrensschritts 6), die durch die Anzahl und Reihenfolge der optionalen Verfahrensschritte gekennzeichnet sind, wie beispielsweise: 6.1 dann 6.2 dann 6.3 dann 6.4 oder 6.3 dann 6.4 oder 6.3 dann 6.1 dann 6.2 dann 6.4 oder 6.2 dann 6.3 dann 6.1. Die wässrigen Prozesswasserphasen aus unterschiedlichen Verfahrensschritten des Haupt- und/oder Nebenstromprozessverfahrens können auch vereinigt werden und einer Wiederverwendung in einemder Prozesschritte oder einer Aufreinigung der hierin aufgeführten Aufreinigungsverfahren zugeführt werden.
Daher ist es besonders vorteilhaft, die geklärte und gereinigte Prozesswasserphase einem der Ver- fahrensschritte zur Ab-/Auftrennung von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien bei einer subsequenten Prozessdurchführung zuzuführen. Damit ist die mit diesem Prozessschritt erhaltbare Prozesswasserphase geeignet zur Wiederverwendung als Prozesswasserphase.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des biogenen Ausgangsmaterials mittels einer wässri- gen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erfolgt und im Anschluss an eine Verteilung der Konstituenten in einem wässrigen Verteilungsvolumen und nachfolgender Abtrennung solider und kondensierter löslicher Konstituenten eine geklärte Prozesswasserphase erhalten wird, die aufgereinigt wird und anschließend für eineder Verfahrensschritte wieder einsetzbar ist. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind. Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des biogenen Ausgangsmaterials mittels einer wässri- gen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erfolgt und im Anschluss an eine Verteilung der Konstituenten in einem wässrigen Verteilungsvolumen und nachfolgender Abtren- nung solider und kondensierter löslicher Konstituenten eine geklärte Prozesswasserphase erhalten wird, die in einem Nebenstromprozessverfahren zur Spülung/Reinigung eingesetzt und anschließend aufgereinigt und dann in einer der Hauptprozessverfahrensschritte wieder einsetzt wird. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die geklärte und gereinigte Prozesswasserphase zur Durchführung einer Ab-/Auftrennung der Konstituenten eines biogenen Ausgangsmaterials mittels einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, wiederverwendet wird. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Vorzugsweise liegen in der geklärten und/oder geklärten und gereinigten Prozesswasserphase < 3 Gew% vorzugsweise < 1,5 Gew% und am meisten bevorzugt < 0,5 Gew% an organischen Verbindungen vor. Vorzugsweise handelt es sich um eine klare Lösung, die keine oder nur eine minimale Menge an Schwebstoffen aufweist. Vorzugsweise ermöglicht das Verfahren eine abwasserfreie Prozessführung. Vorzugsweise wird die geklärte und/oder geklärte und gereinigte Prozesswasserphase in einem geeigneten Behältnis gelagert, zwischengelagert oder unmittelbar wiederverwandt. Bei einer Lagerung ist die Einrichtung geeigneter Bedingungen vorteilhaft. In einer Ausführungsform erfolgt eine Kühlung der geklärten und/oder geklärten und gereinigten Prozesswasserphase während der Dauer der Lagerung. Bevorzugt ist eine Kühlung auf < 10°C mehr bevorzugt auf < 8°C und weiter bevorzugt auf < 6°C. Die Haltbarkeit der geklärten und/oder geklärten und gereinigten Prozesswasserphase beträgt vorzugsweise > 7 Tage, mehr bevorzugt > 14 Tage und weiter bevorzugt > 4 Wochen. Haltbar heißt in diesem Zusammenhang die Abwesenheit von potentiell gesundheitsbedenklichen Keimen oder Erregern oder Toxinen, in einer Konzentration, die gesundheitsbedenklich ist. Anders ausgedrückt liegt bei einer haltbaren geklärten und/oder geklärten und gereinigten Prozesswasserphase, die für eine Wiederverwendung geeignet ist, eine Unbedenklichkeit für den Einsatz zur Herstellung von Lebensmitteln vor. Über ein geeignetes Pump- und Rohrsystem kann die geklärte Prozesswasserphase dem Prozess in den verschiedenen Prozessschritten wieder zugeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Wiederverwendung einer geklärten und/oder geklärten und gereinigten Prozesswasserphase, erhaltbar aus dem Verfahrensschritt 6). Es konnte gezeigt werden, dass insbesondere bei der Verwendung der Prozesswasserphase des Verfahrens- schritts 6) (Bereitstellung einer geklärten und gereinigten Prozesswasserphase) die Einsatzmenge von Aminosäuren und/oder Peptiden, zum Zwecke der Ab-/Auftrennung von Konstituenten des Ausgangsmaterials reduziert werden kann, gegenüber der Verwendung einer Frischwasserphase in den Prozessschritten 2a) und/oder 2b), bzw. 2). So konnte eine sehr gute Lösung der löslichen Konstituenten des Ausgangsmaterials durch die erfindungsgemäßen Aminosäuren und/oder Peptide, die sowohl in einer geklärten, als auch in einer geklärten und gereinigten Prozesswasserphase des sProzessschritts 6) vorlagen, festgestellt werden. Ferner kommt es zu einem identischen Verteilungsergebnis bei Verwendung der Prozesswasserphase des Prozesssschritts 6) (Rückführung und Bereitstellung der gebrauchten Prozesswasserphase aus dem Nebenstromverfahren), wie bei Verwendung einer gleicher Volumenmenge einer Frischwasserphase für eine Verteilung der ab- /aufgetrennten Konstituenten des Ausgangsmaterials in dem Prozessschritten 2b) bzw. 2). Es konnte ferner gezeigt werden, dass es zu einer größeren Menge (Trockenmasse) an erhaltbaren kondensier- ten/aggregierten/komplexierten löslichen Konstituenten kommt, als wenn für die gleiche Prozessdurchführung Frischwasser verwandt worden war. Dies war insbesondere bei der Herstellung einer Proteinfraktion der Fall. Ferner stellte sich ein messbarer Unterschied bei den hergestellten Produk- ten dar. Somit besteht eine hervorragende Widereinsetzbarkeit einer geklärten und/oder geklärten und gereinigten Prozesswasserphase für eine Separation und Gewinnung von Konstituenten eines Ausgangsmaterials in einer der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von organischen Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem eine geklärte und/oder geklärte und gereinigte Prozesswasserphase der Haupt- und/oder Nebenstromprozessschritten zur erneuten Prozessdurchführung eingesetzt wird. Das bevorzugte Verfahren ist somit durch folgende Verfahrensschritte charakterisiert:
1) Bereitstellen von Ausgangsmaterialien,
2a) Versetzen des Ausgangsmaterials des Schritts 1) mit einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide zur Ab-/Auftrennung der Konstituenten des Aus- gangsmaterials,
2b) Bereitstellung eines wässrigen Verteilungsvolumen und Verteilung der ab-/aufgetrennten
Konstituenten des Gemisches aus Schritt 2a),
3) Separation solider Feststoffe aus dem Verteilungsgemisch des Schritts 2b) unter Erhalt einer faser-freien wässrigen Lösung gelöster Konstituenten des Ausgangsmaterials, 4) Kondensierung/Aggregation/Komplexierung der gelösten Konstituenten der wässrigen
Lösung des Schritts 3) unter Erhalt einer wässrigen Phase, enthaltend kondensierte lösliche Konstituenten des Ausgangsmaterials,
5) Separation und Dehydrierung der kondensierten löslichen Konstituenten des Ausgangsmaterials des Schritts 4) und Erhalt eines dehydrierten Kondensates aus Schritt 4) sowie einer geklärten Prozesswasserphase,
6) Verwendung der geklärten Prozesswasserphase des Schritts 5) für einen oder mehrere der optionalen Prozessschritte:
6.1) Bereitstellung einer Prozesswasserphase für ein Nebenstromverfahren;
6.2) Rückführung der Prozesswasserphase des Schritts 6.1) erhältlich aus einem Nebenstromverfahren und Bereitstellung der gebrauchten Prozesswasserphase aus einem
Nebenstromverfahren
6.3) Reinigung der Prozesswasserphase erhältlich aus den Verfahrensschritten 5) und/oder 6.2
6.4) Bereitstellung einer geklärte und gereinigte Prozesswasserphase,
7) Wiederverwendung geklärter und/oder geklärter und gereinigten Prozesswasserphase wobei die geklärte und/oder geklärte und gereinigte Prozesswasserphase des Schritts 7) aus einem oder mehreren Prozessen des Schritts 6) erhalten werden und die Wiederverwendung in Schritt 2a) und/oder 2b) oder einem Nebenstromprozessverfahren erfolgt.
In einer weiteren Verfahrensvariante werden die Verfahrensschritte 2a) und 2b) in einem Prozessschritt, dem Verfahrensschritt 2, durchgeführt. Hierzu wird das pflanzliche Ausgangsmaterial des Prozessschritts 1) unmittelbar mit einem Lösungsvolumen in Kontakt gebracht, das zum einen eine ausreichende Konzentration an gelösten Aminosäuren und/oder Peptiden enthält, wobei die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste bevorzugt kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind, um die erfindungsgemäße Ab-/Auftrennung der Konstituenten des biogenen Ausgangsmaterials zu gewährleisten und zum anderen ein ausreichend großes Wasserverteilungsvolumen aufweist, mit dem eine erfindungsgemäße Verteilung der Konstituenten des Ausgangsmaterials ermöglicht wird. Die Konzentration der gelösten Aminosäuren und/oder Peptide, sowie das Volumen, bzw. Mengenverhältnis zum Ausgangsmaterial, kann mit den hierin beschriebenen Verfahren ermittelt werden. Vorteilhaft ist eine Konzentration der gelösten Aminosäuren und/oder Peptide zwischen lOmmol/ und 800mmol/. Die übrigen anwendbaren Verfahrensparameter gelten in analoger Weise, wie diese in den einzelnen Prozessschritten 2a) und 2b) beschrieben sind. Im Anschluss an den Verfahrensschritt 2) kann das Verfahren, wie hierin beschrieben, mit dem Verfahrensschritt 3) fortgesetzt werden.
Bevorzugt ist somit auch ein Verfahren, das durch die folgenden Verfahrensschritte charakterisiert ist:
1) Bereitstellen von pflanzlichen Ausgangsmaterialien,
2) Versetzen des pflanzlichen Ausgangsmaterials des Schrittsl) mit einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide zur Ab-/Auftrennung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials sowie mit einem wässrigen Verteilungsvolumen und Verteilung der ab-/aufgetrennten Konstituenten,
3) Separation solider Feststoffe aus dem Verteilungsgemisch des Schritts 2b) unter Erhalt einer faser-freien wässrigen Lösung gelöster Konstituenten des Ausgangsmaterials, 4) Kondensierung/Aggregation/Komplexierung der gelösten Konstituenten der wässrigen Lösung des Schritts 3) unter Erhalt einer wässrigen Phase, enthaltend kondensierte lösliche Konstituenten des Ausgangsmaterials,
5) Separation und Dehydrierung der kondensierten löslichen Konstituenten des
Ausgangsmaterials des Schritts 4) und Erhalt eines dehydrierten Kondensates aus des Schritts 4) sowie einer geklärten Prozesswasserphase,
6) Verwendung der geklärten Prozesswasserphase des Schritts 5) für einen oder mehrere der optionalen Prozessschritte:
6.1) Bereitstellung einer Prozesswasserphase für ein Nebenstromverfahren;
6.2) Rückführung der Prozesswasserphase des Schritts 6.1) erhältlich aus einem Nebenstromverfahren und Bereitstellung der gebrauchten Prozesswasserphase aus einem Nebenstromverfahren
6.3) Reinigung der Prozesswasserphase erhältlich aus den Verfahrensschritten 5) und/oder 6.2 6.4) Bereitstellung einer geklärte und gereinigte Prozesswasserphase, 7) Wiederverwendung geklärter und/oder geklärter und gereinigten Prozesswasserphase, wobei die geklärte und/oder geklärte und gereinigte Prozesswasserphase des Schritts 7) aus einem oder mehreren Prozessen der Schritte 6) erhalten werden und die Wiederverwendung in Schritt 2) oder einem Nebenstromprozessverfahren erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht zusätzlich zahlreiche Verfahrensvarianten, die weitere überaus vorteilhafte Ausführungsformen ermöglichen.
Verfahrensvarianten des Verfahrensschritts 1
In einer bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt die Bereitstellung des pflanzlichen Ausgangsma- terials und insbesondere bei Pressrückständen oder Mahlprodukten von Pflanzensaaten unter besonderen Bedingungen. In einer Ausführungsart erfolgt die Befüllung des Behältnisses (und ggf. auch in den folgenden Prozessschritten) unter Schutz- bzw. Inertgasbedingungen. Hierdurch können beispielsweise oxidative Veränderungen, die unter Raumluftbedingungen ablaufen, unterbunden werden. Dies kann insbesondere für die erhaltbaren Produkteigenschaften von entscheidender Rolle sein. Im Falle einer solchen Auslegung sind auch die Behältnisse der subsequenten Verfahrensschritte entsprechend auszustatten/auszuführen.
In einer weiteren Verfahrensausführung ist das/die Behältnis(e) des Schritt 1 sowie der subsequenten Verfahrensschritte explosions-geschützt.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem die pflanzlichen Ausgangsmaterialien in einem geeigneten Behältnis bereitgestellt werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem die pflanzlichen Ausgangsmaterialien in einem geeigneten Behältnis und einer Vorrichtung bereitgestellt werden, indem und mit der eine Schutz-/lnertgasatmosphere hergestellt und gehalten werden kann.
Verfahrensvarianten der Verfahrensschritte 2), bzw. 2a) und 2b)
In einer Ausführungsform erfolgt vor, während oder nach dem Versetzen des biogenen Ausgangsmaterials des Schritts 1 mit einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide die Hinzugabe einer oder mehrerer weiterer(en) Verbindung(en). In einer bevorzugten Ausführungsform können hierdurch insbesondere lipophile Konstituenten des biogenen Ausgangsmaterials von den amphiphilen und hydrophilen Konstituenten des biogenen Ausgangsmaterials abgetrennt und anschließend separiert werden.
So kann beispielsweise ein Alkohol hinzugegeben werden, um Inhaltsstoffe des Pressrückstandes oder eines Mahlproduktes zu lösen und/oder in Lösung zu halten während subsequenter Verfahrensschritte. Geeignete Alkohole sind beispielsweise Isopropanolol, Methanol oder Ethanol oder Octanol. Bevorzugt ist die Hinzugabe eines kleinen Volumenanteils eines oder mehrerer Alkohols bzw. Alkohole. Bevorzugt ist ein Volumenanteil von 0,1 bis 30 Vol%, mehr von 0,5 bis 20 Vol%, weiter bevorzug zwischen 0,8 und 10 Vol% und noch weiter bevorzugt zwischen 1 und 8 Vol%. Hiermit lassen sich Verbindungen, wie beispielweise Farbstoffverbindungen, von anderen Konstituenten des Ausgangsmaterials ablösen und/oder und in Lösung halten. In einer bevorzugten Verfah- rensausführung wird/werden in einer optionalen Verfahrensschritte 2al) und/oder 2bl) ein oder mehrere Alkohol(e) dem Prozessgemisch hinzugegeben.
In einer Verfahrensausführung werden oxidative Prozesse, die in einem der wässrigen Medien, in denen die Konstituenten des Ausgangsmaterials gelöst sind, ablaufen können, durch Antioxidantien reduziert oder verhindert. Bevorzugt ist/sind die optionale(n) Verfahrensschritt(e) 2a2) und/oder 2a2), in der/denen ein oder mehrere Antioxidans/Antioxidantien der Prozessflüssigkeit hinzugemischt wird/werden. Dies ist besonders vorteilhaft, um beispielsweise Polyphenole, Vitamine oder Farbstoffe vor einer Oxidation, die während des Verfahrensablaufes stattfinden kann, zu schützen und sie in nicht oxidierter Form zu erhalten.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem ein/oder mehrere organische und/oder anorganische Verbindungen in dem Verfahrensschritt 2a) und/oder 2b) den optionalen Verfahrensschritten 2al) 2a2), 2bl) oder 2b2) hinzugegeben werden, um organische Verbindungen des Ausgangsmaterials zu lösen, löslich zu halten und/oder zu schützen.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die mindestens eine Verbindung, die in dem Verfahrensschritt 2al), 2a2), 2bl) oder 2b2) hinzugegeben wird, ein Alkohol und/oder ein Antioxidans ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Hinzugabe von lipophilen Verbindungen und/oder organischen Lösungsmitteln in einem oder beiden optionalen Verfahrensschritt(en) 2a3) und/oder 2b3). Dies kann besonders vorteilhaft sein, um in subsequenten Verfahrensschritten die Ausbildung einer separaten organischen Phase/Lipidphase zu ermöglichen und/oder die Herauslö- sung, insbesondere von Neutrallipiden, zu erleichtern. Geeignete Lösungsmittel sind u. a. Hexan, Pentan, Octan, Methylester, Triglyceride, Paraffine oder Silikonöle. Bevorzugt ist eine sorgfältige Durchmischung der hinzugegebenen Verbindungen und Lösungen mit dem Reaktionsgemisch.
Es konnte gezeigt werden, dass Lipide und insbesondere Neutrallipide an den hydratisierten Konstituenten des Ausgangsmaterials, die im Verteilungsgemisch vorliegen, nicht binden und von hydrati- sierten Verbindungen abgelöst werden. Dieser Effekt kann in besonders vorteilhafter Weise genutzt werden, um selektiv oder unselektiv Lipide und/oder lipophile Verbindungen, die im Verteilungsgemisch vorliegen, in einer Lipidphase zu vereinigen. Die Lipidphasen bildenden Lipide können dabei bereits in den biogenen Ausgangsmaterialien vorgelegen haben und/oder werden in einem der Prozessschritte hinzugegeben. Vorteilhaft ist die Verwendung von Lipidgemischen und/oder Kombinati- onen mit organischen Lösungsmitteln. Besonders bevorzugt ist es, eine vorzugsweise bereits aufgereinigte Triglyceridphase, die aus der Pressung des Ausgangsmaterials hervorgegangen ist, zu verwenden. Durch die Ausbildung einer Lipidphase können in besonders vorteilhafter Weise auch micellar vorliegende Lipide und lipophile Verbindungen in die Lipidphase aufgenommen werden, wodurch sich diese sehr einfach von der wässrigen Phase abtrennen lassen und ggf. weiter verwen- det werden können. Dies betrifft u. a. die Extraktion von Sinapin, Tocopherolen, fettlöslichen Vitaminen oder Farbstoffen. Die sich vorzugsweise spontan ausbildende Lipidphase scheidet sich an der Oberfläche des wässrigen Mediums ab und lässt sich hierdurch mittels bekannter Trenntechniken, wie z. B. einem Skimmer, vom wässrigen Medium separieren.
In weiteren bevorzugten Ausführungsarten können in den optionalen Verfahrensschritten 2a3) und/oder 2b3) lipophile Verbindungen hinzugegeben werden, die in vorteilhafter Weise die Ausbil- dung einer Lipidphase ermöglichen. Es wurde gefunden, dass durch den Zusatz beispielsweise eines Speiseöls sich eine Lipidphase auf den wässrigen Prozessphasen separiert, die diesen aufschwimmt. Es wurde gefunden, dass Lipide, die als Konstituenten in dem biogenen Ausgangsmaterial vorhanden waren, hierin vorlagen. Bevorzugt ist eine Mischung der wässrigen Prozesslösung(en) mit den lipophilen Verbindungen. Die Separation der lipophilen Phase kann durch ein Absetzverfahren oder ein zentrifugales Verfahren erfolgen. Die Separation einer separaten Lipidphase erfolgt vorzugsweise zum Ende des Prozessschritts 2, also vor dem Prozessschritt 3.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von lipophilen Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem lipophile Verbindungen in dem Prozessschritt 2a3) und/oder 2b3) hinzugegeben und mit dem Prozessgemisch gemischt werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in dem Verfahrensschritt 2a3) und/oder 2b3) ein Neutrallipid und/oder organisches lipophiles Lösungsmittel hinzugegeben und mit dem wässrigen Gemisch durchmischt wird/werden.
Bevorzugt ist eine Verfahren, bei dem eine Lipidphase gebildet wird, durch die und mit der lipophile Verbindungen aus dem Verteilungsgemisch entfernt und gewonnen werden können.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine Lipidphase, die sich während dem Verfahrensschritt 2b) bzw. 2) ausbildet oder ausgebildet werden kann, vor Durchführung des Verfahrensschritts 3) von der wässrigen Verteilungslösung entfernt wird.
Verfahrensvarianten des Verfahrensschritts 2b)
In einer Ausführungsart des Verfahrensschritts 2b) erfolgt in dem Verfahrensschritt 2b4) eine Entfernung von hydrophilen und/oder amphiphilen Verbindungen aus dem Verteilungsgemisch. Dies kann durch Adsorptions/Komplexierungs/Filtrations/Dialyse/Hydrolyse-Verfahren erfolgen. So lassen sich beispielsweise Färb- und Geruchsstoffe an verschiedene Adsorbierten binden/immobilisieren, wie z. B. durch Aktivkohle oder Zeolithe. Ferner können z. B. Enzyme verwandt werden, um beispielsweise anti-nutritive Verbindungen zu deaktivieren. Ferner lassen sich Toxine z. B. durch Chelate komplexieren. Ferner können mittels Dialyseverfahren, insbesondere Ionen und kleinmolekulare Verbindungen, wie beispielsweise Toxine, reduziert werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem aus einem Verteilungsgemisch hydrophile und/oder amphiphile Verbindungen mittels Adsorptions/Komplexierungs/Filtrations/Dialyse/Hydrolyse-Verfahren entfernt werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in dem Verfahrensschritt 2b4) eine Adsorption/Komplexierung/ Filtration/Dialyse/Hydrolyse von hydrophilen und/oder amphiphilen Verbindungen erfolgt.
Verfahrensvarianten des Verfahrensschritts 3
In einer Verfahrensausführung erfolgt eine differentielle Filtration der soliden Konstituenten des Ausgangsmaterials. In einer bevorzugten Verfahrensausführung werden zu diesem Zweck Filter mit unterschiedlichen Siebmaßen verwendet, wobei zunächst größere und in einer oder mehreren weiteren Filtrationstufen kleinere Partikel abfiltriert werden. Zur differentiellen Trennung nach Partikelgrößen werden vorzugsweise Vibrations- oder Rotationsschwingsiebe verwandt. Neben der größen-selektiven Separation der korpuskulären Bestandteile des Verteilungsgemisches, kann auch eine Trennung nach der Dichte der Partikel erfolgen. Hierzu sind Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt, wie z. B. die Verwendung von Hydrozyklonen. In besonders vorteilhafter Weise lassen sich hierdurch die Faserstoffe, aber auch nicht lösliche und komplexe Kohlenhydrate in die einzelnen Fraktionen auftrennen, die anschließend einer stofflichen Verwertung zugeführt werden können. Die Auftrennung der Faserstoffe bzw. korpuskulären Bestandteile, die im Verteilungsgemisch vorliegen, nach ihrer Größe und/oder ihrer Dichte (spezifischem Gewicht) kann in dem optionalen Verfahrensschritt 3a) mittels Siebtechniken und/oder Wirbelstrom-Verfahren, wie im Folgenden näher beschrieben, erfolgen.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in dem Verfahrensschritt 3a) die gelösten Faserstoffe und korpuskulären Bestandteile mittels differentieller Sieb- und/oder Wirbelstromtechniken nach ihrer Größe und/oder ihrem spezifischen Gewicht separiert und anschließend verwandt werden können.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante des Verfahrensschritts 3 erfolgt in dem Verfahrensschritt 3b) eine Separation von Kleinstkomplexen/-partikeln, im Anschluss an die Separation von Faserstoffen. Als Kleinstkomplexe/-partikel werden dabei verstanden, Aggregate, die eine Größe zwischen 0,5 und 20μιτι aufweisen. Derartige Aggregate bestehen zu einem hohen Anteil aus Kohlenhydraten oder Faserstoffen. Die Entfernung dieser Aggregate kann dabei erfolgen durch zentrifugale Verfahren oder Filtertechniken. Bei Auswahl der geeigneten Einstellungsparameter kann eine Abtrennung der Kleinstkomplexe ohne Verlust an Proteinen erfolgen.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in dem Verfahrensschritt 3b) Kleinstkomplexe/-partikel ohne Verlust an gelösten Proteinen separiert werden.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, wobei im Schritt 3) die Separation der soliden Feststoffe aus dem Verteilungsgemisch des Schrittes 2b) mittels einer Filtration oder Sedimentation erfolgt.
Verfahrensvarianten des Verfahrensschritts 4
In einer bevorzugten Ausführungsform werden in Schritt 4) Verbindungen umfassend Kohlenhydrate, Phospholipide, Glykolipide, Glykoglycerolipide, Antioxidantien, Vitamine der wässrigen Lösung des Schritts 3) zugesetzt und/oder bereits darin enthalten sind, die an die gelösten Proteine gebunden und zusammen mit den Proteinen aggregiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren nach Schritt 4) und vor Schritt 5) den Schritt 4a):
Abtrennung der aggregierten Proteine und nachfolgende Zugabe von einem oder mehreren weiterem Aggregationsmittel(n) zur Aggregation der gelösten Kohlenhydrate gemäß Schritt 3).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden in dem Verfahrensschritt 4a) vor, während oder nach der Initiierung der Kondensation/Aggregation/Komplexierung der gelösten löslichen Konstituenten, wie den Proteinen, eine oder mehrere Verbindung(en) der faser-freien Lösung, enthaltend Protein, hinzugegeben, um sie an/die mit/den Proteinen zu binden/komplexieren und somit in die gewinnbare Proteinfraktion einzubringen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden in dem Verfahrensschritt 4a) der wässrigen faser-freien Lösung, enthaltend Protein, Verbindungen hinzugegeben, die vorzugsweise Phospholipide, Glycolipide, Carbonsäuren, Antioxidantien, Vitamine und/oder Kohlenhydrate umfassen. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wer- den in dem Verfahrensschritt 4a) der wässrigen faser-freien Lösung, enthaltend Protein, Verbindun- gen hinzugegeben, die vorzugsweise Phospholipide, Glycolipide, Carbonsäuren, Antioxidantien, Vitamine und/oder Kohlenhydrate umfassen und/oder bereits darin enthalten sind, die an die gelösten Proteine gebunden und zusammen mit den Proteinen aggregiert werden. In einer Verfahrensvariante kann dieser Verfahrensschritt auch in dem Verfahrensschritt 2 als Verfahrensschritt 2b5) erfolgen. In einer Verfahrensausführung werden die gelösten Verbindungen bzw. Verbindungsklassen, die in der faser-freien wässrigen Lösung des Prozessschrittes 4 vorliegen, differentiell mit den gelösten Proteinen und/oder anderen gelösten Verbindungen aggregiert/komplexiert. Dies kann erfolgen, indem in dem Verfahrensschritt 4b) vor, während oder nach der Initiierung der Kondensati- on/Aggregation/Komplexierung der Proteine und/oder anderen gelösten Verbindungen, eine oder mehrere Verbindungen der faser-freien Proteinlösung hinzugegeben werden, die die Löslichkeit von Verbindungen, die beispielsweise nicht Proteine sind, erniedrigen. Dies kann beispielsweise erfolgen, in dem Carbonate hinzugegeben werden, um die Löslichkeit von Glycolipiden zu verändern oder durch eine Hinzugabe von Chelatbildern, um die Löslichkeit von Phospholipiden zu verändern. Aber auch andere Verbindungen können verwandt werden, wie NaS04, Ammoniumsulfat, CaCI2, MgCI2, Acetate, Tartrate oder Silikate. Hierdurch wird erreicht, dass die Löslichkeit einzelner oder mehrerer gelöster Verbindungen erniedrigt wird, wodurch diese an/mit den Proteinen adhärie- ren/komplexieren. Dies erfolgt vorzugsweise während der Kondensati- on/Aggregation/Komplexierung der Proteine in diesem Verfahrensschritt. Hierdurch werden die Verbindungen, deren Löslichkeit in dem Reaktionsgemisch erniedrigt wird, in die sich ausbildenden Pro- tein-Kondensate/-Aggregate/-Komplexe aufgenommen und in dieser Form gewinnbar gemacht. Dieser Prozess erfolgt vorzugsweise in einem neutralen pH-Bereich, bevorzugt ist ein pH zwischen 6 und 8. Zur Beeinflussung der Löslichkeit eignet sich ferner die Einstellung einer geeigneten Reaktionstemperatur, die von derjenigen, die bei einer konsekutiven Hinzugabe von Kondensierungsmitteln bevorzugt wird, unterschiedlich sein kann.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in dem Verfahrensschritt 4a) eine oder mehrere Verbindung(en) der wässrigen Prozesslösung hinzugegeben wird/werden, um sie an gelöste und/oder sich konden- sierende/aggregierende/komplexierende und/oder kondensierte/aggregierte/komplexierte Proteine zu binden und/oder hierin aufzunehmen, durch Hinzugabe der einen oder mehrerer Verbindung(en) vor, während oder nach der Initiierung der Kondensation/Aggregation/Komplexierung der Proteine. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in dem Verfahrensschritt 4b) Verbindungen, die in der wässrigen Prozesslösung gelöst vorliegen, an die gelösten Proteine binden oder mit diesen kondensieren/ aggregieren/komplexieren durch Hinzugabe dieser Verbindungen vor, während oder nach der Initiierung der Kondensation/Aggregation/Komplexierung der Proteine. Die komplexierte Proteinfraktion lässt sich mit zentrifugalen Techniken, wie mit einem Dekanter, zu einer Dehydren Masse kondensie- ren.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in Schritt 4b) Verbindungen, die in der wässrigen Prozesslösung gelöst vorliegen, an die gelösten Proteine gebunden werden, indem diese Verbindungen mit den gelösten Proteinen kondensiert/aggregiert/komplexiert werden. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in Schritt 4b) Verbindungen, die in der wässrigen Prozesslösung gelöst vorliegen, an die gelösten Proteine zu binden, indem diese Verbindungen mit den gelösten Proteinen kondensiert/aggregiert/komplexiert werden.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, wobei in Schritt 5) die Trennung der Suspension des Schrittes 4) mit einem filtrativen Verfahren durchgeführt wird.
Verfahrensvarianten des Prozessschritts 6):
In einer bevorzugten Ausführungsart werden im Prozessschritt 6) Verbindungen, die noch in der geklärte Wasserphase des Verfahrensschritts 5) enthalten sind, durch eine Reinigung der Prozesswas- serphase reduziert/entfernt. Dies kann erflogen durch Adsorption, Aggregation, Komplexierung oder Dialyse-Verfahren. In diesem Verfahrensschritt können eine oder mehrere Verbindungen oder Verbindungsklassen mit Verfahren aus dem Stand der Technik der wässrigen Phase entzogen werden. So lassen sich beispielswiese gelöste Geruchs- und Geschmacksstoffe mit Tonmineralien entfernen, wie z. B. Ca-Bentonit, Saponit oder Kerolith. Aber auch Zeolite oder Aktivkohlepräparate, Aktivkoks, Kie- selgele, Molekularsiebe, Tonerden, Aluminiumoxid, Styrolpolymere können verwandt werden. Ferner können Farbstoffe mit geeigneten Adsorptionsmitteln entfernt werden, wie z. B. mit Aktivkohle. In der geklärten Prozessflüssigkeit des Schritts 5) können auch Phospholipide und/oder Glycolipide enthalten sein. Dies kann durch die Verfahrensführungen der zuvor durchgeführten Verfahrensschritte gesteuert werden. In einer Ausführungsart werden die eine oder beide dieser Verbindungsklassen entfernt, indem der Prozessflüssigkeit Fällungsmittel hinzugegeben werden. Geeignete Reagenzien umfassen u. a. Silikate, Carbonate, Oxide von Magnesium, Calcium, Aluminium oder Kupferverbindungen, wie Kupferchlorid oder Ca-Carbonat. Dies bedingt eine Aggregation/ Komplexierung dieser Verbindungen, sodass Agglomerate entstehen, die mit dem bloßen Auge erkannt werden können. Nach einer ausreichenden Zeit und Konzentration der Fällungsmittel, die dann besteht, wenn sich keine weiteren Aggregate mehr ausbilden, können diese mittels zentrifugaler Trenntechniken separiert und erhalten werden. Bevorzugt sind ferner Koagulationsmittel, wie beispielsweise (NH4)2S04, CaS04, MgS04, Na2S04 oder organische Stoffe, wie Glucano-Lacton. Bevorzugt ist, die entstandenen Kondensate/Aggregate und Komplex durch eine Filtertechnik oder mittels zentrifugaler Verfahren aus der Prozesswasserphase zu entfernen.
In einer weiteren vorteilhaften Verfahrensausführung des Prozessschritts 6) erfolgt eine Reduktion der in der geklärten Prozessflüssigkeit vorliegenden ionischen und ionisierbaren Verbindungen, wie z. B. Natrium, Kalium, Magnesium oder Kalzium. Hierzu können bekannte lonenaustauschharze, wie z. B. Amberlite XAD 16HP, XAD 7HP, XAD 1180NFPX 66 oder Dowex 1x8 der Prozessflüssigkeit hinzugegeben werden oder eine Elektrodialye der Prozessflüssigkeit durchgeführt werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in dem Verfahrensschritt 6) eine Reinigung der Prozesswasserphase erfolgt, bei der gelöste organische und/oder anorganische Verbindungen in der geklärten Wasserphase durch Adsorption, Aggregation, Komplexierung oder Dialyse-Verfahren reduziert oder entfernt werden. In einer weiteren bevorzugten Verfahrensausführung werden Toxine oder Herbizide oder Pestizide oder andere gesundheitsschädliche Verbindungen durch geeignete Verfahren aus der geklärten Wasserphase entfernt. Geeignete Verfahren sind beispielsweise eine Ultrafiltration oder Nanofiltration der Lösung oder eine Adsorption der Toxine oder Gefahrenstoffe.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden gelöste Verbindungen und /oder Mikroorganismen durch eine thermische Behandlung inaktiviert und separiert. Der bevorzugte Temperaturbereich für die thermische Behandlung liegt zwischen 40° und 120°C oder zwischen 18° und 0°C. Die Separation wird dabei dadurch erreicht, indem durch die thermische Behandlung die Löslichkeit der zu separierenden Verbindungen/Mikroorganismen geändert wird und sie hierdurch zu kondensieren und/oder zu komplexieren, wodurch die Kondensate/Aggregate sich mit bekannten Separationstechniken aus der Flüssigkeit entfernen lassen. Geeignete Trennverfahren sind zentrifugale Verfahren sowie Filter- und Siebtechniken. Mit diesem Verfahrensschritt lassen sich u. a. Verbindungen, die der Stoffklasse der Kohlenhydrate zuzurechnen sind, separieren.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in dem Verfahrensschritt 6) eine Reinigung der Prozesswasser- phase erfolgt, bei der eine thermische Behandlung erfolgt, bei der gelöste Verbindungen und/oder
Mikroorganismen kondensiert und/oder komplexiert und anschließend separiert werden.
In einer weiteren besonders bevorzugten Verfahrensausführung des Verfahrensschritts 6) werden zur Wiederverwendung der geklärten Prozesswasserphase weitere Reinigungsschritte durchgeführt.
Solche beinhalten u.a. eine ggf. erforderliche Reduktion oder Entfernung von Keimen/Sporen. Hierzu können bekannte Verfahren, wie eine Mikrofiltration (Sterilfiltration) oder eine Bestrahlung (UV- oder Gamma-strahlen), erfolgen.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in dem Verfahrensschritt 6) ein Verfahren zur Reduktion und/oder Entfernung von Keimen und Sporen erfolgt.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die eingesetzten Wasserphasen vollständig recycelt und im Prozess wieder eingesetzt werden können. Da bei der Prozesstechnik große Mengen an Prozesswasser benötigt werden, ist dies von erheblicher ökonomischer Bedeutung. Die Entstehung von Abwasser aus dem Separationsprozess kann vollständig vermieden werden. Es konnte gezeigt werden, dass die kontinuierliche Wiederverwendung der Prozessflüssigkeiten keinen negativen Einfluss auf die Quantität und Qualität der Produktfraktionen hat.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden neben den beschriebenen Hautprozessverfahrensschritten eine oder mehrere Nebenstrom-Prozessverfahrensschritte durchgeführt. Die Ausführung dieser Prozessschritte ist optimal und kann zeitlich und räumlich voneinander unabhängig verlaufen. Zur Prozess-Ökonomisierung ist es allerdings vorteilhaft und daher bevorzugt, den Hautprozessverfahrensablauf und den Nebenprozessablauf 3-1 miteinander zeitlich und räumlich zu verbinden.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bestehend aus einem Hauptprozessverfahren und einem Nebenstrom- verfahren, zum Erhalt separierter und gereinigter Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem zur Prozessökonomisierung die Prozesswasserphasen der Hauptprozessschritte in Neben- stromverfahrensschritten und umgekehrt eingesetzt werden. Nebenstrom-Prozessverfahren 3-1
Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte des optionalen Nebenstrom-Prozessverfahrens ermöglichen in besonders vorteilhafter und überraschender Weise weitere überaus vorteilhafte Effekte bei der stofflichen Verwertung der in dem Verfahrensschritt 3) erhaltbaren Siebrückstände. Die Zusam- mensetzung der korpuskulären organischen Bestandteile des Siebrückstandes ist dabei abhängig von dem Ausgangsmaterial. Prinzipiell können die folgenden Hauptkomponenten gefunden werden: cel- lulose-basierte Fasern, lignin-basierte Schalenanteile, komplexe Kohlenhydrate, wobei die komplexen Kohlenhydrate überwiegend in Form von korpuskulären Anteilen bis hin zu vollständig erhaltenen Stärkekörnern vorliegen. In mikroskopischen Analysen hat sich gezeigt, dass die einzelnen Fraktionen in reiner Form, also nicht untereinander oder mit Proteinen oder anderen organischen Verbindungen komplexiert, vorliegen. Hierdurch kann mit sehr einfachen mechanischen Trennprozessen eine weitere Fraktionierung dieser Komponenten erfolgen. Bei den optionalen Verfahrensschritten des Nebenstrom-Prozessverfahrens 3-1 wird der in dem Verfahrensschritt 3) erhaltene Siebrückstand oder Filterkuchen (ggf. vorfraktioniert durch den Verfahrensschritt 3a) oder 3b)) verwandt. Das Material wird in dem Verfahrensschritt 3-1. a mit einer Wasserphase in einem Reaktionsgefäß (R3 gemäß Schema 1) gemischt. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine geklärte Prozesswasserphase, die z. B. im Anschluss an den Verfahrensschritt 5) erhältlich wird und aus dem Vorratstank V5a dem Prozessschritt zugeleitet wird. Es kann aber auch jede andere Wasserphase sowie Frischwasser verwandt werden. Das Zugabeverhältnis der Wassermenge im Verhältnis zum Filterrückstand hängt von den noch vorhandenen Verunreinigungen ab, vorzugsweise beiträgt dieses zwischen (m:m) 1:1 und 500:1 Gew%, mehr bevorzugt zwischen 2:1 und 200:1 Gew% und weiter bevorzugt zwischen 3:1 und 100:1 Gew%. Vorzugsweise erfolgt eine Intensivmischung, beispielsweise mit einem Hochleistungsschermischer oder einer Kolloidmühle. Dabei kann die Prozesstemperatur erhöht werden, vorzugsweis auf Werte zwischen 35 und 70°C, weiter bevorzugt auf 40° bis 60°C. Die Dauer der Mischung hängt vom den übrigen Prozessparametern ab und richtet sich nach dem Reinheitsgrad der durch Fraktionierung erhaltbaren Verbindungen. Im optionalen Prozessschritt 3-1. b erfolgt zunächst eine Separation von komplexen Kohlenhydrataggregaten und unzureichend zerkleinerten Ausgangsmaterialien (z.B. Körnern, Blättern). In einer bevorzugten Verfahrensanwendung erfolgt hierzu eine Siebung der Suspension aus dem Reaktionscontainer R3, welche innerhalb eines mit einer Flüssigkeit gefüllten Behältnis- ses mit einem geeigneten Siebmaß, das > 95% der cellulose-basierten Fasern und lignin-basierten Schalenanteile durchlässt, erfolgt. Die passierenden Faser- und Schalenanteile sedimentieren dann in dem Auffangbehälter (A3) und liegen zusammen mit der Prozessflüssigkeit vor. Bei dem Siebvorgang wird beispielsweise das Sieb überströmt und/oder eine Passage durch eine Vibration des Siebes erleichtert, wobei Kohlenhydratpartikel sowie große Partikel das Sieb nicht passieren. Die zurückgehal- tenen komplexen Kohlenhydrate oder Partikel können anschließend von dem Sieb entfernt und dem Produktcontainer P2 zugeleitet werden. Diese Produkte können weiteren Anwendungen zugeführt werden. In einem weiteren bevorzugten Verfahrensschritt 3-1. c werden die im Auffangbehälter A3 suspendierten korpuskulären Anteile nach Ihrer Dichte mittels eines Wirbelstromseparators (z. B. Hydrocyclon) voneinander getrennt, wobei vorzugsweise die leichteren cellulose-basierten Fasern über den Oberlauf und die schwereren lignin-basierten Schalenanteile über den Unterlauf abgetrennt werden. In einem weiteren bevorzugten Verfahrensschritt werden die Wasserphasen des Ober- bzw. des Unterlaufs aus der Hydrozyklonabtrennung, einem Verfahren zur Separation der korpuskulären Bestandteile, der Prozesswasserphase zugeführt. Vorzugsweise erfolgt die Separation mittels filtrativer Techniken, wie beispielsweise einem Schwingsieb oder auch mittels zentrifugaler Verfahren, wie Zentrifugen oder Dekantern. Die erhaltenen Fraktionen (cellulose-basierte Faser sowie lignin-reiche Schalenanteile) werden anschließend einem Trocknungsverfahren unterzogen oder einer weiteren Verwendung zugeführt. Die erhaltenen Prozesswasserphasen können vereinigt werden und beispielsweise ohne eine weitere Aufreinigung den Verfahrensschritten 2a), 2b) oder 3) wieder zugeführt werden. Somit lassen sich durch diese Verfahrensführung in überaus vorteilhafter Weise reine Fraktionen cellulose-basierter Fasern sowie lignin-reicher Schalen erhalten. Ferner kann eine Rückführung des hierfür erforderlichen Prozesswassers zu vorgelagerten Prozessschritten vorgenommen werden. Vorzugsweise erfolgt hierfür eine Einleitung des Prozesswassers des Nebenstrom-Prozessschritts 3-1. c in den Vorratstank V5b.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem cellulose-basierte Faserstoffe, lignin-reiche Schalenteile und/oder komplexe/komplexierte Kohlenhydrate von biogenen Ausgangsmaterialien in reiner Form separiert und verwendet werden können.
Bevorzugt sind reine Fraktionen von cellulose-basierten Faserstoffen, lignin-reichen Schalenteilen und/oder komplexen/komplexierten Kohlenhydraten, erhältlich in reiner Form nach einem der erfin- dungsgemäßen Verfahren.
Rein bedeutet dabei, dass andere organischer Bestandteile/Verbindungen in einem Gewichtsanteil von < 10 % vorliegen
Im Weiteren soll auf besonders vorteilhafte verfahrenstechnische Aspekte eingegangen werden. Extraktion von Lipiden aus biogenen Ausgangsmaterialien.
Gemäß dem Stand der Technik erfolgt bei ölhaltigen biogenen Ausgangsmaterialien vor einer Gewinnung von Proteinen und/oder Kohlenhydraten aus diesen, wie beispielsweise bei Samen von Ölpflanzen, z. B. Raps oder Soja, zunächst ein Entölungsverfahren, wozu die Samen oder Körner ausgepresst werden oder eine Extraktion mittels organischer Lösungsmittel erfolgt. Dies ist deshalb erforderlich, weil lipophile Verbindungen, vornehmlich Triglyceride, ansonsten zusammen mit den Proteinen oder Kohlenhydraten ausgetragen werden, wodurch die Produktqualität reduziert wird. Eine vollständige Entölung der Pflanzensamen oder der Extrakte ist auch wegen der in der Ölfraktion enthaltenen Geruchs- und Geschmackstoffe erforderlich. So ist aus der Literatur bekannt, dass die verbleibenden Lipide sich während der Proteinisolierung in der Proteinfraktion anreichern und die sensorischen Eigenschaften negativ beeinflussen (bitterer, ranziger Geschmack und Geruch). Dieser off-flavour wird bei der Anwendung der Proteinpräparate in Lebensmitteln auf diese übertragen und ist daher unerwünscht.
Zur Entölung werden im Stand der Technik Verfahren vorgeschlagen, bei denen unpolare Lipide aus wässrigen Lösungen/Suspensionen von zerkleinerten Pflanzensamen extrahiert wurden, indem das Pflanzenmaterial mit organischen Lösungsmitteln, bei Raum- oder erhöhten Temperaturen über ei- nen längeren Zeitraum, in Kontakt gebracht werden. Anschließend befinden sich in dem Lösungsmittel die Neutralfette sowie herausgelöste Toxine. Derartige Anwendungen erfordern einen erhöhten Verfahrensaufwand und können dazu führen, dass organische Lösungsmittel in den zu gewinnenden Produkten verbleiben. Dies ist insbesondere der Fall, wenn als Lösungsmittel ein Alkohol verwandt wird, der sich aus der wässrigen Phase nur unter großem Aufwand wieder entfernen lässt und daher auch insbesondere die Wiederverwendbarkeit der wässrigen Extraktionslösung erheblich einschränkt. Außerdem werden durch Alkohole wertvolle Inhaltsstoffe irreversibel geschädigt, wie beispielsweise Polyphenole. Mit der Patentschrift DE10101326 AI wurde ein vereinfachtes Verfahren vorgestellt, bei dem den zerkleinerten Pflanzensamen überkritisches C02 als Lösungsmittel zugege- ben wurde und mittels einer Phasenseparation Rohöl und ein entölter Rückstand gewonnen werden, qualitative Eigenschaften erhaltbarer Proteinfaktionen sind nicht offenbart. Derartige Verfahren sind mit einem deutlichen Energieaufwand verbunden und eignen sich kaum für eine großtechnische Anwendung.
Bei anderen Verfahren erfolgt wiederum der Extraktionsvorgang von Neutrallipiden unmittelbar mit organischen Lösungsmitteln, wie Hexan oder Pentan und zumeist unter Verwendung von hohen Temperaturen. Dabei werden auch amphilphile Verbindungen, wie freie Fettsäuren, Phospholipide oder Vitamine und Polyphenole, mit entfernt, wodurch diese Verbindungen verloren gehen oder aus den Abströmen extrahiert werden müssen. Andererseits konnte gezeigt werden, dass lecithin-reiche Proteinkonzentrate hervorragende emulgierende Eigenschaften aufweisen und deshalb in der Le- bensmittelindustrie von hohem Interesse sind. Um dies zu erreichen wird nach dem Stand der Technik gereinigtes Lecithin bzw. Rohlecithin dem isolierten Protein zugemischt, beispielsweise unter Verwendung einer Sprühtechnik. Eine derartige Vorgehensweise erfordert einen erheblichen pro- zess-technischen und damit auch ökonomischen Aufwand, um Proteinisolate mit außergewöhnlich guten emulgierenden Eigenschaften zu erhalten. In einer Untersuchung zu qualitativen Unterschie- den von 2 Proteinfaktionen, die aus Rapspresskuchen erhalten wurden, wobei eine Fraktion erhalten wurde nach einer EntÖlung mittels Hexan, gefolgt von einer wässrigen Fraktionierung und einer Präzipitation durch eine Säure und die andere durch eine wässrige Fraktionierung und einer Gewinnung der Proteinfraktion durch eine Ultrazentrifugation, zeigte sich, dass die Wasserlöslichkeit der Proteinfraktion beim ersten Prozess bei einem pH von 7 - 9 nur bei 24% lag, während diese beim zweiten Verfahren 50% betrug (Yumiko Yoshie-Stark, Chemical composition, functional properties, and bioactivities of rapeseed protein isolates, Food Chemistry, Volume 107, 2008, p. 32-39) Aus der Literatur ist bekannt, dass die Löslichkeit der Globuline durch die Faltung der Proteinkette beeinflusst wird. Erfolgt eine physikalische Modifikation durch pH-Shift und/oder durch thermische Behandlung oberhalb der Denaturierungstemperatur, ändert sich die Struktur und Ladungsverteilung an der Mo- leküloberfläche. Wenn dabei unpolare Aminosäurereste an die Grenzfläche zum Lösungsmittel gelangen, sinkt die Löslichkeit signifikant. Bestimmte physikalische Modifikationen der Struktur, z.B. solche, die pH-induziert sind, sind häufig reversibel, dagegen führen thermische Denaturierungen in der Regel zu irreversiblen Struktur- und Eigenschaftsänderungen. Daher ist es vorteilhaft, ein Verfah- ren zur EntÖlung anzuwenden, bei dem weder ein organisches Lösungsmittel verwandt wird, noch eine Erhitzung erfolgt.
Überraschenderweise zeigte sich, dass durch eine erfindungsgemäße Verfahrensanwendung weder die Anwesenheit eines organischen Lösungsmittels noch die Verwendung einer erhöhten Temperatur erforderlich ist, um Neutrallipide von Proteinen und Kohlenhydraten zu separieren. Darüber hinaus konnten mit den erfindungsgemäßen Verfahrensausführungen Proteinfraktionen erhalten werden, bei denen Phospholipide mit einem Anteil von 2 bis 15 Gew% vorlagen. Ferner konnten neben Phospholipiden auch andere sogenannte Fettbegleitstoffe in Protein- oder Kohlenhydratfraktionen gefunden werden, wie freie Fettsäuren, Carotinoide, Isoflavonoide, Tocopherole. Derartige amphiphile Inhaltsstoffe der biogenen Ausgangsmaterialien haben ein hohes nutritives Potential und können in Protein- und Kohlenhydratfraktionen erwünscht sein. Es konnte gezeigt werden, dass derartige amphiphile Verbindungen in chemisch und physikalisch unveränderter Form zusammen mit den aus dem Verfahren erhaltbaren Proteinfraktionen gewonnen werden können. Darüber hinaus wiesen die erhaltbaren Proteinfraktionen keinen Off-Flavor auf. Ferner zeigten die erhaltenen Prote- infraktionen sehr gute physikalischen Eigenschaften, mit einer Wasserlöslichkeit (NSI), die > 70% betrug.
Ferner konnte mit den erfindungsgemäßen Verfahrenstechniken eine Separation von Neutralfetten erreicht werden. Da diese zumeist micellar zusammen mit Phospholipiden und/oder Glycoglycerolipiden vorliegen, wird hierdurch deren Separation auch in einem wässrigen Medium erheblich erschwert. Überraschenderweise wurde gefunden, dass es während der erfindungsgemäßen Verfahrensdurchführung unter bestimmten Bedingungen möglich ist, Neutrallipide vollständig oder nahezu vollständig von den anderen Konstituenten des biogenen Ausgangsmaterials abzutrennen und sie zu separieren. In einer besonders bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt eine Temperaturerhöhung des Reaktionsgemisches in Schritt 2b), bzw. 2), und/oder vor oder während der Zufuhr und Mischung des Kondensierungsmittels in Schritt 3). Bevorzugt ist eine Temperaturerhöhung auf 50 ° bis 95°C, weiter bevorzugt auf 55° bis 75°C und weiter bevorzugt auf 60° bis 70°C. Es wurde gefunden, dass sich hierdurch gebundene Neutralfette lösen und entsprechend ihrem spezifischen Gewicht sich an der Oberfläche des wässrigen Reaktionsgemisches absetzen. Vorzugsweise werden die Kondensierungsmittel erst nach Erreichen der erwünschten Temperatur und unter Ver- wendung einer geringen Agitation des Medium hinzugegeben. Besonders vorteilhaft ist es, vor/während oder nach erreichter Temperaturerhöhung einen oder mehrere der Verfahrensschritte 2al) - 2a3) und/oder 2bl) - 2b3) getrennt oder zusammen durchzuführen. Bevorzugt ist die Gewinnung der sich ausbildenden Lipidphase, die z. B. mittel Abschöpf- oder Überlaufverfahren gewonnen werden kann.
Bevorzugt ist ein wässriges Verfahren zur EntÖlung von Pflanzenproteinen, das bei Raumtemperatur und/oder erhöhter Temperatur erfolgen kann.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von organischen Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem eine Entfernung von Neutrallipiden durch eine wässrige Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide erfolgt und eine Proteinfraktion erhalten wird, die eine Wasserlös- lichkeit von > 70% aufweist. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind. Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von organischen Konstituenten pflanzlicher Ausgangsmaterialien, bei dem eine Entfernung von Neutrallipiden sowie eine Gewinnung von Proteinen durch eine wässrige Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, ohne Erhitzung erfolgt. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Keine Erhitzung bedeutet dabei, dass eine Temperatur von 60°C nicht überschritten wird.
Bevorzugt ist eine neutralfett-freie Proteinfraktion.
Dabei bedeutet neutralfett-frei ein Massengewichtsanteil von < 0,lGew%.
Überraschenderweise kommt es bei dem erfindungsgemäßen wässrigen Aufschlussverfahren zu einer spontanen Phasentrennung der Neutrallipide und der Wasserphase. Diese Lipidphasen wiesen nur eine leichte Emulsionsbildung im Bereich der Phasengrenze auf und waren zum Teil fast klar. Eine Abtrennung konnte durch ein separates Ablassen der Phasen erreicht werden. Aus Proben der da- runter befindlichen Wasserphase ließen sich durch organische Lösungsmittel keine Neutrallipide mehr extrahieren. Dieser Verfahrenseffekt ist daher besonders vorteilhaft, da ein zusätzlicher Verfahrensschritt zur Entfernung von Neutrallipiden durch Lösungsmittel entfällt. Der sedimentative Separationsprozess kann durch zentrifugale Separationstechniken beschleunigt werden. Ferner kann die Abschöpfung der Lipidphase in verschiedenen Prozessschritten erfolgen. In einer bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt die Entfernung der sich spontan separierenden Lipidphase kontinuierlich oder diskontinuierlich in einem Behältnis mit einem steuerbaren Ablauf im oberen Bereich, sodass unter kontinuierlicher Befüllung des Behältnisses, die sich aufbauende Lipidphase durch den Auslass abgelassen werden kann oder bei einer diskontinuierlichen Befüllung die Lipidphase vor dem Ablassen der Wasserphase separiert wird. In einer bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt die Abschöpfung der Lipidphase nach dem Prozessschritt 2b) bzw. 2), wobei vorzugsweise eine vollständige Lösung der organischen Bestandteile bereits erfolgt ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart erfolgt die Abschöpfung der Lipidphase im Anschluss an die Abtrennung der soliden Feststoffe in dem Prozessschritt 3). In einer weiter bevorzugten Verfahrensdurchführung erfolgt die Abschöpfung nach einer Änderung des pH-Wertes der wässrigen Lösung. Dies ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn zur Separation einer kondensierten Proteinphase die gesamte Wasserphase mittels eines Zentrifugalfeldtrenners fraktioniert wird, besonders vorteilhaft dabei ist eine Separation der Phasen mit einem Trikanter. Dies ermöglich in besonders vorteilhafter Weise die drei vorliegenden Phasen: Feststoff, wässrige Phase und Lipidphase in einem Verfahrensschritt zu separieren und in einem hohen Reinheitsgrad zu erhalten. Sofern der wässrigen Prozesslösung eine Neut- ralfettphase während eines Prozessschritts hinzugegeben wurde, kann diese im gleichen oder in einem der subsequenten Verfahrensschritte mit den zuvor genannten Methoden wieder entfernt werden.
Die Separation der Neutralfettphase wird begünstigt durch ein großes Verdünnungsverhältnis der Wasserphase des wässrigen Prozessgemisches im Verhältnis zum hierin enthaltenen Feststoffanteil oder durch eine erhöhte Prozesstemperatur.
Desintegration pflanzlichen Ausgangsmaterials und erhaltbare Produkte
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch gerichtet auf eine vollständige stoffliche Verwertung aller Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials. Nach dem Stand der Technik ist es für eine effiziente Fraktionierung von Konstituenten, wie beispielsweise der Proteinfraktion mit einem Proteingehalt von > 80 Gew%, erforderlich, eine mechanische Desintegration des pflanzlichen Ausgangsmaterials vorzunehmen zum Erhalt eines sehr einen Mehls oder Pulvers. Dieser Prozess ist energieaufwendig und ermöglicht nicht, hierdurch alle Konstituenten voneinander zu trennen, sodass stofflich reine Fraktionen erhalten werden.
Es konnte überraschenderweise gezeigt werden, dass mit den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten auch eine Desintegration des pflanzlichen Ausgangsmaterials ermöglicht wird und hierdurch auf aufwendige mechanische Aufschlussverfahren verzichtet werden kann. Gleichzeitig kann eine vollständige Verwertbarkeit aller Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials, bei einem hohen Reinheitsgrad, erreicht werden. So konnte gezeigt werden, dass es nicht erforderlich ist, das pflanzliche Ausgangsmaterial möglichst fein mechanisch aufzuschließen, um mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine hohe Effizienz der stofflichen Auftrennung zu gewährleisten; durch eine feinere mechanische Zerteilung wurde nur die Dauer der Durchtränkung des pflanzlichen Ausgangsmaterials mit den erfindungsgemäßen wässrigen Lösungen reduziert, die Produktergebnisse waren nicht unter- schiedlich, wenn nur eine grobe Zerteilung des pflanzlichen Ausgangsmaterial stattgefunden hat, wie bei einem Schrot oder Gries, im Vergleich zu einem feinen Mehl. Ferner wurde festgestellt, dass auch große Aggregate, die auch im Zentimetermaßstab skaliert sein können, von den erfindungsgemäßen wässrigen Lösungen mit der Zeit vollständig durchdrungen werden, was nicht der Fall ist mit wässrigen Lösungen, die Laugen, Säuren oder Tenside enthalten. Voraussetzung ist allerdings, dass eine Wasserdurchlässigkeit des aufzuschließenden pflanzlichen Ausgangsmaterials besteht. Daher wird in einer bevorzugten Ausführungsform zunächst ein Aufschluss des pflanzlichen Hüllmaterials, das eine wasserabweisende und/oder wasserundurchlässige Schicht oder Schichten ausbildet, durchgeführt, sodass das pflanzliche Ausgangsmaterial von den erfindungsgemäßen wässrigen Lösungen bei Raumtemperatur durchdrungen werden kann. Mit den Verfahren, wie sie hierin beschrieben sind, ist es einfach möglich zu entscheiden, ob eine ausreichende Desintegration des pflanzlichen Ausgangsmaterials erfolgt ist und sich die Konstituenten voneinander gelöst haben und somit in einem Verteilungsvolumen vereinzelt werden können. Somit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren in besonders vorteilhafter Weise auch für eine Desintegration von nicht oder nur gering mechanisch desintegriertem pflanzlichen Ausgangsmaterial, bei gleichzeitiger Ab-/Auftrennung der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials, die die Gewinnung der Konstituenten in reiner Form ermöglicht. Dabei ist eine mechanische Desintegration insbesondere dann nicht erforderlich, wenn die erfindungsgemäßen wässrigen Lösungen, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, das pflanzliche Ausgangsmaterial frei passieren können. Bevorzugt ist ein Verfahren zur Desintegration von pflanzlichem Ausgangsmaterial mittels einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, durch das die Konstituenten des Ausgangsmaterials in reiner Form gewonnen werden können. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Ein anderer Aspekt der Erfindung zielt auf eine vollständige Verwertung aller Bestandteile pflanzlicher Samen, Kerne oder Körner. Verfahren aus dem Stand der Technik haben in der Regel zur Aufgabe, nur eine Fraktion der Inhaltsstoffe in möglichst reiner Form gewinnbar zu machen, Verfahren zum vollständigen Aufschluss von pflanzliche Ausgangsmaterialien liegen nicht vor. Überraschenderweise konnte gezeigt werden, dass es mit den erfindungsgemäßen Verfahren nunmehr möglich ist, alle Konstituenten, die in den pflanzlichen Ausgangsmaterialien vorhanden sind, voneinander zu separieren und in reiner Form einer wirtschaftlichen Verwertung zuzuführen. Dies trifft in besonderem Maße auf die Hauptkonstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials zu, wie Proteine, Kohlenhydrate, cellulose-basierte Fasern und lignin-reiche Schale sowie Neutrallipide, aber auch Minorbestandteile, wie Phospholipide, Glycolipide, Glycoglycerolipide, Farbstoffe, Antioxidantien oder Vitamine und Mineral Stoffe.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem, ohne weitere Vorbehandlung pflanzlicher Ausgangsprodukte, eine vollständige Verwertung erfolgt, indem durch einen wässrigen Aufschluss der Hauptbestandteile, diese in reiner Form erhalten werden.
Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zum vollständigen wässrigen Aufschluss von pflanzlichen Ausgangsprodukten zur vollständigen stofflichen Verwertung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner insbesondere geeignet, um thermolabile Verbindungen, die im biogenen Ausgangsmaterial vorliegen und in ihrer Struktur und/oder Funktion durch eine Erhitzung zerstört werden, in unveränderter Form zu gewinnen. Das erfindungsgemäße Verfahren er- möglicht einen Aufschluss und eine Gewinnung von Inhaltstoffen bei Umgebungstemperaturen. Bevorzugt ist die Durchführung der Verfahrensschritte bei einer Temperatur der wässrigen Phasen zwischen 1 und 60°C, mehr bevorzugt zwischen 5 und 40°C, weiter bevorzugt zwischen 10 und 40°C und besonders bevorzugt zwischen 15 und 35°C.
Erhaltbare Proteinfraktionen und Minorfraktionen
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft Geruchs-und Geschmacksstoffe, die insbesondere in Pflanzensaaten enthalten sind und überwiegend an die hierin enthaltenen Proteine gebunden sind. Diese Verbindungen, wie z. B. Ketone oder Aldehyde, lassen sich nur schwer mit Techniken aus dem Stand der Technik abtrennen. Ein wässriges Verfahren, mit dem Aromastoffe oder Farbstoffe von Proteinen abgelöst und separiert werden können, ist nicht bekannt. Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, mit denen zunächst eine Entbitterung durch Behandlung des Schrotes mit Säuren erfolgt, bevor eine Extraktion der übrigen Bestandteile vorgenommen wird (DE 5 37 265). Derartige Verfahren erfordern einen hohen Verfahrensaufwand und haben eine eigeschränkte Effizienz. Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass es durch die Ab-/Auftrennung der Konstituenten der biogenen Ausgangsmaterialien, mit den wässrigen Lösungen enthaltend gelöste kationische Ami- nosäuren und/oder Peptide, ermöglicht wird, auch die Geruchs- und Geschmacksstoffe von ihren Bindungen abgelöst und in die wässrige Verteilungslösung ausgespült werden. Es kann angenommen werden, dass durch die Expansion der Proteine infolge der mit dem Verfahren erreichten Hydratisierbarkeit, die Ablösung der Geruchs- und Geschmacksstoffe gefördert und eine Wiederanla- gerung verhindert wird. Die geklärten wässrigen Lösungen, die nach der Abtrennung von soliden Feststoffen und den kondensierten/aggregierten/komplexierten löslichen Konstituenten (Proteinen) erhalten wurden, weisen die entsprechenden Geruchs- und Geschmackskomponenten in starkem Maße auf. Im Ergebnis sind die gewinnbaren Proteinfraktionen vollständig oder nahezu vollständig geruchs- und geschmacksfrei. Bei der Gewinnung einer Proteinfraktion mittels wässriger Extraktions- versuche, die ohne die erfindungsgemäßen Verbindungen durchgeführt wurden, blieben die Geruchs- und Geschmacksstoffe (insbesondere die Bitterstoffe) mit der Proteinfraktion assoziiert und lagen weiterhin in einem gewinnbaren Proteinextrakt, das mittels Präzipitation oder zentrifugaler Separation gewonnen wurde, vor und führen zu sensorisch und nutritiv unerwünschten Effekten. Somit können in einer Verfahrensausführung Proteinfraktionen erhalten werden, die fehlaromen- arm oder fehlaromen-frei sind. Andererseits werden gelöste Geruchs- und Geschmacksstoffe, inclusive der Bitterstoffe, erhalten, die separat gewonnen werden können. Hierzu sind Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem Geruchs-und/oder Geschmacksstoffen und/oder antinutritiven Verbindungen und/oder endogenen oder exogenen Toxinen von den Konstituenten abgelöst und separiert werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Gewinnung von biogenen Geruchs- und Geschmacksstoffen.
In einer Ausführungsform können die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte auch zur Reinigung von Proteinfraktionen eingesetzt werden. Es hat sich gezeigt, dass nicht nur Geruchs- oder Geschmacksstoffe von den Konstituenten der biogenen Ausgangsmaterialien gelöst und separiert werden kön- nen, sondern auch andere physiologisch oder unphysiologisch vorkommende Verbindungen. Physiologische Verbindungen umfassen u. a. Phytosterole, Glycoside, Alkaloide, Inosite, Polyphenole, Flavinoid, Vitamine, Phytosterine, Saponine, Glucoinolate, Phytoöstrogene, Monoterpene sowie endogene Toxine, wie Phorbolester oder bestimmte Fettsäuren, wie die Erukasäure oder Phytinsäure. Unphysiologische Verbindungen umfassen u. a. Pestizide, Herbizide, Fungizide oder exogene Toxine z.B. von Pilzen, wie Aflatoxine, Ochratoxine, Alternaria-Toxine, Alternariolmonomethylether (AME), Altenuen und Tenuazonsäure, Fumonisine, Fusarium-Toxine oder Mutterkornalkaloide. Wie bereits zuvor dargestellt, sind einige der physiologisch vorkommenden Verbindungen verantwortlich für antinutritive Eigenschaften, wie z. B. alpha-Glucosidasen, Trypsininhibitoren, Phytinsäure, Tannine, oder oxydierte Phenole. Es konnte gezeigt werden, dass die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Proteinfraktionen praktisch keine messbaren Spuren antinutritiver oder toxischer Verbindungen aufwiesen, wenn diese in den biogenen Ausgangsprodukten vorgelegen haben.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Ablösung und Separation von Geruchs-und/oder Geschmacksstoffen und/oder antinutritiven Verbindungen und/oder endogenen oder exogenen Toxinen. Bevorzugt ist eine fehlaromenarme Proteinfraktion mit keinen oder minimalen Restgehalten an antinutritiven Verbindungen und/oder Toxinen.
Es wurde ferner gefunden, dass sich auch die bereits isolierten Fraktionen der Konstituenten, die in biogenen Ausgangsmaterialien vorkommen, mit einem der erfindungsgemäßen Verfahren von Be- gleitstoffen/Minorbestandteilen aufreinigen lassen. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass nur die bereits abgetrennten Proteinfaktionen mit den hierin offenbarten wässrigen Aufschlusslösungen behandelt werden müssen. So konnte gezeigt werden, dass in einem Proteinkonzentrat aus einer Algenkultur mit einem hohen Anteil an Chlorophyll, Neutrallipiden und Carbonsäuren, das in gepulverter Form vorlag und anstatt des biogenen Ausgangsmaterials in dem Verfahrensschritt 1) verwandt und mit den konsekutiven erfindungsgemäßen Verfahrensschritten behandelt wurde, eine praktisch vollständige Separation von Chlorophyll, Neutrallipiden und Carbonsäuren erreicht wurde, sodass das erhaltene Proteinkonzentrat kein oder praktisch kein Chlorophyll sowie keine Neutrallipide oder Carbonsäuren auswies. Ferner wurde ein Milchproteinkondensat, bei dem ein hoher Gehalt an Neutrallipiden, Phospholipiden und freien Fettsäuren, aber auch an löslichen Kohlenhydraten bestand, mit den Verfahrensschritten 2, 4 und 5 behandelt. Die erhaltene Proteinmasse hatte einen Proteingehalt (bezogen auf die Trockenmasse), der 11 Gew% über dem des Ausgangsmaterials lag. Es wurde nur noch ein sehr geringer Gehalt an Kohlenhydraten, der in der Proteinfraktion vorlag, festgestellt, freie Fettsäuren lagen nicht und Neutrallipide und Phospholipide in einem Bereich vor, der kleiner 1 Gew% in Bezug auf die Proteinmasse war. In einer weiteren Untersuchung wurde ein Mehl einer Tierkörperverwertung von Fischen, mit einem Anteil von soliden Feststoffen von 32 Gew%, einem Proteingehalt von 51Gew% und einem Gehalt an Lipiden von 12Gew% als Ausgangsmaterial verwandt und mit einem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt. Der Schritt 2b) wurde bei einer Temperatur von 60°C durchgeführt. Zum Ende des Verfahrensschritts wurde eine Lipidfraktion mit einer leichten Trübung, die der Prozessflüssigkeit aufschwamm, abgeschöpft. Die soliden Feststoffe, die in dem Schritt 3 erhalten wurden, waren frei von Anhaftungen löslicher Verbindungen. Die erhaltene Proteinmasse enthielt keine soliden Feststoffe und keine freien Fettsären oder Neutrallipide.
Die aus dem Prozessschritt 5 erhaltenen Proteinfraktionen (PI) gemäß Schema 1) oder aber auch andere erhaltenen Proteinfraktionen werden bei Bedarf bzw. zur Erfüllung spezifischer Anforderun- gen, zur Aufreinigung, erneut oder erstmalig, in einer der Aufschlusslösungen vollständig gelöst. Dabei sind die Mengenverhältnisse und Konzentrationen sowie die Zusammensetzungen der Aufschlusslösungen analog zu denen des Verfahrensschritts 2a auszuwählen. Gleiches gilt für den pH der Prozesslösung, der vorzugsweise auf einen Wert zwischen 6,5 und 13, mehr bevorzugt zwischen 7 und 12 und weiter bevorzugt zwischen 8 und 12 eingestellt wird. Zum Erhalt einer homogenen Lö- sung bzw. Suspension kann ein Schermischer verwandt werden. Die Prozessbedingungen und die Verweilzeit können ebenfalls analog zu denen des Prozessschritts 2 a ausgeführt werden. Die Gewinnung der gelösten Proteinfraktion erfolgt dann gemäß der Prozessschritte 4 und 5. Alle erhaltbaren Proteinfraktionen der beschriebenen Untersuchungen waren geruchs- und geschmacksfrei, wobei den Ausgangsprodukten ein deutlicher Eigengeschmack vorgelegen hatte. Sofern eine Deaktivierung und/oder Entfernung von antinutritiven und/oder toxischen Verbindungen aus den erhaltbaren Proteinfraktionen gewünscht oder erforderlich ist, können hierzu Verfahren aus dem Stand der Technik verwandt werden. So ist es beispielsweise möglich, die erhaltene Proteinmasse mit einer geeigneten Menge an Wasser zu homogenisieren und auf eine definierte Temperatur zu erwärmen, bei der eine Deaktivierung, z. B. von Enzymen, erfolgt. Aus der Literatur ist bekannt, dass Enzyme, wenn sie in einem in Wasser gelösten Proteinmehl vorliegen, bereits nach wenigen Minuten bei einer Temperatur von 85 - 90°C vollständig deaktiviert sind. Im Gegensatz hierzu ist eine derartige Deaktivierung in trockenem Proteinmehl oder in Körnern nicht möglich. Insofern ermöglicht das Verfahren, Proteine, die thermosensible Verbindungen, wie beispielsweise Toxine oder Enzyme, ein- schließen, in einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide, thermosensible Verbindungen dadurch zu inaktivieren oder zu verändern, indem die Proteine, enthaltend thermosensible Verbindungen in die wässrige Lösung suspendiert und mit dieser erhitzt werden. Bevorzugt ist eine Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 50 und 140°C, weiter bevorzugt zwischen 60 und 121 °C, weiter bevorzugt zwischen 70 und 90°C. Die Dauer der Hitzebehandlung hängt von der zu deaktivierenden Verbindung ab und muss experimentell ermittelt werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Deaktivierung von Enzymen und Toxinen in einer wässrig gelösten Proteinfraktion.
Durch das wässrige Aufschlussverfahren werden in besonders vorteilhafter Weise die organischen Bestandteile des Ausgangsmaterials voneinander separiert und damit voneinander abtrennbar ge- macht. Faserige bzw. partikuläre Materialien, die mittels einer einfachen Siebung von dem wässrigen Prozessgemisch abgetrennt und von restlichen/anhaftenden Wasseranteilen befreit worden waren, waren praktisch rein, d. h. mittels weiterer Waschschritte mit wässrigen Lösungen oder organischen Lösungsmitteln konnten keine oder nur minimale Mengen an löslichen organischen Verbindungen abgetrennt werden. Der erzielte Aufschluss der Konstituenten des Ausgangsmaterials kann ferner genutzt werden, um Inhaltsstoffe, die bei der weiteren Prozesssierung stören und in eine Produktphase ausgetragen werden können, bereits im gelösten Zustand dem wässrigen Prozessgemisch zu entziehen. Dies kann mit Verfahren aus dem Stand der Technik erfolgen. In einer vorteilhaften Verfahrensausführung werden Phenole und/oder polyphenolische Verbindungen aus dem wässrigen Verteilungsgemisch der Verfahrensschritte 2), 2b), 3) oder 6.3) entfernt, indem sie mittels adsorpti- ver Techniken gebunden werden. Hierzu geeignet sind z. B. lonenaustauschharze, Zeolite oder Aktivkohle sowie Tonerden. Weitere bevorzugte Verfahrensausführungen, bei denen den wässrigen Reaktionsgemischen eine mit Wasser nicht mischbare organische Phase eingemischt wird, um hieran/hiermit amphiphile und/oder lipohile Verbindungen zu binden und mittels einer Phasenseparation zu separieren, wurden bereits beschrieben. Besonders geeignet sind hierbei paraffinische Öle, aliphatische oder cyclische Kohlenwasserstoffe, aber auch Methylester von Fettsäuren oder Paraffinverbindungen. Verzugsweise findet daraufhin eine sorgfältige Durchmischung oder in- Kontaktbringung der Phasen statt. Diese Verfahrensart ist besonders geeignet, um organische Verbindungen, die lipophil und/oder amphiphil sind und aus dem wässrigen Reaktionsgemisch entfernt werden sollen, in der organischen Phase zu binden und mit dieser auszutragen. Die Separation der organischen Phase erfolgt vorzugsweise durch eine spontane Phasentrennung, die Phasen lassen sich dann mit einem der hierin beschriebenen Verfahren abtrennen. Die durch ein solches Verfahren entfernbaren organischen Verbindungen beinhalten u. a. lipophile Farbstoffe, wie Carotinoide oder Chlorophylle, lipophile Vitamine, wie etiol, Calciferol oder Tocopherol, Phytosterine, Polyphenole, Saponine, Glucoinolate, Phytoöstrogene oder Monoterpe. Es konnte gezeigt werden, dass sich die in eine Lipidphase ausgetragenen amphiphilen oder lipophilen Verbindungen aus dieser mit etablierten Techniken extrahieren lassen und einer Verwertung zugeführt werden können. So konnten beispielsweise Chlorophylle mit einem Reinheitsgrad von > 80% oder Glycoglycerolipide mit einem Reinheitsgrad von > 70% aus den Lipidphasen extrahiert. Ferner kann auch hier eine Kreislaufführung der Lipidextraktionsmittelphase eingerichtet werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem amphiphile und/oder lipophile Verbindungen separiert und gewinnbar gemacht werden, indem ein organisches Stoffgemisch mit einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, gemischt und anschließend eine Lipidphase separiert wird. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind. Damit zielt das Verfahren auch auf die Gewinnung einer Proteinfraktion ab, die geruchs- und ge- schmacksstoffarm ist. Geruchs- und geschmacksstoffarm bedeutet in diesem Zusammenhang, dass gegenüber dem Ausgangsmaterial, vorzugsweise > 70%, mehr bevorzugt > 85% und weiter bevorzugt > 95% der Geruchs- und Geschmacksstoffe, die sensorisch wahrgenommen werden können, redu- ziert sind. Anders ausgedrückt wird eine Proteinfraktion durch eines der erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich, das gegenüber dem Ausgangsmaterial < 30%, mehr bevorzugt < 15% und weiter bevorzugt < 5% an sensorisch wahrnehmbaren Geruchs- oder Geschmacksstoffen enthält. Ferner zielt das Verfahren auch auf die Gewinnung einer Proteinfraktion ab, die frei von Fehlaromen ist.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung von Proteinfraktionen, die frei von Fehlaromen sind. Bevorzugt ist ein Verfahren zum Erhalt einer geruchs- und geschmackstoff-arme Proteinfraktion. Bevorzugt ist eine geruchs- und geschmackstoff-arme Proteinfraktion.
Überraschenderweise ließen sich auch Toxine der Saaten, wie die Erukasäure oder Phorbolester und Gefahrenstoffe, die von den Saaten aufgenommen wurden, wie Pestizide, Herbizide, Fungizide durch das Aufschlussverfahren in Lösung bringen. Derartige Verbindungen waren in der Verteilungsphase nicht mehr an Proteine gebunden. Es stellte sich heraus, dass in analoger Weise zu dem Verhalten von Geruchs- und Geschmacksstoffen die gelösten Toxine oder Gefahren Stoffe in Lösung blieben und nur in minimalen Mengen oder gar nicht in der erhaltbaren Proteinfraktion vorlagen. Insofern zielt das Verfahren auf eine Lösung von Toxinen und Gefahrstoffen aus dem Ausgangsmaterial ab. Lösen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass > 70Gew%, mehr bevorzugt > 85 Gew% und weiter > 95 Gew% der im Ausgangsmaterial vorhandenen Toxine oder Gefahren Stoffe in der wässrigen Lösung der Verteilungsphase vollständig gelöst vorliegen, d. h. nicht an ein Protein gebunden sind. Anders ausgedrückt, wird eine toxin- und gefahrstoffarme Proteinfraktion durch eines der erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich, die gegenüber dem Ausgangsmaterial < 30%, mehr bevorzugt < 15% und weiter bevorzugt < 5% der Toxine oder Gefahrenstoffe enthält. Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung von Proteinfraktionen, die toxin- und gefahrstoffarm sind.
Bevorzugt ist ein Verfahren zum Erhalt einer toxin- und gefahrstoffarmen Proteinfraktion. Proteinisolierung
In Untersuchungen zur Isolierung von gelösten Proteinen aus wässrigen Lösungen mit anderen gelösten löslichen Konstituenten, die durch das Ab-/Auftrennverfahren in der wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erhalten werden, wurde gefunden, dass sich durch die durch das Verfahren erreichbare Hydratation der Proteine, diese durch eine geeignete Auswahl der Prozessparameter in einer sehr reinen Fraktion erhalten lassen. Rein bedeutet dabei, dass die Proteinfraktionen einen Proteingehalt von vorzugsweise > 60 Gew%, mehr bevorzugt > 70 Gew%, weiter bevorzugt > 80 Gew% und noch weiter bevorzugt von > 85 Gew% und am meisten bevorzugt von > 90 Gew% aufweisen. Dies war insbesondere für die Verwendung von kationischen Aminosäuren und/oder Peptiden der Fall.
Es wurde gefunden, dass derartig reine Proteinfraktionen sich insbesondere dadurch herstellen lassen, indem ein großes Verteilungsvolumen nach einem erfindungsgemäßen Aufschluss der Konstituenten erfolgt. Derartig gelöste Proteine passieren beispielsweise einen Membranfilter mit einer Porendurchlässigkeit von minimal Ιμιτι. Hierdurch lässt sich eine größenselektive Separation gelöster Proteine bewirken. Ferner zeigte sich, dass gerade in dieser Situation einer optimalen Hydratisierung der gelösten Proteine und dem Vorliegen eines physiologischen pH-Bereiches eine sehr rasche und ausgeprägte Interaktion mit den hierin aufgeführten Kondensierungsmitteln erfolgt, wodurch sich ein Zusammenschluss der hydratisierten Proteine einstellt, unter Verdrängung oder Ausschluss des Prozesswassers. Dies kann beispielsweise daran erkannt werden, dass es zu einer mit dem bloßen Auge sichtbaren Formation von Raumgebilden kommt, unter teilweiser oder vollständiger Klärung der Prozessflüssigkeit, welche nach ihrer Formation nur sehr langsam sedimentieren. Die Prozessflüssigkeit ist anschließend mäßig bis intensiv gefärbt und enthält Geruchs- und Geschmacksstoffe sowie lösliche Kohlenhydrate. Somit bedingt das Verfahren der Hydratisierung und Kondensierung, dass sich die zuvor von den Proteinen (ab-)gelösten Verbindungen weiterhin in einem gelösten Zustand in der Prozesswasserphase befinden und sich nicht mit den kondensierenden Proteinen verbinden oder mit den kondensierten Proteinen ausgetragen werden.
Das Verfahren eröffnet ferner die Möglichkeit, sehr unterschiedliche Verbindungen als Kondensie- rungsmittel für die gelösten Proteine einzusetzen, wodurch sich weitere sehr vorteilhafte Effekte auf die erhaltbaren reinen Proteinfraktionen erzielen lassen. So können beispielweise, Kondensierungs- mittel eingesetzt werden, die sich mit den Proteinen verbinden und in der erhaltbaren Proteinfrakti- on verbleiben. Hierdurch lassen sich beispielsweise Antioxidantien, wie beispielsweise Ascorbinsäure oder Verbindungen mit tensidischen Eigenschaften, wie Glycoglycerolipide oder Kalzium- Verbindungen, wie beispielweise Ca-Carbonat, in die erhaltbare Proteinfraktion gezielt und dosierbar sowie in unterschiedlicher Kombination aufnehmen. Vorteilhafterweise behalten die erhaltenen Proteinfraktionen die überaus guten Löslichkeitseigenschaften, die mit den erfinderischen Verfahren erhalten werden, bei.
Als besonders vorteilhaft hat sich dabei gezeigt, dass die nach diesen Verfahren erhaltbaren Proteinfraktionen eine sehr homogene Konsistenz und einen pH zwischen 6,0 und 7,5 aufweisen. Nach einer zentrifugalen Abtrennung von Bindungswasser bleibt die erhaltbare pastenartige Masse homogen und lässt sich sehr leicht wieder in Wasser lösen. Dies kann in besonders vorteilhafter Weise genutzt werden, um die erhaltbare kondensierte Proteinfaktion in einem Waschschritt mit Wasser oder einem protischen Lösungsmittel vollständig zu lösen und anschließend durch eine erneute Zentrifugation zu separieren. Es lässt sich aber auch sehr einfach eine Suspension in einem wenig oder vollständig apolaren Lösungsmittel erreichen, wodurch auch stark hydrophobe Verbindungen aus der gelösten Proteinmasse herausgelöst werden können. Somit lässt sich durch die erfindungsgemäße Verfahrenstechnik eine sequenzierte Auswaschung von organischen Verbindungen bei den erhaltbaren Proteinfraktionen gewährleisten. Ferner lassen sich auch polare Verbindungen, wie beispielsweise Elektrolyte, die in dem noch vorhandenen Restwassergehalt enthalten sind, entfernen. Besonders geeignet ist hierfür eine Proteinfraktion, die aus dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten und vorzugsweise mittels Filtertechniken in einer sehr dehydriertten Proteinmasse vorliegt, die in einem Filtergewebe platziert und in ein deionisiertes Wasser eingelegt oder von diesem durchströmt wird. Es wurde gefunden, dass aus der Proteinmasse praktisch keine relevanten Mengen an Proteinen verloren gehen.
Somit können mit den Verfahrensschritten und -Techniken hochreine Proteinfraktionen erhalten werden, die den Produktspezifikationen von Proteinkondensaten, Proteinkonzentraten und Protein- isolaten entsprechen.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung von Proteinkondensaten und/oder Proteinkonzentraten und/oder Proteinisolaten aus organischem Ausgangsmaterial mittels wässrigen Lösungen, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Weitere vorteilhafte Effekte ergeben sich aus der Konsistenz der erhaltbaren Proteinfraktionen, die sich durch die Verfahrensführung einstellen lässt. So können Proteinfraktionen erhalten werden, die flüssig, pastös, standfest oder bröckelig sind. Ferner vorteilhaft ist, dass auch eingedickte Proteinfraktionen sehr leicht in Wasser gelöst werden können und in einer fließfähigen Form, beispielsweise einem Sprühtrocknungsverfahren zur Herstellung eines Pulvers, zugeführt werden können.
Erhaltbare Kohlenhydratfraktionen
Kohlenhydrate liegen in pflanzlichen Samen, Kernen oder Körnern überwiegend in Form von Amyoplasten, den sogenannten Stärkekörnern, vor. Sie zerbrechen zu einem großen Teil bei der Pressung und Vermahlung, wodurch Glycogen freigesetzt wird. Diese, für die menschliche Ernährung geeigneten Polysaccharide, liegen überwiegend in hochmolekularer Form als Stärke vor. Stärke besteht aus mikroskopisch kleinen, polymeren Festkörperteilchen, die je nach Pflanzenart bzw. Sorte eine charakteristische Größe und Gestalt sowie unterschiedliche Anteile von Amylose und Amylopektin aufweisen. Native Stärkekörner sind in Wasser unlöslich. Sie quellen lediglich in kaltem Wasser reversibel um bis zu 28 Vol%, wobei die freien Hydroyxlgruppen der Stärkemoleküle Wasserstoffbrückenbindungen bilden. Oberhalb einer bestimmten Temperatur, die von der Stärkeart abhängt, verkleistert die Stärke innerhalb eines sehr kleinen Temperaturbereiches. Diese Verkleisterung ist irreversibel und beruht auf einer Erweichung der amorphen Stärkestruktur unter allmählicher Aufnahme von Wasser und der Lösung von Wasserstoffbrücken.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können in sehr vorteilhafter Weise gelöste und ungelöste sowie unlösliche Kohlenhydrate von anderen organischen und anorganischen Verbindungen gelöst und separiert werden, um sie einer weiteren Verwendung zuzuführen.
In einer Ausführungsart erfolgt der Verfahrensschritt 2), bzw. 2a) und 2b) sowie3) unter kalten oder gekühlten Bedingungen (<10°C). Hierdurch kann ein Aufschluss von komplexen Kohlenhydraten, in Abhängigkeit von der Prozesszeit, auf ein erforderliches Maß reduziert werden, sodass beispielsweise die Freisetzung von Amylopectinen nicht oder nur in einem geringen Maß stattfindet. Darüber hinaus wird das Quellvermögen von komplexen Kohlenhydraten minimiert, wodurch sich die komplexen Kohlenhydrate in weitgehend unverändertem Zustand gegenüber dem Ausgangszustand erhalten lassen, aber von anderen Bestandteilen des Ausgangsgemisches befreit, gewonnen werden können. In besonders vorteilhafter Weise, lassen sich ungelöste komplexe Kohlenhydrate, die beispielsweise einem Stärkekorn oder Teilen hiervon entsprechen, mittels einfacher Filtertechniken oder Wirbelstromtechniken von den übrigen soliden Feststoffen und den löslichen gelösten Verbindungen sepa- rieren. Nach deren Trocknung, z.B. in einem Trocknungsofen, können sie einer Verwendung, z. B. der Herstellung eines Stärkemehls, zugeführt werden.
Ungelöste Kohlenhydrate liegen beispielsweise in Form von Polysacchariden vor, die, je nach Molekulargewicht, eine unterschiedliche Sedimentationsrate aufweisen. Es wurde gefunden, dass Polysaccharide, die sich nicht filtrativ aus dem Prozessgemisch des Verfahrensschritts 2b) bzw. 2) oder 3) entfernen lassen, nur sehr langsam sedimentieren. Überraschenderweise werden diese Verbindungen bei der geeigneten Auswahl eines Kondensierungsmittels für die Kondensati- on/Aggregation/Komplexierung der in dem Gemisch vorliegenden Proteine nicht in die Kondensate/Aggregate/Komplexe aufgenommen oder hiermit verbunden, sodass diese Kohlenhydratfraktion im geklärten Prozesswasser verbleibt, wenn die kondenstierten löslichen Proteine mittels eines ge- eigneten Filtermaterials separiert worden sind. Es wurde gefunden, dass im Anschluss an die Abtrennung der Proteine oder ggf. auch anderer Fraktionen, z. B. von Lipiden oder amphiphilen Verbindungen, sich die im Prozesswasser befindlichen höhermolekularen Kohlenhydrate mittels zentrifugaler Techniken, wie beispielsweise einem Dekanter oder Separator, separieren lassen. Der hiermit erhaltbare Feststoff kann mit einer einfachen Verfahrenstechnik weiter aufgereinigt werden. Überra- schenderweise wurde gefunden, dass mit den gleichen wässrigen Lösungen, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, eine Aufreinigung der erhaltbaren höhermolekularen Kohlenhydrate möglich ist. Besonders geeignet waren hierzu kationische Aminosäuren/Peptide. Hierzu wird die vorzugsweise von freier Flüssigkeit befreite Kohlenhydratfraktion in einem Behältnis mit einer der erfindungsgemäßen wässrigen Lösungen, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, in einer der hierin angegebenen Konzentrationen, gegeben und hierin gelöst. Nach einer Verweilzeit von vorzugsweise zwischen 2 Minuten und 3 Tagen, mehr bevorzugt zwischen 5 Minuten und 24 Stunden und weiter bevorzugt zwischen 15 Minuten und 3 Stunden erfolgt eine Phasentrennung vorzugsweise mittels filtrativer Techniken oder mittels zentrifugaler Verfahren. Die erhaltbare Masse kann mit Verfahren aus dem Stand der Technik getrocknet und zu einem Mehl, das unmittelbar verwandt werden kann, verarbeitet werden. Es konnte gezeigt werden, dass eine hohe Produktreinheit besteht. Es konnte gezeigt werden, dass bei Verwendung zentrifugaler Verfahren ein größerer Anteil von gelösten Proteinen mit der Feststoffphase entfernt wird, daher sind nur filtrative Verfahren oder Wirbelstromtrennverfahren geeignet, um eine möglichst vollständige Separation gelöster Proteine von Feststoffen zu ermöglichen. Dies war im Stand der Technik nicht bekannt, wie bspw. anhand der chinesischen Anmeldung CN 106 720 920 A verdeutlicht werden kann. Darin wird nicht beschrieben, wie die Fasern von den Proteinen gelöst und separiert werden. Insbesondere ist unklar, wie eine Separation der Proteinphase erfolgt. Andererseits ist es mit dem Verfahren möglich, gezielt lösliche Kohlenhydrate in eine erhaltbare Proteinfraktion zu integrieren. Es wurde gefunden, dass unter be- stimmten Bedingungen, die gelösten Kohlenhydrate in ein/einen sich ausbildendes/ausbildenden Kondensat/Agglomerat/Komplex von Proteinen aufgenommen werden können, wodurch ein sehr homogenes Kombinationsprodukt entsteht. Weitere Vorteile ergeben sich durch die Möglichkeit, das Aufschlussgemisch und/oder das Verteilungsgemisch zu erhitzen. Hierdurch können komplexe Kohlenhydrate ganz oder teilweise aufgeschlossen bzw. hydratisiert werden, wodurch wasserlösliche Kohlenhydratfraktionen entstehen. Damit ist es möglich, lösliche Kohlenhydrate zu erzeugen, wie z.B. Pectine, die dann in die gewinnbare Proteinfraktion aufgenommen werden können und mit diesen zusammen, aber auch separat, separiert werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die wasserunlöslichen und/oder ungelösten Kohlenhydrate von organischen Bestandteilen separiert und verwendet werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem gelöste Kohlenhydrate zusammen mit gelösten Proteinen kon- densiert/agglomeriert/komplexiert werden, wodurch Protein-Kohlenhydraten Kondensate/- Agglomerate/Komplexe erhalten werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem in Schritt 4) gelöste Kohlenhydrate und/oder Phospholipide und/oder Glycoglycerolipide zusammen mit gelösten Proteinen kondensiert/agglomeriert/ komplexiert werden, wodurch Protein-Kondensate/-Agglomerate/Komplexe, enthaltend Kohlenhydrate und/oder Phospholipide und/oder Glycoglycerolipide, erhalten werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem unlösliche Kohlenhydrate in eine lösliche Form gebracht werden und mit gelösten Proteinen kondensiert/agglomeriert/komplexiert werden, wodurch ein homogenes Gemisch von Proteinen und Kohlenhydraten erhalten wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Separation von Kohlenhydraten aus Mahlprodukten. Es wurde gefunden, dass bei einem grob- oder fein-körnigen Mehl, das z. B. aus einem Prall- oder Mahlvorgang hervorgegangen ist und bei dem die Stärkekörner überwiegend intakt bleiben, sich die hieran anhaftende löslichen Konstituenten und insbesondere die löslichen Proteine praktisch rückstandsfrei mit dem erfindungsgemäßen Verfahren entfernen lassen. Hierdurch können mittels einer einfachen Siebtechnik die intakten Stärkekörner in reiner Form erhalten und abgetrennt werden. Da diese ein unterschiedliches Siebmaß zu cellulose-basierten Fasern und lignin-reichen Schalenanteilen aufweisen, kann unmittelbar eine praktisch reine Fraktion an Stärkekörnern bzw. Kohlenhydratag- gregaten gewonnen werden. Nach Trocknung können diese weiter verarbeitet werden. Dabei hat sich gezeigt, dass die Entfernung von Proteinen von den Stärkekörnern bzw. komplexen Kohlenhydraten sich sehr positiv auf das Backverhalten der hieraus erhaltenen Mehle auswirkt. So konnte gezeigt werden, dass es zu einem größeren Raumvolumen in der Anteigphase und dem darauffolgenden Backvorgang kommt, als dies bei einem Mehl, bei dem der Proteinanteil nicht entfernt worden war, der Fall war. Ferner kam es zu einem geringeren Ankleben an der Backauflagefläche. Ferner waren auch die erhaltbaren Mehle der komplexen Kohlenhydrate frei von einem off-flavor, bzw. Fehlgeruch und/oder Fehlgeschmack.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem aus pflanzlichen Press- oder Mahlprodukten proteinfreie komplexe Kohlenhydrate und/oder Stärkekörner in reiner Form separierbar sind. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die hierin bescchriebenen Verfahren des Weiteren nach Schritt 4) und vor Schritt 5) den Schritt 4a):
Abtrennung der aggregierten Proteine und nachfolgende Zugabe von weiterem Aggregationsmittels zur Aggregation der Kohlenhydrate gemäß Schritt 3).
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei den proteinfreie Mehle von komplexen Kohlenhydraten oder Stärke- körnern erhalten werden, die gegenüber einem Mehl mit einem Proteinanteil ein verbessertes Backverhalten aufweisen.
Ein verbessertes Backverhalten bedeutet dabei z. B. ein vermehrtes Treibvolumen oder eine geringere Klebrigkeit einer Teigzubereitung oder eines Gahrungsproduktes.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, wobei in der Schritt 3) nach der Separation solider Feststoffe aus dem Verteilungsgemisch des Schrittes 2b) unter Erhalt einer faserfreien wässrigen Lösung der wasserlöslichen und gelösten Verbindungen des Ausgangsmaterials in einem Schritt 3a) aus den separierten soliden Feststoffen proteinfreie komplexe Kohlenhydrate und/oder Stärkekörner abgetrennt werden.
Gerichtet ist die vorliegende Erfindung auch auf proteinfreie komplexe oder komplexierte Kohlen- hydrate und/oder Stärkekörner erhältlich nach einem hierin beschriebenen Verfahren.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die proteinfreien komplexe oder komplexierte Kohlenhydrate und/oder Stärkekörner erhältlich nach einem Verfahren, wobei in der Schritt 3) nach der Separation solider Feststoffe aus dem Verteilungsgemisch des Schrittes 2b) unter Erhalt einer faserfreien wässrigen Lösung der wasserlöslichen und gelösten Verbindungen des Ausgangsmaterials in einem Schritt 3a) aus den separierten soliden Feststoffen proteinfreie komplexe Kohlenhydrate und/oder Stärkekörner abgetrennt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Schritt 3) nach der Separation solider Feststoffe aus dem Verteilungsgemisch des Schrittes 2b) unter Erhalt einer faserfreien wässrigen Lösung der wasserlöslichen und gelösten Verbindungen des Ausgangsmaterials in einem Schritt 3a") aus den separierten soliden Feststoffen dekomplexierte cellulose-basierte Faserstoffe und/oder dekomplexierte ligninreiche Schalenteile, und/oder komplexe/komplexierte Kohlenhydrate erhalten, die frei sind von gelösten löslichen Verbindungen.
Weiterhin ist die vorliegende Erfindung gerichtet auf cellulose-basierte Fasern mit einer Wasserbin- dungskapazität von >200 Vol% und/oder, lignin-reiche Schalen mit einer Fettbindungskapazität von >200 Gew%, erhältlich nach einem hierin beschriebenen Verfahren.
Besonders bevorzugt sind cellulose-basierte Fasern mit einer Wasserbindungskapazität von >200 Vol% und/oder, ligninreiche Schalen mit einer Fettbindungskapazität von >200 Gew%, erhältlich nach einem Verfahren, wobei in Schritt 3) nach der Separation solider Feststoffe aus dem Verteilungsge- misch des Schrittes 2b) unter Erhalt einer faserfreien wässrigen Lösung der wasserlöslichen und gelösten Verbindungen des Ausgangsmaterials in einem Schritt 3a") aus den separierten soliden Feststoffen dekomplexierte cellulose-basierte Faserstoffe und/oder dekomplexierte ligninreiche Schalenteile, und/oder komplexe/komplexierte Kohlenhydrate erhalten werden, die frei sind von gelösten löslichen Verbindungen.
Besonders bevorzugt ist weiterhin ein Verfahren, bei dem in Schritt 4) gelöste Kohlenhydrate und/oder Phospholipide und/oder Glycoglycerolipide zusammen mit gelösten Proteinen aggregiert werden, und nach dem Schritt 5) in einem Schritt 5a) Protein-Aggregate enthaltend Kohlenhydrate und/oder Phospholipide und/oder Glycoglycerolipide erhalten werden.
Gerichtet ist die vorliegende Erfindung daher auch auf Protein-Aggregate enthaltend Kohlenhydrate erhältlich nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.
Besonders bevorzugt sind Protein-Aggregate enthaltend Kohlenhydrate erhältlich nach einem Verfahren, bei dem in Schritt 4) gelöste Kohlenhydrate und/oder Phospholipide und/oder Glycoglycerolipide zusammen mit gelösten Proteinen aggregiert werden, und nach dem Schritt 5) in einem Schritt 5a) Protein-Aggregate enthaltend Kohlenhydrate und/oder Phospholipide und/oder Glycoglycerolipide erhalten werden.
Cellulose-basierte Faserstoffe und lignin-reiche Schalenteile
Die Art und die Zusammensetzung von Schalenmaterialien variieren naturgemäß von Art zu Art des pflanzlichen Ausgangsmaterials. Für die Gewinnung von Mehlen werden die Schalen zumeist vor der Vermahlung separiert, da diese in den erhaltbaren Produkten zumeist nicht erwünscht sind. Dies gelingt in aller Regel nur mit einem großen prozesstechnischen Aufwand und unter Verlust von Korn- /Samenmaterial infolge mechanischer Zer-/Abteilungen. Faserstoffe, die in Samen, Kernen und Körnern, aber auch in anderen pflanzlichen Ausgangsmaterialien als Strukturbestandteile vorhanden sind, lassen sich mit Verfahren aus dem Stand der Technik nicht rückstandsfrei separieren oder isolieren, da sie mit den Inhaltsstoffen vollständig/vollflächig verbunden, bzw. kompaktiert, sind. Insbesondere eine mechanische Abtrennung dieser Faserstoffe ist nach dem Stand der Technik nicht möglich.
Es war deshalb völlig überraschend, dass sowohl die lignin-reichen Schalenanteile, als auch die cellu- lose-basierten Fasern der pflanzlichen Ausgangsmaterialien separiert und in einer unmittelbar reinen Form erhalten werden können. So konnten nach weitgehender Entfernung gebundener Wasseranteile keine oder nahezu keine Proteine, löslichen Kohlenhydrate, Geruchs- oder Geschmacksstoffe oder andere organische oder anorganische ablösbaren Verbindungen gefunden werden. Mikroskopisch waren keine Anhaftungen anderer organischer Bestandteile erkennbar.
Die lignin-reichen Schalenteile weisen einen Ligningehalt von 50 - 95Gew% auf. Sie liegen als submil- limeter-große Plättchen oder in amorpher Gestalt vor. Nach Trocknung liegen sie in riesel- und schütt-fähiger Form vor. Es besteht eine erhebliche Wasserretensionskapazität die > 40% betragen kann. Die cellulose-basierten Fasern haben mikroskopisch eine watteartige 3-dimenstionale aum- struktur mit mittleren Durchmessern zwischen 50 und 500μιτι bei einem Aspektverhältnis (Länge/Durchmesser) von 1:1 bis 100:1. Es handelt sich um vereinzelte/diskrete Strukturen, die nicht zusammenhängen und ein sehr geringes Längengewicht von < 70mg/100m aufweisen. Es wurde gefunden, dass derartige cellulose-basierte Fasern sich von Cellulosefasern in der chemischen Zusammensetzung, der Sekundär- und Tertiärstruktur, sowie den physiko-chemischen Eigenschaften erheb- lieh unterscheiden. Ferner wurde gefunden, dass sowohl die gewinnbaren cellulose-basierten Fasern, als auch die lignin-reichen Schalenanteile eine erhebliche Wasserbindungskapazität aufwiesen, die mehr als 200 vol% betrugen.
Darüber hinaus wurde gefunden, dass sowohl die lignin-reichen Schalenanteile als auch die cellulose- basierten Fasern frei oder nahezu frei sind von Geruch- oder Geschmacksstoffen oder Farbstoffen, die sich in einem wässrigen Medium lösen. Daher sind die mit dem Verfahren erhaltbaren lignin- reichen Schalenanteile und cellulose-basierten Fasern in der Form, wie sie mit den erfindungsgemäßen Verfahren gewonnen und hergestellt werden können oder nach einer Trocknung, die mit Techniken aus dem Stand der Technik erfolgen kann, unmittelbar verwendbar oder sie können einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem reine lignin-reichen Schalenteile und/oder cellulose-basierte Fasern aus einem biogenen Ausgangsmaterial erhalten werden, mit einer Wasserbindungskapazität von > 200vol%.
Überraschenderweise weisen getrocknete lignin-reichen Schalenteile neben einer hohen Wasserbindungskapazität und hohem Wasserrückhaltevermögen auch eine extrem große Bindungskapazität für Öle und Fette auf. Diese betrug in Versuchen zu verschiedenen lignin-basierten Schalenteilen zwischen 250 und 550Gew%. Bemerkenswert war, dass es über hydrophobe Wechselkräfte der Oberflächen zu einem sehr raschen Transport von Ölen und Fetten entlang der äußeren Oberflächen eines Granulates kommt. Hierdurch können, durch ein geschüttetes lignin-reiches Schalen-Granulat über Kapillarkräfte der inneren und äußeren Oberflächen, Öle und Fette gegen einen Druckgradienten befördert werden. Die Förderhöhe bei Versuchen in Steigrohren betrug dabei mehr als 5 cm.
Ferner konnte gezeigt werden, dass die getrockneten und gepulverten cellulose-basierten Fasern ebenfalls eine sehr große Bindungskapazität für Öle und Fette aufwies, die zwischen 220 und 360 Gew% betrug. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem reine lignin-reiche Schalenteile und/oder cellulose-basierte Fasern aus einem biogenen Ausgangsmaterial erhalten werden, mit einer Öl-und/oder Fettbindungskapazität von > 200 Gew%.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich die lignin-reichen Schalenanteile und die cellulose- basierten Fasern, die sich bei vielen der untersuchten pflanzlichen Ausgangsprodukte, wie beispielsweise Pressrückstände von Raps und Jatropha, im Filterrückstand des Verfahrensschritts 3 befanden, mit Techniken aus dem Stand der Technik sehr leicht voneinander separieren lassen. Bevorzugt sind hierfür Wirbelstromverfahren, wie z. B. Hydrozyklone, aber auch Filtertechniken können verwandt werden. Es konnte gezeigt werden, dass es hierdurch möglich ist, sortenreine Fraktionen cellulose- basierter Fasern einerseits und lignin-reicher Schalenanteile andererseits, bei denen keine oder nahezu keine Proteine, löslichen Kohlenhydrate, Geruchs- oder Geschmacksstoffe, oder andere organische oder anorganische ablösbare Verbindungen vorliegen oder aus denen sich Farbstoffe in einem wässrigen Medium herauslösen, zu erhalten.
Die erhaltenen Schalen- bzw. Faserfraktionen werden vorzugsweise durch ein Pressverfahren von noch gebundenem Wasser befreit. Alternativ können zentrifugale Verfahren angewendet werden. Die entwässerten Schalen- bzw. Faserfraktionen können in der erhaltenen Form verwendet oder vollständig getrocknet werden. Trocknungsverfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bevorzug ist eine Warmlufttrocknung. Vorteilhafterweise liegen die nach Trocknung erhaltbaren lignin- reichen Schalenanteile unmittelbar in leicht vereinzelbarer und rieselfähiger Form vor.
Es wurde gefunden, dass die hergestellten cellulose-basierten Fasern sich in der chemischen Zusammensetzung im Vergleich zu Cellulosefasern sowie Cellulosederivaten unterscheiden. Während in Cellulosefasern und Cellulosederivate neben C, H und O praktisch keine weiteren Elemente bestimmt werden konnten, waren in cellulose-basierten Fasern zahlreiche Elemente wie N, S, P, Fe, Cl, Na, Ca, K, Ni, Cl, Cu, sowie weitere Elemente vorhanden. Aufgrund der Bindungseigenschaften, die für die cellulose-basierten Fasern gefunden wurden, ist anzunehmen, dass diese Elemente zumindest in Teilen funktionellen Gruppen zugehörig sind, die kovalent entweder direkt oder indirekt mit dem polymeren Gerüststrukturen verbunden sind. Eine kovalente indirekte Verbindung kann dabei vorliegen, z. B. über einen Zuckerrest oder ein Peptid. Es ist aber auch denkbar, dass nicht kovalent gebundene Verbindungen mit dem polymeren Grundgerüst über elektrostatische Wechselkräfte verbun- den sind, die diese funktionellen Gruppen bzw. Elemente aufweisen. Das Vorliegen von funktionellen Gruppen an den Oberflächen der cellulose-basierten Fasern ist für viele der bisher gefundenen Effekte verantwortlich zu machen.
Überraschenderweise konnte gezeigt werden, dass die erhaltbaren cellulose-basierten Fasern sich hervorragend eignen für verschiedene Anwendungen für Menschen und Tiere. So konnte beispiels- weise gezeigt werden, dass cellulose-basierte Fasern hervorragend geeignet sind, um hierin oder hiermit Stoffe/Verbindungen oder auch Mikroorganismen aufzunehmen, sie zu formulieren oder zu transportieren oder zu lagern. Insbesondere für die Formulierung von Proteinen, die in trockener oder wasserlöslicher Form vorliegen, sind cellulose-basierte Fasern geeignet. Ferner können cellulose-basierte Fasern auch als Ersatzstoff für Kohlenhydrate oder Fette bei Nahrungsmittelzubereitun- gen eingesetzt werden. Ferner eignen sie sich als kalorien-freie Ballaststoffe und haben stuhl- regulierende Effekte. Darüber hinaus konnte mit Diäten, die mit den erfindungsgemäß hergestellten cellulose-basierten Fasern durchgeführt wurden, eine Gewichtsreduktion erreicht werden. Daneben konnte gezeigt werden, dass sich noch weitere positive Effekte, z.B. auf die Formulierung von Cremes/Lotionen/Salben oder Pasten oder auf die Reduktion von Fehlaromen in Nahrungsmitteln oder auch zur Kultivierung und Aktivitätssteigerung von Mikroorganismen, wie Hefen oder Algen, erhalten werden.
Einbringung von Verbindungen in erhaltbare Produkte
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontrollierten Einbringung und/oder das Kontaktieren von Verbindungen in/an die Proteinfraktion/Proteine, die mit den erfindungsgemäßen Verfahren erhaltbar sind. Diese Verfahrensvariante wird durch die vorteilhafte Lösungsvermittlung der zur wässrigen Ab-/Auftrennung verwandten Verbindungen ermöglicht. Dabei kann es erforderlich sein, die Konzentration dieser Verbindung(en) in subsequenten Prozessschritten zu erhöhen. So lassen sich beispielsweise freie Fettsäuren, Phospholipide, Glycolipide, Antioxidantien oder wasserlösliche Vitamine in den wässrigen Prozessgemischen stabil in Lösung bringen, wozu die in dem Reak- tionsgemisch bereits vorliegenden Verbindungen verwandt werden können oder Verbindungen, in geeigneter Konzentration dem Reaktionsgemisch hinzugegeben werden. Verzugsweise erfolgt dieser Verfahrensschritt vor der Kondensierung/ Aggregation/Komplexierung der Proteine. In einer Ausführungsform erfolgt vorzugsweise durch eine Änderung der Löslichkeit einer oder mehrerer gelöster Verbindungen eine Adhäsion dieser Verbindungen an den gelösten Proteinen in einer auch physiolo- gisch vorkommenden räumlichen Anordnung, z. B. über hydrophile und/oder hydrophobe Molekül- Domänen, wodurch diese gebunden werden. Vorzugsweise erfolgt eine Änderung der Löslichkeit einer oder mehrerer dieser Verbindungen vor einer Kondensation/Aggregation/ Komplexierung der gelösten Proteine, wodurch vorzugsweise eine Adhäsion der einen oder mehrerer Verbindungen an den gelösten Proteinen erfolgt. In besonders vorteilhafter Weise kann dabei eine Assemblierung der einen oder mehrerer Verbindungen an einem Bereich, der durch die Hydratisation und den physiologischen Bedingungen, unter denen die Kondensation/Aggregation/Komplexierung der gelösten Proteine stattfindet, stark expandierten Proteine erfolgen, der auch physiologischerweise das bevorzugte Bindungsareal der Protein ist. Hierdurch wird eine„physiologische Beladung" der gelösten Proteinen erreicht, die zu besonders vorteilhaften funktionellen Effekten der erhaltbaren Proteinfraktionen führt. Bevorzugt ist aber auch eine Änderung der Löslichkeit der einen oder mehrerer in Kontakt mit den gelösten Proteinen zu bringenden Verbindungen, die während der Initiierung einer Kondensation/Aggregation/ Komplexierung der Proteine erfolgt. Hierdurch kann eine Aufnahme in die entstehenden Kondensate/Aggregate/Komplexe bewirkt werden.
Vorzugsweise wird eine Änderung der Löslichkeit der einen oder mehreren gelösten Verbindungen durch eine Adjustierung des pH und/oder der Salinität und/oder der Temperatur des Reaktionsgemisches und/oder der Einleitung eines Gases und/oder der Zugabe weiterer Verbindungen, wie beispielsweise zweiwertige Kationen, bewerkstelligt. So konnte gezeigt werden, dass hierdurch Phospholipide, z. B. Phosphotidylcholin oder Fettsauren, z. B. Linolensäure, an die Proteine gebunden wurden und mit der erhaltbaren Proteinfraktion in einem Gewichtsverhältnis von 0,2 bis 1,6 Gew% vorlagen. Das Verfahren ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil die Beladung von Proteinen mit anderen organischen Verbindungen, die vorzugsweise durch elektrostatische Wechselkräfte entste- hen, durch eine Selbstassemblierung erfolgt und hierdurch eine physiologische Ausrichtung und Anordnung der Verbindungen zueinander erreicht wird, wodurch eine stabile Einbindung der eingebrachten Verbindungen ermöglicht wird und gleichzeitig die Proteine stabilisiert werden können. Stabilisiert heiß in diesem Zusammenhang, dass sie u.a. eine höhere Stabilität gegenüber physikali- sehen Einflüssen aufweisen. Besonders hervorzuheben ist, dass sich beispielsweise die Formulierbarkeit derartiger durch eine Selbstassemblierung hergestellter Proteinfraktionen mit Phospholipiden oder Glycolipiden in einem wässrigen Medium deutlich verbessern lässt. Fernerhin weisen derartig hergestellte Proteinfraktionen, die mit freien Fettsäuren beladen wurden, ein deutlich verbessertes Mundgefühl auf. Des Weiteren lassen sich oxidationslabile Verbindungen in derartig angeordneten Proteinfraktionen homogen einbringen und stabilisieren. Derartige Eigenschaften konnten insbesondere für eingebrachte freie Fettsäuren dokumentiert werden.
Erhaltbare Produkte
Überraschenderweise wurden mit den erfindungsgemäßen Verfahrensarten Proteinfraktionen erhalten, die keine Fehlaromen enthielten. Fehlaromen bedeuten dabei, Geruchs- und Geschmacksstoffe, die zu einer qualitativen Minderung des Produktes führen. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die erhaltbaren Proteinfraktionen praktisch oder vollständig frei waren von jeglichen Geschmacks und Geruchsstoffen und somit ein geschmacks- und geruchs-neutrales Proteinprodukt erhalten wurde.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem eine Proteinfraktion erhalten wird, die frei ist von Fehlaromen und/oder praktisch geruchs- und geschmacks-neutral ist.
Ein überaus vorteilhafter Aspekt dieser Erfindung besteht in der Möglichkeit, die gewinnbaren Proteinfraktionen mit anderen Verbindungen/Stoffgruppen anzureichern, wodurch qualitativ höherwertige Produkte entstehen. Eine höhere Produktqualität bezieht sich dabei beispielsweise auf einen hiermit erzielbaren höheren nutritiven Wert gegenüber einer reinen Proteinfraktion. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn eine Kombination aus Proteinen und löslichen Kohlenhydraten vorliegt. Weitere Möglichkeiten für einen höheren nutritiven Wert eines Kombinationsproduktes bestehen bei Einschluss von Vitaminen oder Antioxidantien, die bevorzugt aus dem verwandten Ausgangsmaterial selbst entstammen, aber auch vor einer Kondensation/Aggregation/ Komplexierung der Lösung mit gelösten Proteinen hinzugegeben werden können. Qualitativ höherwertig bezieht sich u.a. aber auch auf die erzielbaren Produkteigenschaften. So lassen sich beispielsweise mit einer der erfin- dungsgemäßen Ausführungsformen Phospholipide und/oder Glycolipide im Rahmen einer Kondensa- tion/Aggregation/Komplexierung der gelösten Proteine an/mit diese(n) adhärieren oder aggregieren, sodass ein sehr homogenes Produkt aus Proteinen und Phospholipiden und/oder Glycolipiden entsteht. Ein derartiges Produkt zeichnet sich durch eine sehr gute Proteinlöslichkeit sowie ausgezeichnete Grenzflächeneigenschaften aus, wodurch sich eine verbesserter Qualität, z.B. Lebensmittel- schäume und -emulsionen herstellen und stabilisieren lassen. Bevorzugt ist eine Proteinfraktion, bei der der Proteinlöslichkeitsindex (PDI) bei > 80 % liegt. Ferner bevorzugt ist eine Proteinfraktion, die eine hohe Schaumstabilität ermöglicht.
Bevorzugt sind daher geruchs- und geschmackstoffarme und/oder toxin- und gefahrstoffarme aggregierte Proteine, erhältlich gemäß Schritt 5) nach einem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem Proteinlöslichkeitsindex (PDI) > 80%. Darüber hinaus kann durch die Einbringung einer oder mehrerer Verbindungen eine verbesserte Lagerstabilität erreicht werden, d.h., dass es, z. B. während der Lagerung, zu keinen sensorischen Veränderungen kommt. Ein anderer Aspekt der Erfindung zielt auch auf die Herstellung einer lagerstabilen proteinhaltigen Lebensmittelzutat. So konnte gezeigt werden, dass eine Proteinfraktion, die durch eine Kondensation/Aggregation/Komplexierung von Proteinen und/oder Glycolipiden und/oder Phospholipiden und/oder Antioxidantien und/oder/Vitaminen mittels eines der erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden kann, eine überaus vorteilhafte Lagerstabilität aufweist. Lagerstabilität bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Lagerung bei Raumtemperatur zu keiner funktionellen oder sensorischen Veränderung gegenüber dem Ausgangszustand im Verlauf von 12 Monaten führt.
Überraschenderweise konnten cellulose-basierte Fasern erhalten werden, die in reiner und vereinzelter Form im Submillimeterbereich zur unmittelbaren Verwertung vorliegen. Durch die dreidimensionale Raumstruktur der Fasern besteht eine sehr große Oberfläche mit bemerkenswerten Bindungseigenschaften. Neben der enormen Wasserbindungskapazität werden auch oleophile Verbin- düngen adsorbiert. Überraschenderweise zeigte sich insbesondere eine hervorragende Beschichtbarkeit der cellulose-basierten Fasern mit Proteinen, die im Rahmen der erfindungsgemäßen Extraktionen gewonnen worden waren, besteht. Hiermit wurden die Raumstrukturen, die die cellulose-basierten Fasern nach ihrer Gewinnung durch einen der hier beschriebenen Prozesse aufweisen, vollständig mit Proteinen ausgefüllt, wodurch sphärische diskrete Partikel mit einer sehr guten Löslichkeit entstanden. Im Gegensatz zu einer gleichartig vorgenommenen Beschichtung von Cellulosefasern, die aus Spelzen- oder Stängelmasse hergestellt worden waren, mit Proteinen, kam es bei diesen im Verlauf der Trocknung sowie nach mechanische Scherung, zu Absprengungen der adhärierenden Proteine, während dies bei den beschichteten cellulose-basierten Fasern, nicht der Fall war.
Es konnte in Backversuchen eine hervorragende Stabilisierung von Teigen durch den Zusatz von cellulose-basierten Fasern, aber auch im Falle eines Ersatzes mit einem Mehl durch diese, dokumentiert werden. Dabei quellen die cellulose-basierten Fasern aufgrund der großen Oberfläche sehr schnell und bewirken dann beim Verzehr ein sehr angenehmes Mundgefühl. Die erfindungsgemäß gewonnenen und hergestellten cellulose-basierten Fasern sind, nach einer Einlage in Wasser, vollständig weich und bedingen kein Gefühl der Körnigkeit, was bei Cellulosefasern, die aus Spelzen- oder Stängelmasse hergestellt wurden, der Fall war, auch wenn diese mit mittleren Maximaldurchmessern von < ΙΟΟμιτι deutlich kleiner waren, als die cellulose-basierten Fasern. Vergleichende Untersuchungen, bei denen Extraktionsverfahren gemäß dem Stand der Technik oder alternative Verfahren zur Extraktion von Proteinen an Mehlen und Pressrückständen durchgeführt wurden, zeigten, dass die mit den erfindungsgemäßen Verfahren gewinnbaren und herstellbaren cellulose-basierte Fasern mit den durch eines der erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren Eigenschaften, mittels dieser Verfahren nicht erhaltbar sind.
Aufgrund der großen Oberfläche eignen sich cellulose-basierte Fasern sehr gut als Stabilisatoren oder Träger für z.B. gelöste Proteine, aber auch gelöste Kohlenhydrate. Ferner konnte eine Stabilisierung der Konsistenz bei der Käseherstellung beobachtet werden. Insofern ist eine Verwendung auch als Fettersatzstoff möglich. Ferner konnte gezeigt werden, dass sich cellulose-basierte Fasern hervorra- gend als Ballaststoff-Zusatz in Nahrungszubereitungen formulieren. Ferner kam es bei Personen, die eine ballaststoffreiche Kostform, die mit den erfindungsgemäß gewonnenen und hergestellten cellu- lose-basierten Fasern zubereitet worden waren, zu einer Gewichtsreduktion.
Bevorzugt ist die Verwendung von cellulose-basierten Fasern als niederkalorischer Ballaststoff für die humane oder tierische Ernährung.
Bevorzugt ist die Verwendung von cellulose-basierten Fasern als Ersatzstoff für Fette und/oder Bindemittel für die Nahrungsmittelzubereitung.
Durch die erzielbare Ablösung von Proteinen und Kohlenhydraten sind die erhaltbaren cellulose- basierten Fasern für den Menschen ohne einen kalorischen Wert und sind aufgrund ihrer Herkunft und Zulassung als Lebensmittel, als brennwert-freier Ballaststoff einsetzbar. Brennwert-arme pflanzliche Cellulosefasern werden nach dem Stand der Technik aus Spelzen und Stängelmaterial verschiedener Nutzpflanzen, wie Mais, Weizen, Hafer, Kartoffeln, hergestellt und als Ballaststoff und Struktu- rierungs- bzw. Verdickungsmittel in der Nahrungsindustrie eingesetzt. Hierfür werden Fasern mit einer Faserlänge von 30 bis 90 μιτι Länge bei einem großen Länge-/Breiten-Aspektverhältnis durch eine Feinzermahlung der pflanzlichen Strukturcellulose unter hohem energetischem Aufwand hergestellt. Ferner ist dafür Sorge zu tragen, dass äußerlich auf das Ausgangsmaterial aufgebrachte Verbindungen, wie Pestizide, Herbizide oder Fungizide, rückstandsfrei entfernt werden. Entsprechend ihrer Herkunft als Biopolymer, das für die Stütz- und Haltefunktionalität optimiert ist, handelt es sich bei Cellulosefasern um Fasern, die aus gebündelten Fibrillen bestehen und sich somit auch morpho- logisch vollständig von den erfindungsgemäß hergestellten cellulose-basierten Fasern unterscheiden. Ferner unterscheiden sich die mit dem erfindungsgemäßen Prozess erhaltbaren cellulose-basierten Fasern in ihrem strukturellen Aufbau, den chemischen Konstituenten sowie ihrer ursprünglichen physiologischen Funktion. Es kann daher angenommen werden, dass die deutlich verbesserten funktionellen und sensorischen Eigenschaften, die bei verschiedenen Speisezubereitungen für die mit den erfindungsgemäß hergestellten cellulose-basierten Fasern im Vergleich zu Cellulosefasern, die aus einem Zermahlungsvorgang von Spelzen- und Stängelmaterial hergestellt worden sind, gefunden wurden, durch die Unterschiede in der räumlichen Struktur, aber auch durch die unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften bedingt sind. Daher unterscheiden sich cellulose-basierte Fasern, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnen und hergestellt werden können, von Cellulosefasern, die aus der Vermahlung von Spelzen- oder Stängelmaterialien hergestellt werden, sowohl in ihren strukturellen als auch in ihren funktionellen Eigenschaften.
Die lignin-reichen Schalenteile weisen, wie die cellulose-basierten Faserteile, große innere Oberflächen auf, die das enorme Wasserbindungsvermögen bedingen. Dadurch eignen sie sich besonders zur Wasserhaltung und -Speicherung in Nutzböden. Im getrockneten Zustand sind sie hervorragend lager- und transportfähig. Es besteht eine optimale Mischbarkeit mit allen untersuchten Bodenarten (z.B. Lehm, Humus). Der Wasseraufnahme und Wasserretentionsindex von allen untersuchten Erden konnte durch den Zusatz von lignin-reichen Schalenanteilen deutlich gesteigert werden.
Bevorzugt ist die Verwendung von lignin-reichen Schalenteilen zur Verbesserung der Wasserbinde- und Haltekapazität von Kultivierungsböden. Lignin-basierte Schalenteile weisen in getrockneten Zustand eine hervorragende öl- und fettaufsaugende Wirkung auf und sind damit sehr gut geeignet für die Aufnahme von Ölen und Fetten, z. B. von Oberflächen oder aus Luft-/Gasgemischen mit Ölen und Fetten. Die aufgenommenen Öle und Fette treten spontan nicht aus den lignin-basierten Schalenteilen, gleichzeitig erfolgt keine„Verbackung" des mit Öl oder Fett durchtränkten Materials, sodass eine sehr gute Transportfähigkeit bestehen bleibt. Es konnte ferner gezeigt werden, dass sich die adsorbierten Öle und Fette unter Einsatz von Lösungsmitteln vollständig aus den lignin-basierten Schalenteilen wieder entfernen ließen und diese eine unveränderte Wiederaufnahmekapazität für Öle und Fette aufwiesen. Lignin-basierte Schalenteile weisen eine geringe Schüttdichte auf und können ohne großen Widerstand von einem Luft-bzw. Gasstrom durchströmt werden. Es konnte gezeigt werden, dass dies dazu genutzt werden kann, Luftbzw. Gasgemische, die Dämpfe von Ölen und Fetten enthalten, wie z. B. die Abluft von Fritteusen, von den Öl- bzw. Fetttröpfchen praktisch vollständig zu reinigen. Somit eignen sich lignin-reichen Schalenteile hervorragend als Ölabscheider bzw. Ölaufnehmer für Anwendungen auf Oberflächen oder die Aufnahme aus Luft-/Gasgemischen.
Bevorzugt ist die Verwendung von lignin-reichen Schalenteilen zur Aufnahme und Bindung von Ölen und Fetten von Oberflächen und aus Luft-/Gasgemischen.
Wiederverwendung der Prozesslösungen und Verfahrensführung
In ganz besonders vorteilhafter Weise ermöglichen die erfindungsgemäßen Verfahrensarten eine Rückgewinnung, Aufreinigung und den Wiedereinsatz der eingesetzten Flüssigkeiten sowie nicht verbrauchter oder mit dem/den erhaltenen Produkte(n) ausgetragene(n) Verbindungen. Hierdurch können Abwasserströme und eine Belastung der Umwelt mit organischem Material vollständig vermieden werden. Die Rückführung kann dabei an verschiedenen Stellen im Verfahrensprozess, sowohl, vor als auch nach vorheriger Abreicherung von gelösten Stoffen und z. T. in unveränderter Weise erfolgen mit einem synergistischen Nutzen in dem jeweiligen Verfahrensschritt. Die Wieder- Verwendung ist ferner besonders ressourcensparend, da in Prozesslösungen, die nach einem Separationsvorgang erhalten werden, noch eingesetzte Verbindungen und/oder gelöste Produkte vorliegen und bei einer neuerlichen Verwendung dieser Prozesswasserphase die Verbindungen/Produkte dem Prozess an gleicher oder anderer Stelle zurückgeführt und damit wieder verwendungsgemäß eingesetzt bzw. als Produkt gewonnen werden können. Dies trifft insbesondere für einen Wiedereinsatz der geklärten Prozesswasserphase nach dem Verfahrensschritt 5) zu, die nach der Abtrennung der Kondensate/Agglomerate/Komplexe erhalten wird. In dieser Lösung liegen die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide, je nach Prozessführung, noch in einer Konzentration /Menge vor, die eine Lösung von löslichen Konstituenten des Ausgangsmaterials ab-/auftrennt, wie in Untersuchungen, die mit dieser Prozesswasserphase ohne eine weitere Aufreinigung bei einem erneuten Einsatz an einem identischen Ausgangsmaterial durchgeführt wurden, gefunden wurde. Allerdings kann es erforderlich sein, den pH dieser recycelten Prozesswasserphase zu ändern, damit eine Protonierung und/oder Deprotonierung eingesetzter Verbindungen gewährleistet ist. Überraschenderweise wurde gefunden, dass die geklärte Prozesswasserphase des Verfahrensschritts 5) sehr gut eignet ist, um eine vollständige Abreicherung von gelösten Verbindungen, die sich in dem gebundenen Wasseranteil der cellulose-basierten Fasern und lignin-reichen Schalenanteilen befinden, zu erreichen, wenn diese mit der geklärten Prozesswasserphase des Schritts 5) durchspült werden, wodurch die löslichen Bestand- teile vollständig oder nahezu vollständig mit der Wasserphase, die bei einem Wasserentzug der gespülten cellulose-basierten Fasern und lignin-reichen Schalenanteilen anfällt, separiert werden. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise zum einen eine vollständige oder nahezu vollständige Entfernung von löslichen Konstituenten des Ausgangsmaterials erreicht werden und zum anderen die herausge- lösten löslichen Konstituenten mit der erhaltbaren Prozesswasserphase einem der Prozessschritte in einer subsequenten Verfahrensdurchführung zugeführt werden, wodurch die gelösten Konstituenten als Produkt gewinnbar werden. Es wurde gefunden, dass Reste von Kondensierungsmitteln, die je nach Prozessführung noch in der geklärten Prozesswasserphase des Verfahrensschritts 5) enthalten waren, bei einer Verwendung dieser Prozesswasserphase für einen Spülprozess des Filterrückstandes des Verfahrensschritts 3) und nach der Separation des Prozesswassers von den cellulose-basierten Fasern und/oder lignin-reichen Schalenanteilen in dem Verfahrensschritt 3-1), in diesen geklärten und wiedergebrauchten Prozesswasserphasen, je nach Verfahrensführung nicht mehr oder annähernd nicht mehr enthalten waren.
In einer weiteren bevorzugten Verfahrensausführung wird die geklärte Wasserphase des Verfahrens- schritts 5) in dem Verfahrensschritt 6) zunächst aufgereinigt.
Es konnte gezeigt werden, dass durch die Verwendung der geklärten Prozesswasserphase des Verfahrensschritts 5) sowie des geklärten und gereinigten Prozesswassers des Verfahrensschritts 6) zur Spülung der cellulose-basierten Fasern und/oder lignin-reichen Schalenanteile in dem Nebenstrom- verfahrensschritt 3-1), gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, die in dem gebundenen Wasseranteil der cellulose-basierten Fasern und lignin-reichen Schalenanteilen durch den Spülprozess in die Prozesswasserphase ausgespült werden und hierdurch in die erhaltbare Prozesswasserphase gelangen, die nach der Entwässerung der cellulose-basierten Fasern und/oder lignin-reichen Schalenanteilen erhalten wird, in einer deutlich höheren Konzentration vorlagen, als dies in der eingangs eingesetzten geklärten und/oder geklärten und gereinigten Prozesswasserphase der Fall war. Ferner waren geringe Mengen an kondensierten Proteinen in der erhaltenen Prozesswasserphase enthalten und der Gehalt an Kondensierungsmitteln war nicht oder nur in minimaler Konzentration messbar. Vorzugsweise wird diese kondensierungsmittel-arme und Aminosäure-/Peptid-reiche sowie proteinhalti- ge Prozessflüssigkeit in einer subsequenten Verfahrensdurchführung in den Verfahrensschritten 2a) und/oder 2b) bzw. 2) als Wasserphase eingesetzt. Durch diese Verfahrensführung kann ein Verlust an erhaltbaren Produkten und insbesondere der Konstituenten des Ausgangsmaterials sowie der zur Prozessdurchführung eingesetzten gelösten Aminosäuren und/oder Peptide sowie der Kondensie- rungsmittel auf ein Minimum reduziert und Abwasserströme, die mit organischen Bestandteilen belastet sind, vermieden werden.
Die geklärten und/oder aufgereinigten Prozesswasserphasen werden in Vorratscontainern (V 5a und V 5b, gemäß Schema 1) bis zu ihrer neuerlichen Verwendung unter geeigneten Bedingungen gelagert. Geeignete Bedingungen können beispielsweise beinhalten: eine Kühlung, eine UV-Bestrahlung, eine Beaufschlagung eines Schutzgases oder eine Abdunkelung.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Prozessflüssigkeiten vollständig recycelt und zur Prozessdurchführung wieder eingesetzt werden.
Es konnte gezeigt werden, dass eine Wiedereinsetzbarkeit der Prozesswasserphasen, die beispielsweise nach dem Nebenstromverfahrensschritt 3-111) erhalten werden, auch ohne eine weitere Aufreinigung in den Verfahrensschritten 2a) und/oder 2b), bzw. 2) und/oder 3) einerseits und/oder in dem Verfahrensschritt 3-1) gegeben ist, indem die geklärte oder geklärten und gereinigten Prozesswasserphasen dem/den eaktionsgemisch(en) dieser Verfahrensschritt(e) hinzugegeben werden. Auch bei einer wiederholten Wiederverwendung kam es zu keinen Veränderungen der Prozesspara- meter, bzw. der erhaltenen Produktqualitäten. Vorteilhaft ist dabei auch, dass Kosten für eine Entsorgung des Prozesswassers entfallen. Weiterhin vorteilhaft ist, dass sowohl die eingesetzten Verbindungen/Substanzen zur Ab-/Auftrennung des Ausgangsmaterials als auch die Kondensierungsmit- tel und evt. noch gelöst vorliegende Reste an Proteinen oder anderen organischen Verbindungen dem Prozess wieder zugeführt und damit rückgewonnen bzw. aus einer der Verfahrensschritte als Produkt erhalten werden können. Dies trägt erhäblich zur Ökonomie des Verfahrens bei.
Mit den voranstehenden Verfahrensausführungen lassen sich auch Verbindungen entfernen, die unter den Oberbegriff Toxine und gesundheitsbedenkliche Stoffe fallen, wie Pestizide, Herbizide und Insektizide. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können die aus der geklärten Prozesswasserphase adsorbierten oder gefällten Verbindungen für eine weitere Verwendung genutzt werden, indem diese separiert und ggf. weiter aufgereinigt werden. So können beispielsweise die gefällten Glycolipide und/oder Phospholipide durch eine zentrifugale Separation aus der Prozesswasserphase separiert und anschließend weiter aufgereinigt oder unmittelbar weiter verwandt werden. Prinzipiell können somit alle aus der Prozessflüssigkeit erhaltbaren Verbindungen einer weiteren Nutzung zugänglich gemacht werden.
In einer bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt eine Nanofiltration von einer oder mehrerer Pro- zesswasserphase(n). Vorzugsweise werden hierdurch klein-molekulare Verbindungen, wie Farbstoffe oder Kohlenhydrate, zurückgehalten und hierdurch aus der Prozesswasserphase, die zur erneuten Verwendung eingesetzt wird, entfernt.
Vorteile der herstellbaren Produkte und der Verfahrenstechnologie
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können in überaus vorteilhafter Weise sowohl ein vollständiger Aufschluss von pflanzlichen Ausgangsprodukten in die Hauptkonstituenten erfolgen, als auch reine Fraktionen dieser Konstituenten erhalten werden, mit verbesserten Produkteigenschaften gegenüber Produkten aus dem Stand der Technik.
Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ermöglichen die Gewinnung von reinen Phasen der In- haltsstoffe, wie von Proteinen, Kohlenhydraten, Faserstoffen und Schalenanteilen, in einem niederenergetischen Kreislaufverfahren, bei dem die zur Produktherstellung eingesetzten Verbindungen nahezu vollständig aus den verschiedenen Prozessschritten zurückgewonnen und sowohl im Verlauf der gleichen Verfahrensdurchführung als auch bei einer erneuten Anwendung wieder verwandt werden. Dies gilt auch für die eingesetzten Prozesswasserphasen.
In besonders vorteilhafter Weise werden reine Produkte erhalten. Mit dem Verfahren lassen sich Proteinfraktionen herstellen mit einem hohen Proteingehalt, entsprechend dem eines Konzentrats oder Isolats. Ferner können mit den erfindungsgemäßen Verfahren funktionalisierte Proteine mit verbesserter Produkteigenschaft, wie beispielsweise einer höheren Wasserlöslichkeit, einem großen Schäumungsvermögen oder verbesserten Emulgiereigenschaften, hergestellt werden. Insbesondere können hydratisierte Proteine hergestellt werden, die mit anderen Verbindungen in einem physiologischen pH-Bereich miteinander verbunden werden können. Ferner ermöglichen die Verfahrens- techniken, die Gewinnung von komplexen ungelösten und gelösten Kohlenhydraten, die anschließend unmittelbar verwendet werden können. Ferner ist es durch die Verfahrenstechniken möglich, cellulose-basierte Faserstoffe und lignin-reiche Schalenanteilen zu gewinnen und voneinander zu separieren, die keine Rückstände von anderen Bestandteilen, wie Proteine oder Kohlehydrate auf- weisen und hierdurch besondere Produkteigenschaften erlangen. So weisen beispielweise die erhaltbaren cellulose-basierten Fasern und lignin-reichen Schalenanteile eine sehr hohe Wasser- sowie Öl-Bindungskapazität auf. Insbesondere letztere eignen sich daher besonders zur Verbesserung der Bodenqualität von Nutzböden. Die erhaltbaren cellulose-basierten Fasern, die nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren erhaltbar sind, können in vielen Lebensbereichen eingesetzt wer- den. So eignen sie sich insbesondere als Ersatz- und/oder Ergänzungsmittel in Nährmittel bzw. Zubereitungen, insbesondere als Ersatzmittel für Zucker, Mehl/Stärke oder Fett/Öle. Somit besteht eine sehr breite Einsetzbarkeit in der Lebensmittelzubereitung und als Nahrungsmittelzusatzstoff. Ferner eignen sich die erhaltbaren cellulose-basierten Fasern zur Formulierung und Stabilisierung in Anwendungen für Haut und Schleimhäute, ferner zur Kultivierung und Produktionsverbesserung von Mikro- Organismen.
Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Proteinfraktionen mit einer hohen Produktqualität. So werden Proteinfraktionen erhalten, die geschmacks- und geruchsarm oder vollständig frei sind von Geruchs- oder Geschmacksstoffen. Insbesondere sind hierin keine Bitterstoffe oder sonstige Verbindungen enthalten, die als Fehlaroma wahrnehmbar sind. Ferner können Toxi- ne oder gesundheitsschädliche Verbindungen, die in den biogenen Ausgangsprodukten vorliegen, gelöst und ausgetragen werden, ohne dass sie in die erhaltbare Proteinfraktion gelangen. Es kann mit dem gleichen Verfahren auch eine EntÖlung des Ausgangsmaterials erfolgen, unter Gewinnbarkeit der abgetrennten Ölfraktion. Ferner ermöglicht das Verfahren eine Rückführung von Aufschlussverbindungen und dem Prozesswasser für wiederholte Anwendungen, sodass eine ökonomische Pro- zessführung möglich ist. Des Weiteren lassen sich auch Verbindungen, die nur in einer geringen Konzentration in der wässrigen Aufschlusslösung vorliegen, durch die bereitgestellten Verfahren entfernen und für weitere Anwendungen gewinnen.
Besonders bevorzugt ist daher ein Verfahren, bei dem in der Schritt 2b) und/oder 3) und/oder 4) eine Separation von lipophilen Konstituenten des Ausgangsmaterials erfolgt, indem zusätzlich eine oder mehrere lipophile Verbindung(en) in dem Schritt 2a) und/oder 2b) dem Reaktionsgemisch hinzugegeben und mit diesem gemischt werden und/oder eine EntÖlung von Pflanzenproteinen bei Raumtemperatur und/oder erhöhter Temperatur erfolgt.
Es konnte gezeigt werden, dass der Verbleib von löslichen organischen Verbindungen in und an cellulose-basierten Fasern, die erhaltbare Produktqualität erheblich beeinträchtigen. So wurde gefunden, dass ein Proteingehalt von > 0,5 Gew% eine merkliche Reduktion der Wasseraufnahme nach einer zuvor erfolgten Trocknung der Fasermasse bedingt. Sehr wahrscheinlich kommt es zu einem Verkleben der Oberflächen der cellulose-basierten Fasern durch die verbliebenen Proteine, die im getrockneten Zustand hydrophobe Eigenschaften aufweisen. In Abhängigkeit von der in der Fasermasse verbliebenen Proteinmenge waren die getrockneten Fasern nicht mehr in Wasser quellbar und wie- sen beim Verzehr ein unangenehmes Mundgefühl auf. Dies war regelhaft nicht der Fall, wenn die Produktphase 2 mit der Prozesswasserphase 1 nachbehandelt wurde. Es wurde gefunden, dass sich der Proteingehalt der Fasermasse erheblich und in deutlich stärkeren Maß als mit einer Frischwasserphase, die mit einem identischen Volumen hinzugegeben wird, durch die Prozesswasserphase 1 reduzieren lässt. Dieses Ergebnis korrelierte mit der Reduktion des Restproteingehalts der anschließend entwässerten Fasern. Somit ist die Verwendung der Prozesswasserphase 1 für eine Nachbe- handlung der Produktphase 2 besonders vorteilhaft und ermöglicht gleichzeitig die Herstellung sensorisch einwandfreier cellulose-basierter Fasern. Es wurde darüber hinaus gefunden, dass die zur Nachbehandlung der Produktphase 2 verwendete Prozesswasserphase während dieses Behandlungsschrittes mit den aus der Fasermasse herausgelösten Proteine angereichert wird und der pH der Lösung in einen neutralen bis schwach alkalischen Bereich angehoben wird. Daher ist eine Neutralisati- on dieser Prozesswasserphase vor einem erneuten Einsatz in Schritt 2a) und/oder 2b) nicht erforderlich. Es wurde gefunden, dass über den Verlauf von 3 und mehr Prozesszyklen, unter Wiederverwendung der Prozesswasserphase 1 nach einer Behandlung der Produktphase 2 in dem Prozessschritt 2a) dazu führt, dass die Konzentration von Aminosäuren der zugeführten Aufschlusslösung reduziert werden kann, da es zu einer Aufkonzentration dieser Verbindungen kommt. Somit kann eine Verbes- serung der Prozessökonomie des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs auch durch eine Einsparung an Aufschlussverbindungen realisiert werden. Ferner konnte gezeigt werden, dass sich die Prozesswasserphase 1 nach Verwendung zur Aufreinigung der Produktphase 2 für eine Verdünnung der Wasserphase im Prozessschritt 4) eignet. Eine Verdünnung der Wasserphase ist dann besonders vorteilhaft, wenn in den vorangegangenen Prozessschritten ein sehr geringes Wasservolumen verwandt wurde und eine hohe Proteinkonzentration hierin vorliegt. Die Sedimentation der mittels der Aggregationsverbindungen initiierten organischen Verbindungen ist dann langsam, ebenso wie die Entwässerung der separierten Aggregatphase in Schritt 5). Durch den Zusatz der Prozesswasserphase, erhältlich nach der Aufreinigung der Produktphase 2 in Schritt 2b), kann die Konzentration der aggregierbaren Verbindungen so eingestellt werden, dass eine optimale Aggregation durch die Agg- regationsverbindungen gewährleistet werden kann, was ohne einen zusätzlichen Wasserverbrauch und ohne einen ansonsten notwendigen Zusatz einer basischen Verbindung sowie und Rückführung von aggregierbaren organischen Verbindungen erfolgen kann. Hieraus ergeben sich weitere vorteilhafte Effekte auf die Prozessökonomie.
Definitionen:
Pflanzliche Ausgangsmaterialien
Unter dem Begriff„Ausgangsmaterialien", wie hierin verwendet, werden alle biogenen Produkte, die eine oder mehrere der Hauptkonstituenten: Proteine, Kohlenhydrate, Faserstoffe/Schalen oder Fette/Öle enthalten, zusammengefasst. Prinzipiell können die Ausgangsmaterialien einen beliebigen Anteil der Hauptkonstituenten sowie andere Bestandteile und Verbindungen aufweisen. Die bevor- zugten Ausgangsmaterialien sind pflanzlichen Ausgangsmaterialien, wie beispielsweise Samen, Körner, Kerne, Nüsse, Bohnen, Rübengewächse, Knollengewächse, Gemüse, Früchte oder Wurzeln. Diese können in Form unreifer, gereifter, reifer, überreifer, gealterter oder auch beschädigter Ausgangsmaterialien vorliegen. Die besonders bevorzugten pflanzlichen Ausgangsmaterialien sind nicht verholzt, d.h., dass sie einen geringen Anteil an Lignin enthalten. Die hierin gemeinten nicht- verholzten pflanzlichen Materialien weisen insbesondere einen Lignin-Anteil von < 10 Gew% auf. Auch geeignet sind kontaminierte oder verdorbene pflanzliche Ausgangsmaterialien. Der Begriff "nicht verholzt" wie hierin verwendet, bedeutet ein proteinhaltiges biogenes Ausgangsmaterial mit einem Lignin-Anteil von weniger als 10 Gew.-%. Verholzung oder Lignifizierung nennt man die Lignineinlagerung in den Zellwänden von Pflanzen.
Der Begriff "biogen", wie hierin verwendet, ist wie folgt definiert: Biologischen oder organischen Ursprungs, durch Leben oder durch Lebewesen entstanden.
Das pflanzliche Ausgangsmaterial kann in vollständig intakter Form, beschädigt, zerkleinert, geschält, gepresst, gemahlen oder in anderer Weise desintegriert sein/vorliegen, hierzu gehören auch Schrote oder Mehle, die beispielsweise nach einer mechanischen Extraktion von Ölen entstehen, sogenannte Presskuchen. Hierzu gehören auch Ausgangsmaterialien und insbesondere pflanzliche Ausgangsma- terialien, die zuvor einen thermischen und/oder flüssigen Extraktionsprozess, z. B. mit einem Alkohol oder einem organischen Lösungsmittel, wie Hexan, unterzogen worden sind. Ferner zugehörig sind pflanzliche Ausgangmaterialien, bei denen eine thermische Behandlung erfolgt ist. Hierzu gehören ferner Pflanzenprodukte, die aus einem Aufschluss- und/oder Fermentierungsprozess erhaltbar sind, insbesondere, wenn es sich dabei um Rückstände handelt, wie beispielsweise um Brauereirückstände (z.B. in Form von Treber oder Trebermehl) oder um Trester der Mostherstellung oder um Oliventres- ter oder um Rübenschnitzel. Ferner Rückstände von Kakaobohnen. Des Weiteren Rückstände von Gemüse- oder Fruchtzubereitungen, wie Strunk von Kohlgemüsen oder Schalen, z.B. von Kartoffeln.
Ferner bevorzugt sind Rückstände aus Pressrückständen, die beispielsweise bei der Gewinnung von Säften (z.B. Apfel-, Tomaten- oder Karottensaft) oder Trester, z. B. von Trauben oder Äpfeln oder Auszügen, wie diese bei der Herstellung von Gelees oder Likören (z. B. Brombeergelee, Cassis) anfallen.
Ferner können Schäl-, Enthüllungs- oder Entkernungsprodukte pflanzlicher Ausgangsmaterialien verwendet werden.
Unter diese Definition fallen insbesondere sämtliche pflanzliche Samen, wie z. B. Leinsamen, Mohn, Chia, Amaranth, Chilli, Tomaten, Anis, Bergerbse; Körner, z.B. von Raps, Leindotter, Hafer, Hanf, Weizen, Buchweizen, Roggen, Gerste, Mais, Sonnenblumen, Grünkern, Jatropha; Kerne, z. B. von Äpfeln, Birnen, Trauben, Apfelsinen, Kirschen, Pflaumen, Aprikosen, Pfirsichen, Speierling, Mispeln, Mirabellen, Vogelbeeren, Kürbissen, Melonen, Avocado; Bohnen, wie Sojabohnen, Ackerbohnen, Mattenbohnen, Mungbohnen oder Kidney-Bohnen, Erbsen, Linsen, wie z.B. Wasserlinsen ferner Lu- pinen oder Sesam; Gemüse, wie Blumenkohl, Brokkoli, Kohlrabi, Sellerie, Zucchini, Paprika, Artischocken oder Okra; Rübengewächse, wie Karotten oder Zuckerrüben; Früchte, wie Äpfel, Birnen, Quitten, Bananen, Brotfrucht, Mango, Kiwi, Maracuja, Melonen, Passionsfrucht, Feigen, Kürbis, Ananas, Avocado, Oliven, Mango, Chayote, Guave, Papaya, Tamarillo, Marmayapfel, Grape Frucht, Orangen, Zitronen oder Trauben; Beeren, wie Hagebutten, Stachelbeeren, Heidelbeeren, Brombeeren, Erdbee- ren, Holunder, Johannisbeeren, Preiselbeeren, Maulbeeren, Apfelbeeren, Himbeeren, Brombeeren, Sandorn; ferner Knollengewächse und Wurzeln, wie Kartoffeln, rote Bete, Batate, Kurkuma, Maniok, Meerrettich, Sellerie, Radieschen, Ingwer, Arakascha, Taro, Wasabi, Yacon, Schwarzwurzeln, Spargel, Pastinace, Mairüben, Topinambur, Rohrkolben, Steckrüben, Sibirische Engelwurz, Yamswurzel, Yam, Sonnblumenwurzel, Teufelskralle oder Ginko; ebenso Gurken, wie Salat- oder Gewürzgurken, ferner Auberginen oder Zucchini; Nüsse, wie Mandeln, Haselnüsse, Erdnüsse, Walnüsse, Cashew-Nüsse, Paranuss, Perkannuss, Pistazien, Kastanie, Maronen, Datteln oder Kokosnüsse. Ferner Zuckerrohr. Bevorzugt sind getrocknete Ausgangprodukte. Bevorzugt ist eine Vorzerkleinerung durch ein mechanisches Verfahren. Bevorzugt ist ein GMO-freies pflanzliches Ausgangsmaterial zur Herstellung von GMO-freien Produkten.
Proteine
Unter den Begriff „Proteine", wie hierin verwendet, werden Makromoleküle verstanden, die aus Aminosäuren bestehen, die durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind. Die hierin gemeinten Proteine weisen eine Anzahl von > 100 Aminosäuren auf. Dabei können sie in ihrer Primärstruktur, Sekundärstruktur oder Tertiärstruktur sowie in einer funktional aktiven Form vorliegen. Dabei kann bei der Sekundärstruktur die räumliche Geometrie in Form einer α-Helix, ß-Faltblatt, ß-Schleife, ß-Helix oder können ungeordnet als andom-Coil-Strukturen vorliegen. Ferner hierin inbegriffen sind supramolekulare Verbindungen von Proteinen, wie z. B. Kollagen, Keratin, Enzyme, lonenkanäle, Membranrezeptoren, Genen, Antikörper, Toxine, Hormone oder Gerinnungsfaktoren. Entsprechend des ubiquitären Vorkommens in allen Lebensformen und Lebensbereichen kann es sich bei den hierin gemeinten Proteinen um makromolekulare Verbindungen in einer der angegebenen Form handeln, deren physiologische Aufgabe beispielsweise eine Formgebung, eine Stütz-, Transport- oder Abwehrfunktion war oder zur Reproduktion, der Energiegewinnung oder Energieumsatz oder zur Reaktionsförderung/Umsatz dienten. Hierunter werden insbesondere die Proteine nach der angegeben Definition verstanden, die aus den hierin beschriebenen Ausgangsmaterialien extrahierbar sind.
Kohlenhydrate
Unter den Begriff„Kohlenhydrate", wie hierin verwendet, fallen alle von C3- bis C6-Zuckermoleküle sowie Verbindungen, die hieraus zusammengesetzt sind. Dies umfasst ohne sich hierauf zu beschränken: Monosaccharide, wie Hexosen, darunter Glucose oder Fructose sowie Pentosen, darunter Ribo- se und Ribulose sowie Triosen: Glycerinaldehyd, Dihydroxyaceton; des Weiteren Disaccharide, wie Maltose, Saccharose, Lactose, sowie Polysaccharide, wie Dextrane, Cyclodextrine, Stärke oder Cellu- lose. Bei Stärke sind Amylose und Amylopektin zu unterscheiden.
Während Monosaccharide und Disaccharide sowie einige Polysaccharide wasserlöslich sind, sind höhermolekulare Kohlenhydrate wasserunlöslich. Höhermolekulare Kohlenhydrate, die miteinander vorzugsweise alpha-l,4-glykosidisch und/oder alpha-l,6-glykosidisch verbunden sind, werden hierin zu den komplexen Kohlenhydraten gezählt. Neben Stärke und Cellulose gehören hierzu u. a. Glykogen, Chitin, Callose, Fruktane, Pektine. Hierunter werden auch komplexe Gebilde aus Kohlenhydrat- agglomeraten verstanden, wie dies bei einem Stärkekorn der Fall ist.
Cellulose-basierte Fasern
Unter den Begriff „cellulose-basierte Fasern", wie hierin verwendet, werden alle korpuskulären Strukturen der pflanzlichen Ausgangsmaterialien, die aus einem primären Cellulose-Grundgerüst bestehen, zusammengefasst, die mindestens 2 der nachfolgenden Charakteristika aufweisen:
- einen Ursprung aus einem pflanzlichen Ausgangsmaterial
- ein Aspektverhältnis von einem Längs- und Querdurchmesser von 1:1 bis 1.000:1
- ein Wasserbindungsvermögen von > 200 Gew%
- einem Anteil an chemischen Verbindungen und funktionellen Gruppen von > 2,5 Gew%, die nicht den Elementen C, H oder O entsprechen.
Die erfindungsgemäßen cellulose-basierten Fasern weisen dreidimensionale Raum- und Oberflächenstrukturen auf. Sie können in einer Verbundstruktur vorliegen, die sich durch physikalische Maßnahmen, wie einer mechanischen Zerkleinerung und/oder einer thermischen Behandlung in sphärische oder korpuskuläre Bruchstücke zerteilen läßt. Dies lässt sich in einem dekompaktierten Zustand der cellulose-basierten Fasern mit analytischen Verfahren überprüfen.
Die cellulose-basierten Fasern können bereits in einem losen Verbund kompaktiert mit anderen Verbindungen oder Komponenten vorliegen, wie z. B. in aufgebrochenen und durch einen Press- oder Prallvorgang auseinander gebrochenen Matrix, wie z. B. im Falle von gepressten Ölsamen oder ge- mahlenen Körnern oder sie liegen in einer stabilen Verbundstruktur vor, die eine Herauslösung der cellulose-basierten Fasern verhindert, wie das z. B. bei Gemüsen oder Früchten der Fall ist. Die unter die Definition gehörenden Fasern zeichnen sich durch Strukturmerkmale und physikalische Eigenschaften, die ihnen gemeinsam sind, aus. Sie weisen insbesondere räumliche Strukturen in Form von freien Fasern, Netzen oder räumlichen Gewebestrukturen auf, die nach einer Dekompaktierung und Hydratation mikroskopisch erkennbar werden. Die erfindungsgemäßen dekompaktierten cellulose-basierten Fasern haben vorzugsweise eine flächige und/oder korpuskuläre Geometrie. Insbesondere zeichnen sie sich durch ein niedriges Faserlängengewicht, der Coarseness, aus, die vorzugsweise < 70 mg/100m, weiter bevorzugt < 50 mg/100m, weiter bevorzugt < 30 mg/100m und noch weiter bevorzugt < 20 mg/100m, noch weiter bevorzugt < 15 mg/100m und am meisten bevorzugt < 10 mg/100m beträgt. Sie können Pigmente einschließen, umschließen oder diese sind strukturelle Bestandteile der erfindungsgemäßen Fasern. Aber auch andere organische oder anorganische Verbindungen können Bestandteile der cellulose-basierten Fasern oder mit diesen durch ein wässriges Medium nicht ablösbar verbunden sein.
Die dekompaktierten cellulose-basierten Fasern, die mit dem Prozessschritt 3), bzw. 3-111 erhalten werden, weisen diese Eigenschaften auf, die mit Verfahren aus dem Stand der Technik überprüft werden können.
Lignin-reiche Schalenanteile
Unter dem Begriff„lignin-reiche Schalenanteile", wie hierin verwendet, werden alle Hüll- und Stützstrukturen des pflanzlichen Ausgangsmaterials zusammengefasst, die einen Ligningehalt von > 30 Gew% aufweisen. Die bevorzugten lignin-reichen Schalenanteile weisen eine Gewichtsanteil des Lig- nins von > 40 Gew%, mehr bevorzugt von > 50 Gew%, weiter bevorzugt von > 60 Gew% und noch weiter bevorzugt von > 80 Gew% auf. Sie haben keine spezifische äußere Gestalt, die flach und polymorph bis korpuskulär und rund sein kann. Die Dimensionen hängen vom Herstellungsprozess ab und können von wenigen Mikrometern bis einigen Millimetern betragen. Lignin-reiche Schalenanteile liegen beispielsweise in Pressrückständen von Raps- oder Jatropha-Saaten in einem Gewichtsanteil von 8 bis 15 Gew% vor.
Öle/Fette
Unter den Begriff„Öle/Fette" fallen alle Lipidverbindungen, die in dem Ausgangsmaterial vorhanden sind. Die bevorzugten Lipidverbindungen sind Arylclyceride, insbesondere Mono-, Di- und Triglyceride, ferner Carbonsäuren, insbesondere freie Fettsäuren und Fettsäureverbindungen, wie Fettsäuremethylester, ferner Glycolipide und Glyceriglycolipide, ferner Kohlenwasserstoffverbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von > 5.
Desintegration
Unter dem Begriff„Desintegration" werden hierin alle Verfahren zusammengefasst, die zu einer Auf- trennung wasserundurchlässiger Gewebestrukturen oder Texturen des Ausgangsmaterials führen, wodurch eine vollständige Kontaktierung der hierin enthaltenen Hauptkonstituenten mit einer erfindungsgemäßen wässrigen Lösung, enthaltend Aufschlussverbindungen, erfolgen kann. Unter die Definition fallen somit alle Verfahren, die zur Schaffung von Rissen, Lücken oder Spalten von Hülloder Schalenmaterialien des pflanzlichen Ausgangsmaterials führen, bis hin zu einem vollständigen Aufschluss mit Freilegung der Oberflächen der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials. Entscheidend ist dabei, dass durch eine Desintegration die Benetzung der Oberflächen der Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials mit den gelösten Verbindungen zur Ab-/Auftrennung des Ausgangsmaterials ermöglicht wird. Eine definitionsgemäße Desintegration ist somit gleichbedeutend mit der Herstellung einer Benetzbarmachung von Konstituenten des Ausgangsmaterials für die wässrigen Aufschlusslösungen und den darin enthaltenen Verbindungen.
Wässrige Aufschlusslösung
Unter dem Begriff „wässrige Aufschlusslösung" wird hierin verstanden, eine wässrige Lösung von gelösten Verbindungen zur Ab-/Auftrennung von Konstituenten des Ausgangsmaterials. In einer bevorzugten Verfahrensausführung sind die Verbindungen zur Ab-/Auftrennung von Konstituenten des Ausgangsmaterials eine oder mehrere Aminosäure(n) und/oder Peptid(e), die in Wasser in einer vollständig gelösten Form vorliegen. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei gelösten Aminosäuren und/oder Peptiden um gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide. Bei dem Wasser kann es sich um geklärtes, geklärtes und gereinigtes Prozesswasser, ein entionisiertes, teil-entionisiertes, ein Brunnen- oder Stadtwasser handeln. Die bevorzugten Verbin- düngen, die zur Ab-/Auftrennung von Konstituenten des Ausgangsmaterials in einer gelösten Form vorliegen, sind natürlich vorkommende Aminosäuren und/oder Peptide, die aus diesen Aminosäuren bestehen oder diese enthalten. Die besonders bevorzugten Verbindungen, die zur Ab-/Auftrennung von Konstituenten des Ausgangsmaterials in einer gelösten Form vorliegen, sind natürlich vorkommende Aminosäuren und/oder Peptide, die aus diesen Aminosäuren bestehen oder diese enthalten. Bei den erfindungsgemäßen wässrigen Aufschlusslösungen handelt es sich vorzugsweise um Lösungen aus einer, zwei oder mehreren Aminosäure(n) und/oder Peptid(en), die in der Einzel- und/oder Gesamtkonzentration in einem Bereich von 10μιτιοΙ/Ι bis 3mol/l, mehr bevorzugt zwischen lmmol/l und lmol/l und weiter bevorzugt zwischen 0,lmol/ und 0,5 mol/l vorliegen. Es kann sich dabei um L- oder D-Formen oder Racemate der Verbindungen handeln. Bevorzugt ist die Verwendung der L- Form. Bevorzugt sind die Aminosäuren Arginin, Lysin und Histidin. Ferner bevorzugt sind Derivate der vorgenannten Aminosäuren. Besonders bevorzugt sind kationische Aminosäuren und Peptide mit kationischen Gruppen. Bei den erfindungsgemäß einsetzbaren Peptiden kann es sich um Di-, Tri- und/oder Polypeptide handeln. Die erfindungsgemäßen Peptide haben mindestens eine funktionelle Gruppe, die ein Proton bindet oder binden kann. Das bevorzugte Molekulargewicht liegt dabei unter 500kDa, mehr bevorzugt < 250kDa weiter bevorzugt < lOOkDa und insbesondere bevorzugt < lOOODa. Die bevorzugten funktionellen Gruppen sind dabei insbesondere eine Gunanidin-, Amidin-, Amin-, Amid-, hydrazino-, hydrazono-, hydroxyimino-oder nitro-Gruppe. Die Aminosäuren können dabei eine einzige funktionelle Gruppe aufweisen oder mehrere der gleichen Verbindungsklasse oder ein oder mehrere funktionelle Gruppe(n) unterschiedlicher Verbindungsklassen enthalten. Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäßen Aminosäuren und Peptide mindestens eine positive Ladungs- gruppe auf, bzw. haben eine positive Gesamtladung. Besonders bevorzugte Peptide enthalten mindestens eine der Aminosäuren Arginin, Lysin, Histidin und Glutamin in einer beliebigen Anzahl und sequentiellen Folge. Besonders bevorzugt sind Aminosäuren und/oder Derivate dieser, die mindestens eine Guanidino- und/oder Amidinogruppe enthalten. Als Guanidinogruppe wird der chemische Rest H2N-C(NH)-NH— sowie dessen cyclische Formen bezeichnet und als Amidinogruppe der chemische Rest H2N-C(NH)— sowie dessen cyclische Formen. Diese Guanidinoverbindungen und Amidinoverbindungen haben vorzugsweise einen Verteilungskoeffizienten K0w zwischen n-Octanol und Wasser von keiner als 6,3 (K0w < 6,3). Insbesondere bevorzugt sind Argininderivate. Argininderivate sind definiert als Verbindungen, welche eine Guanidinogruppe und eine Carboxylatgruppe oder eine Amidinogruppe und eine Carboxylatgruppe aufweisen, wobei Guanidinogruppe und Carboxylatgruppe oder Amidinogruppe und Carboxylatgruppe durch mindestens ein Kohlenstoffatom voneinander entfernt sind, d.h. sich zumindest eine der folgenden Gruppen zwischen der Guanidinogruppe oder der Amidinogruppe und der Carboxylatgruppe befindet: -CH2-, -CHR-, -CRR'-, worin R und R' unabhängig voneinander beliebige chemische Reste darstellen. Natürlich kann der Abstand zwischen der Guanidinogruppe und der Carboxylatgruppe oder der Amidinogruppe und der Carboxylatgruppe auch mehr als ein Kohlenstoffatom betragen, beispielweise bei folgenden Gruppen -(CH2)n-, -(CHR)n-, -(CRR')n-, mit n = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, wie es z.B. bei Amidinopropionsäure, Amidinobuttersäure, Guanidinopropionsäure oder Guanidinobuttersäure der Fall ist. Verbindungen mit mehr als einer Guanidinogruppe und mehr als einer Carboxylatgruppe sind beispielsweise Oligoarginin und Polyarginin. Weitere Beispiele von Verbindungen, die unter die- se Definition fallen, sind Guanidinoessigsäure, Kreatin, Glycocyamin.
Bevorzugte Verbindungen weisen dabei als gemeinsames Merkmal die allgemeinen Formel (I) oder (Ii)
Figure imgf000086_0001
Formel (I) Formel (II)
Wobei
R, R', R", R'" und R"" unabhängig voneinander -H, -CH=CH2, -CH2-CH=CH2, -C(CH3)=CH2, — CH— CH— CH3, — C2H4- CH— CH2/ — CH3, — C2H5, — CgHy, — CH(CH3)2; — C4.H9, — CH2— CH(CH3)2; -CH(CH3)-C2H5, -C(CH3)3, -C5Hn, -CH(CH3)-C3H7, -CH2-CH(CH3)-C2H5, -CH(CH3)-CH(CH3)2, -C(CH3)2-C2H5, -CH2-C(CH3)3, -CH(C2H5)2, -C2H4-CH(CH3)2, -C6H13, -C7H15, Cyclo-C3H5, cyclo-C4H7, cyclo-CsHg, Cyclo-C6Hu,-CECH, -CEC-CH3, -CH2-CECH, -C2H4-CECH, -CH2-CEC-CH3 repräsentieren, oder ' und R" bilden zusammen den Rest -CH2-CH2-, -CO-CH2-, -CH2-CO-, -CH=CH-, -CO-CH=CH-, -CH=CH-CO-, -CO-CH2-CH2-, -CH2-CH2-CO-, -CH2-CO-CH2- oder -CH2-CH2-CH2-; X repräsentiert -NH-, -NR""-, oder -CH2- oder ein substituiertes Kohlenstoffatom; und
L repräsentiert eine Cx bis C8 lineare oder verzweigte und gesättigte oder ungesättigte Kohlenstoffkette mit mindestens einem Substituent ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus -NH2, -OH, -P03H2, -PO3H", -PO32", -OP03H2, -OPO3H", -OP03 2", -COOH, -COO", -CO-NH2, -NH3 +, -NH-CO-NH2, -N(CH3)3 +, -N(C2H5)3 +, -N(C3H7)3 +, -NH(CH3)2 +, -NH(C2H5)2 +, -NH(C3H7)2 +, -NHCH3, -NHC2H5, -NHC3H7, -NH2CH3 +, -NH2C2H5 +, -NH2C3H7 +, -S03H, -S03 ", -S02NH2, -C(NH)-NH2, -NH-C(NH)-NH2, -NH-COOH, oder
Figure imgf000087_0001
Es ist bevorzugt, dass die Kohlenstoffkette L im Bereich von C1 bis C7 ist, bevorzugter im Bereich von Ci bis C6, weiterhin bevorzugt im Bereich von Cx bis C5, und am bevorzugtesten im Bereich von Cx bis C4.
Vorzugsweise repräsentiert L -CH(NH2)-COOH, -CH2-CH(NH2)-COOH, -CH2-CH2-CH(NH2)-COOH, -CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH, -CH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH, oder -CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH.
Bevorzugt sind auch Verbindungen der allgemeinen Formel (III) wie unten gezeigt:
Figure imgf000087_0002
wobei die Reste X und L die Bedeutungen haben wie hierin offenbart.
Erfindungsgemäße Aufschlusslösungen können weitere Verbindungen enthalten, die hierin vollstän- dig gelöst vorliegen. Dies können Verbindungen zur Einstellung des pH der Lösung, insbesondere eine Säure oder Base, wie Harnstoff oder Triethylamin bzw. Essigsäure oder Harnsäure, sein oder Verbindungen mit tensidischen Eigenschaften, wie beispielsweise DMSO oder SDS. Ferner können hierin Stabilisatoren, wie beispielweise Antioxidantien oder Reduktionsmittel enthalten sein. Ferner bevorzugt sind Verbindungen, die eine Desinteragtion von Konstituenten des Ausgangsmaterials ermögli- chen, bevorzugt sind Verbindungen aus der Gruppe der Sulfite und Sulfate. Diese werden bevorzugt in einer Konzentration zwischen 0,01 und 30Gew% in der Aufschlusslösung vorgelegt.
Ferner geeignet sind Di- Tri- oder Oligipeptide sowie Polypeptide, die aus einer, zwei oder mehreren Aminosäuren zusammengesetzt sind. Bevorzugt sind kurzkettige Peptide, z. B. RDG. Besonders bevorzugt sind Peptide, die aus Aminosäuren bestehen, die sowohl hydrophobe als auch hydrophile Seitengruppen aufweisen, wie beispielsweise (Angaben gemäß Namensalphabt der Aminosäuren) GLK, QHM, KSF, ACG, HML, SPR, EHP oder SFA. Weiter besonders bevorzugt sind Peptide, die sowohl hydrophobe und kationische und/oder anionische Seitengruppen aufweisen, wie beispielsweise DG, BCAA, NCR, HIS, SPR, EHP oder SFA. Weitere Beispiele mit 4 Aminosäuren sind NCQA, SIHC, DCGA, TSVR, HIMS oder RNIF oder mit 5 Aminosäuren sind HHGQC, STYHK, DCQHR, HHKSS, TSSHH, NSRR. Besonders bevorzugt sind RDG, SKH oder RRC.
Wässriges Prozessgemisch
Unter dem Begriff „wässriges Prozessgemisch" oder den synonym verwendeten Begriffen„Prozessgemisch" oder„Reaktionsgemisch" wird hierin verstanden, eine wässrige Lösung, Emulsion Suspension oder Feststoffe mit einem Wasseranteil von < 20Gew%. Die Feststoffe können in vollständig hydratisiertem Zustand bis hin zu einem kaum benetzten Zustand vorliegen. Insbesondere sind hier- mit gemeint, Gemische, die durch eine wässrige Lösung, die im Verfahrensablauf eingesetzt wird, mit dem Ausgangsmaterial und den im Verlauf des Verfahrens erhaltenen Zwischen- und Endprodukten der hieraus ab-/aufgetrennten Konstituenten und Bestandteile, hergestellt werden.
Reaktionsbehälter
Unter dem Begriff „Reaktionsbehälter" oder„Reaktionscontainer" werden hierin Behältnisse ver- standen, in denen wässrige Prozessgemische/Reaktionsgemische durch Kontaktieren, Zusammenbringen oder Mischen von wässrigen Lösungen, die im Verfahrensablauf eingesetzt werden, mit dem Ausgangsmaterial und der im Verlauf des Verfahren erhaltenen Zwischen- und Endprodukten der hieraus ab-/aufgetrennten Konstituenten und Bestandteile, hergestellt werden.
Verteilungslösung
Unter dem Begriff „Verteilungslösung", der synonym mit dem Begriff „Verteilungsvolumen" hierin verwandt wird, wird verstanden: eine Wasserphase, die einem Reaktionsgemisch hinzugegeben wird und die eine Verteilung und Vereinzelung löslicher gelöster, löslicher solider und komplexer unlöslicher Bestandteile des Ausgangsmaterials ermöglicht. In einem erfindungsgemäßen Verteilungsvolumen liegen diese Bestandteile in einer leicht vereinzelbarer Form vor. Das Vorliegen eines ausrei- chend großen Verteilungsvolumens kann durch eine Probeentnahme, bei der die Vereinzelbarkeit der gelösten und suspendierten Bestandteile durch Techniken und Verfahren, wie hierin beschrieben, festgestellt wird, geprüft werden.
Kondensierung/Aggregation/Komplexierung
Unter den Begriffen „Kondensierung/Aggregation/Komplexierung" werden alle physikalischen und/oder chemischen Prozesse zusammengefasst, die zu einem Zusammenschluss gleicher und/oder ungleicher organischer und/oder anorganischer Verbindungen führt, wodurch Kondensate oder Aggregate oder Komplexe entstehen, die sich als Feststoff aus einem wässrigen Prozessgemisch mittels geeigneter Separationsverfahren von der Wasserphase separieren lassen. Unter dem Begriff „Kondensat" wird verstanden: eine räumliche Annäherung von makromolekularen Strukturen, die hier- durch ein messbares Raumgebilde formieren. Die Bindungskräfte sind elektrostatisch durch hydrophobe oder hydrophile Wechselkräfte. Im Allgemeinen bedeutet„Aggregation" eine Anhäufung oder Ansammlung von Atomen bzw. Molekülen und/oder Ionen zu einem größeren Verband, dem Aggregat. Die Anhäufung oder Ansammlung wird durch Van-der-Waals-Kräfte, Wasserstoffbrückenbindung und/oder andere chemische oder physiko-chemische Bindungsarten bewirkt. Unter„Komplexen" werden hierin makroskopisch sichtbare Formationen verstanden, die durch Kondensate und/oder Aggregate zu einer größeren Verbundstruktur zusammengeschlossen sind. Bei den Kondensaten/Aggregaten und Komplexen sind aufgrund der geringen Bindungsenergien die Einzelverbindungen leicht aus den Verbundstrukturen, z. B. durch einen Mischprozess, herauslösbar und können vereinzelt werden. Im Gegensatz hierzu sind Koagulate Raumgebilde von klein- bis makromolekula- ren Verbindungen, die durch eine chemische Reaktion entstehen, bei der kovalente Bindungen zwischen den molekularen Strukturen entstehen und/oder gespalten werden. Bei einem Koagulat lassen sich die Einzelverbindungen nicht oder nur in einem geringen Maß durch einen Lösungsprozess in Wasser voneinander separieren bzw. vereinzeln. Die hierin gemeinte Kondensierung/ Aggregation/Komplexierung grenzt sich ab von einer Koagulation, die insbesondere durch eine Fällungsreaktion mit einer (starken) Säure erfolgt, bei der es zu einer Denaturierung kommt, bei der zumindest die ursprüngliche Tertiärstruktur der Proteine in Teilen oder vollständig nicht mehr vorliegt. Dies ist beispielsweise erkennbar an einer geringeren Wasserbindungskapazität.
Kondensierungsmittel
Unter dem Begriff „Kondensierungsmittel" oder„Aggregationsmittel" wird hierin verstanden, eine oder mehrere organische und/oder anorganische Verbindungen, die eine Kondensierung/ Aggregation/Komplexierung von in Wasser gelösten Konstituenten/Verbindungen eines wässri- gen Prozessgemisches initiieren, unterhalten und/oder beschleunigen. Sie können dabei u. a. eine katalytische, destabilisierende, verdrängende und/oder freisetzende Wirkung auf zu kondensierende/aggregierende oder komplexierende Bestandteile haben, die zu einem Zusammenschluss der Konstituenten/Verbindungen führt. Dabei können die Verbindungen auch durch eine Änderung des pH und/oder der Salinität diese Wirkung bedingen und/oder selbst an dem Zusammenschluss beteiligt sein.
Organische Verbindungen
Der Begriff organische Verbindungen umfasst alle organischen Verbindungen biogenen Ursprungs, die durch eines der hierin beschriebenen Verfahren aus biogenen Ausgangsmaterialien gelöst werden können. Entsprechend der unterschiedlichen Ursprungsmöglichkeiten werden organische Verbindungen verschiedener Stoffgruppen vorgefunden, die einzeln, zumeist aber in unterschiedlicher Kombination und in einem unterschiedlichen Mengenverhältnis, vorliegen. Im Folgenden sind daher nur die wesentlichen Stoffgruppen aufgeführt, denen die organischen Verbindungen zugeordnet werden können, ohne sich auf diese zu beschränken: Wachse, Wachssäuren, Lignine, Hydroxy- und Mykolsäure, Fettsäuren mit cyclischen Kohlenwasserstoff-Strukturen, wie die Shikimisäure oder 2- hydroxy-ll-cyclohepttylundeicansäure, Mannosterylerythritol Lipid, Farbstoffe, wie Carotine und Carotinoide, Chlorophylle, sowie deren Abbauprodukte, weiterhin Phenole, Phytosterole, insbesondere ß-Sitosterol und Campesterol sowie Sigmasterol, Sterole, Sinapine, Squalene. Phytoöstrogene, wie z.B. Isoflavone oder Lignane. Ferner, Steroide sowie deren Derivate, wie Saponine, weiterhin Glycolipide sowie Glycoglycerolipide und Glycerosphingolipide, weiterhin Rhamnolipide, Sophrolipide, Trehalose Lipide, Mannosterylerythritol Lipide. Ebenso Polysacharide, hierunter Pektine, wie Rhamnogalacturonane und Polygalacturonsäureester, Arabinane (Homoglykane), Galactane und Arabinogalactane, ferner Pektinsäuren und Amidopektine. Ferner Phospholipide, insbesondere Phosphotidylinositol, Phosphatide, wie Phosphoinositol, weiterhin langkettige oder zyklische Carbonverbindungen, ferner Fettalkohole, Hydroxy- und Epoxyfettsäuren. Ebenso Glycoside, Liporoteine, Lignine, Phytat bzw. Phytinsäure sowie Glucoinosilate. Proteine, darunter Albumine, Globuline, Oleosine, Vitamine, wie z.B. Retinol, (Vitamin A) sowie Derivate, wie z. B. Retinsäure, Ri- boflavin (Vitamin B2), Pantothensäure (Vitamin B5), Biotin (Vitamin B7), Folsäure (Vitamin B9), Cobalamine (Vitamin B12), Calcitriol (Vitamin D) sowie Derivate, Tocopherole (Vitamin E) und Tocotrienole, Phyllochinon (Vitamin K) sowie Menachinon. Des Weiteren Tannine, Terpenoide, Curcumanoide, Xanthone. Aber auch Zuckerverbindungen, Aminosäuren, Peptide, darunter Polypeptide, ferner Kohlenhydrate, wie Glucogen. Die ebenfalls hinzugehörigen Carbonsäuren, Aromastoffe, bzw. Geruchs- und Geschmacksstoffe, Farbstoffe, Phospholipide und Glycolipide, Wachse bzw. Wachssäuren sowie Fettalkohole.
Geruchs- und Geschmacksstoffe
Der Begriff Geruchs- und Geschmacksstoff wird hierin auch synonym mit Aromastoff verwandt. In praktisch allen organischen Gemischen biogener Herkunft sind organische Verbindungen vorhanden, die zu einer sensorischen Wahrnehmung im Sinne eines Geschmacks oder eines Geruchs führen. Es besteht eine extrem große Heterogenität der hierfür möglichen organischen Verbindungen. Die strukturelle Zusammensetzung dieser Kohlenstoff-basierten Verbindungen ist uneinheitlich. Einige typische Verbindungsklassen sind Alkaloide, Alkohole, Aldehyde, Aminosäuren, aromatische Kohlenwasserstoffe, Ester, Lactone, cyclische Ether, Furane, Furanoide, freie Fettsäuren, Flavonole, Glycoside, Ketone, gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Enamin-Ketone, Ketopiperazine, Isoprenoide, Mono-Terpene, Terpene, cyclische Terpene, Triterpene, Triterpenoide, Tetraterpene, Sesquiterpene, Sequiterpenoide, Sterole, Phytosterole, Purinderivate, Phenylpropanoide, Phenole und/oder Hydroxyzimtsäurederivate. Diese Verbindungsklassen können sowohl einzeln als auch in einer beliebigen Zusammensetzung auftreten. Dabei handelt es sich insbesondere um 1,5-octadien- 3-ol, Butanal, Hexanal, Octanal, Nonenal, Nonadineal, Decanal, Dodecanal, Piperonal, Cystein, Cystin, Methionin, Phenantren, Anthracen, Pyren, Benzpyren, 4-hydroxybutansäure, Hexansäureethylester, Cumarin, Maltol, Diacetylfuran, Pentylfuran, Perillen, Rosenfuran, Caprylsäure, Caprinsäure, Hydroxyfettsäuren, Amygdalin, Progoitrin, 2-Heptanon, 2-Nonanon, Decatrienal, 10cten3on, Vinyl- amylketon, 4-(4-Hydroxyphenyl)-butan-2-on), Mycosporin, Diketopiperazin, Humulone und Lupulone (Bittersäuren), Mono-Terpene: Myrcen, Ocimen und Cosmen, Linalool, Myrcenol, Ipsdienol, Neral; Citronellol und Geranial, Citronellal, Mycren, Limonen, Linalool, Nerol, Geraniol, Terpinolen, Terpinen und pCymol, Carvon und Carvenon, Thymol, Dihydroxycarveol, 2Pinen, α und ßPinen, Limonen, Phellandren, Menthan, Campher; Fenchon, Xanthophylline, Bisabolane, Germacrane, Elemane und Humulane, Farnesene, Rotundon, Sterole, Phytosterole; ferner pCresol, Guajacol, Ferulasäure, Lignin, Sinapin, Catechine, Eugenol, Vanillin, 3-Butenylisothiocyanat, 4Petenylisothocyanat, 4-Pentennitril, 5- Hexenitril, Camphen, Dodecan, Cinnamylalkohol, Fenchylalkohol, lR,2S,5R-lsopulegol, 2- Ethylfenchol, Menthol, 4-Hydroxy-3,5-dimethoxybenzylalkohol, (R)-(-)-Lavandulol,
Piperonylalkoholjhujylalkohol, 1,8-Cineol, 4-Ethylguajacol, N-[[(lR,2S,5R)-5-methyl-2-(l- methylethyl)cyclohexyl]carbonyl]-glycinethylester, (lR,2S,5R)-N-cyclopropyl-5-methyl-2- isopropylcyclohexancarboxamid, L-Alanin, Aspartsäure, 2,4-Dimethylthiazol, Lenthionin, (+)-Cedrol, 3-Methylphenol, Anisol, l-Methoxy-4-propylbenzol, 4-Allyl-2,6-dimethoxyphenol, 2,6-Dimethoxy-4- vinylphenol, Ethyl-4-hydroxy-3-methoxybenzylether, Vetiverol, 2-Butylethylether, Ethylgeranylether, Carvacrol, 2-Methylpropanal, Zimtaldehyd, p-Toluolaldehyd, 2-Methylbutyraldehyd, Salicylaldehyd, Essigsäure, Milchsäure, 3-Methyl buttersäure, Hexansäure, I-Apfelsäure und/oder Anethol. Diese Verbindungen können sowohl einzeln als auch in einer beliebigen Zusammensetzung vorkommen.
Pflanzenfarbpigmente und Farbstoffe
Unter dem Begriff Farbstoffe sind zusammengefasst organische Verbindungen, die in Ausgangsmate- rialien biogener Herkunft typischerweise in unterschiedlichen Quantitäten und Zusammensetzungen nebeneinander vorkommen. Unter dem Begriff „Pflanzenfarbstoffe" werden hierin alle farbgeben- den Verbindungen zusammengefasst. Der dominanteste und mit Abstand in der größten Quantität in Pflanzenölen vorkommende Farbstoff bildet die Gruppe der Chlorophylle sowie ihrer Degradierungs- produkte, wie Pheophyline, Chlorophyllide, Pheophorbide, Phyropheophytine, Chlorine, Rhodine und Purpurine. Daneben kommen aber auch Verbindungen vor, die unter der Gruppe der Carotine oder Carotinoide zusammengefasst werden. Daneben werden aber auch andere Verbindungsklassen, wie die der Flavonoide, Curcumine, Anthrocyane, Betaine, Xanthophylle, zu denen auch Carotine und Lutein zählen, Indigo, Kampnerol und Xantophylline, wie Neoxanthin oder Zeaxanthin, vor. Diese Farbstoffe können in unterschiedlichen Mengenverhältnissen in den Lipidphasen vorliegen.
Phospholipide
Unter dem Begriff "Phospholipide", wie hierin verwendet, zählen amphiphile Lipide, die eine Phosphatgruppe enthalten und entweder zu den Phosphoglyceriden oder zu den Phosphosphingolipiden gehören. Ferner saure Glycoglycerolipide, wie z. B. Sulfoquinovosyl-diacylglycerin oder Sulfoquinovosyldiacylglycerin. "Phosphoglyceride" (auch als Glycerophos-pholipide oder Phosphoglycerolipide bezeichnet) bestehen aus einem Diacylglycerid, dessen verbleibende endständige Hydroxy-Gruppe an einen Phosphatrest gebunden ist, welcher entweder nicht weiter modifiziert ist (Phosphatidsäure) oder mit einem Alkohol verestert ist. Die häufigsten Vertreter der letzteren Gruppe sind Phosphatidylcholine (auch als Lecithine bezeichnet), Phosphatidylethanolamine und Phosphatidylserine. "Glycophosphatidylinositole" sind Verbindungen, die saccharidglycosidisch an die Inositol-Gruppe von Phosphatidylinositolen gebunden sind.
Glvcolipide
Unter dem Begriff "Glycolipid", wie hierin verwendet, sind Verbindungen zusammengefasst, in denen ein oder mehrere Monosaccharid-Rest(e) über eine glycosidische Bindung mit einem hydrophoben Acylrest verbunden sind.
Glycoglycerolipide
Unter dem Begriff Glycoglycerolipide hierin versteht man sowohl Phosphoglycosphingolipide, als auch Phosphonoglycosphingolipide, als auch Glycosphingolipide, ferner Sulfoglycosphingolipide, ferner Sialoglycosphingolipide, sowie Mono-, Oligo-, und Polyglycosylsphingoide und Mono-, Oligo-, und Polyglycosylceramide. Weitere Beispiele sind Rhamnolipide, Sophorlipide, Trehalose-Lipide und Lipopolysaccharide.
Restfeuchtegehalt
Der Restfeuchtegehalt wird ermittelt durch die Bestimmung des Differenzgewichtes einer Ausgangsmessung und einer Messung nach vollständiger Trocknung in einem Vakuumofen. Der bestimmte Wert wird in Relation zum Ausgangsgewicht gesetzt und wird als prozentualer Anteil angegeben. Alternativ können automatisierte Verfahren zur Bestimmung der Feuchte verwandt werden. Geklärte Wasserphase
Unter einer„geklärten Wasserphase" oder„geklärte Prozesswasserphase" wird hierin verstanden, die Wasserphase, die erhalten wird, nach einer erfindungsgemäßen Kondensation/Aggregation/ Komplexierung von organischen und/oder anorganischen Bestandteilen sowie deren Abtrennung. Der Begriff „geklärt" steht dabei für eine optisch klare Lösung, in der sich keine oder nur vereinzelt Schwebstoffe befinden. Dies ist quantifizierbar, z.B. durch eine Trübungsmessung, wobei ein Wert von 20 FTU nicht überschritten wird. Der Begriff„geklärt" beinhaltet aber auch eine Entfernung von gelösten organischen Verbindungen. Verfahren, mit denen eine Quantifizierung noch hierin befindlicher organischer Verbindungen möglich ist, sind z.B. die HPLC und/oder MS.
Gereinigte Wasserphase
Unter einer„gereinigten Wasserphase" wird hierin verstanden, eine geklärte Wasserphase oder geklärte Prozesswasserphase, wie hierin definiert, bei der eine Abreicherung von hierin enthaltenen organischen und/oder anorganischen Verbindungen auf < 0,5 Gew% erreicht worden ist. Dies kann beispielsweise überprüft werden durch eine Elementaranalyse (z. B. ICP) oder Atomabsorptions- Spektroskopie eines Trocknungsrückstandes.
Prozessökomisch
Der Begriff "prozessökonomisch", wie hierin verwendet, bedeutet, dass durch die Verfahrensdurchführung/Verfahrensführung, ökonomische Vorteile gegenüber einer anderen Prozessduchführung bestehen und quantifizierbar sind. Dabei können die ökonomischen Vorteile verschiedene Bereiche Ökonomiebereiche betreffen, die sich überlappen und summieren zu einer Gesamtprozessökonomie.
Die erfinderische Prozessökonomie wird durch einen oder mehrere der Verfahrensschritte, die die Verwertung/Verwertbarkeit von Ressourcen und/oder den Energiebedarf und/oder die Vermeidung von Umweltbelastungen und/oder die Verfahrenskosten betreffen, gewährleistet und betrifft damit die folgenden Ökonomiebereiche, ohne sich hierauf zu beschränken:
Rohmaterialökonomie - beispielsweise können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sämtliche Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials als Wertstofffraktionen erhalten werden.
Energieökonomie - beispielsweise können die erfindungsgemäßen Verfahren bei Raumtemperatur ausgeführt werden.
Umweltökonomie - beispielsweise können mit den Verfahrensausführungen in besonders vorteilhaf- ter Weise die wässrigen Prozessphasen vollständig wiederverwendet werden, sodass die Menge an Frischwasser sowie von Abwasser sich gegenüber einem Verfahren, das nicht erfindungsgemäß mit Frischwasser in den verschiedenen Prozessstufen durchgeführt wird, erheblich (> 50 Vol%) geringer ist und keine Abwässer mit organischen Belastungen anfallen, was bei einer nicht erfindungsgemäßen Verfahrensdurchführung der Fall ist.
Produktionskostenökonomie - beispielsweise kommt es durch eine erfindungsgemäße Verfahrensdurchführung es zu einer Reduktion, der hierfür erforderlichen Aufschlussverbindungen und von Frisch- und Abwasser gegenüber einer nicht erfindungsgemäßen Verfahrensausführung, sodass sich die Gesamtverfahrenskosten um > 15 % reduzieren. Darüber hinaus gewährleitet das Verfahren durch die Wiederverwendung von Prozesswasserphasen eine verbesserte Produktqualität erhaltbarer Produkte.
Dabei erlangt das Verfahren seine prozessökonomischen Vorteile insbesondere durch die Prozessführung unter Wiederverwendung, insbesondere unter beliebig häufiger Wiederverwendung, einer erhaltenen geklärten wässrigen Phase. Dabei ist insbesondere der Aspekt "prozessökonomisch", dass bei dem erfindungsgemäßen Prozess keine Abwässer, d.h. keine wässigen Phasen als Abfall bzw. keine wässrigen Abwässer anfallen, was insbesondere bei dem recht großen Volumen an erfindungsgemäß eingesetzten wässrigen Lösungen einen deutlichen Verfahrensvorteil vor allem hinsichtlich der Kosten und der Umweltbelastung bringt.
Dekompaktierung
Unter dem Begriff "Dekompaktierung" oder "dekompaktieren" wird verstanden, ein Aufschluss von kompakierten Verbindungen, der dazu führt, dass die zuvor spaltraumfrei miteinander verbundehen Verbindungen, in einem wässrigen Medium voneinander leicht vereinzelbar sind. Methoden
Verfahren zur Bereitstellung von pflanzlichem Ausgangsmaterial.
Entsprechend der unterschiedlichen Herkunft und den Gewinnungsmöglichkeiten der erfindungsgemäß verwendbaren biogenen Ausgangsmaterialien, können diese in unterschiedlicher/m Form und Zustand vorliegen. So kann es sich beispielsweise um ganze/intakte Samen, Körner, Kerne, Nüsse, Gemüse, Früchte, Blüten, Fruchtknoten oder Wurzeln handeln und/oder um ganz oder teilweise aufgeschlossene, aufgebrochene, zerkleinerte, zerriebene, zerquetschte oder gepresste Pflanzenmaterialien und/oder pflanzliche Materialien, bei denen teilweise oder vollständig ein fermentativer oder desintegrativer Prozess, insbesondere durch eine(n) Autolyse/mikrobiellen Abbau/chemischphysikalische Reaktion, stattgefunden hat und/oder es sich um Rückstände aus der landwirtschaftli- chen Produktion /der Nahrungsmittel-Herstellung oder -Verwertung handelt. Die aufgebrochenen, geteilten, zerkleinerten, pulverisierten oder liquidisierten oder gelösten pflanzlichen Ausgangsmaterialien können als zusammenhängende oder vereinzelte Stücke oder kompaktiert, z.B. als Pellets oder Pressmasse oder in einem losen Verbund, wie z. B. Granulate oder Schüttgut oder in vereinzelter Form, wie einem Mehl oder Pulver oder in Form einer Suspension vorliegen. Die Konsistenz, Form und Größe der pflanzlichen Ausgangsprodukte ist prinzipiell unerheblich, bevorzugt sind allerdings zerkleinerte pflanzliche Ausgangsmaterialien, die einen erleichterten Aufschluss zulassen. Bevorzugt sind maximale Durchmesser der verteilbaren Partikel der biogenen Ausgangsmaterialien zwischen 100μmund 100cm, mehr bevorzugt zwischen 0,5 mm und 50cm, weiter bevorzugt zwischen 1mm und 20cm und weiter bevorzugt zwischen 2 mm und 5 cm. Die Form der geeigneten pflanzlichen Ausgangsmaterialien ist beliebig, ebenso wie die Konsistenz, die hart oder weich sein kann oder sie können in einer verflüssigten Form vorliegen. Dabei kann das Ausgangmaterial eine beliebige Temperatur aufweisen, bevorzugt ist ein erwärmtes Ausgangsmaterial, wie es beispielsweise im Anschluss an einen Pressvorgang erhalten wird. Sofern das pflanzliche Ausgangsmaterial nicht die geeigneten Eigenschaften/Voraussetzungen für eine der erfindungsgemäßen Prozessdurchführungen erfüllt, können mit Verfahren, die aus dem Stand der Technik verfügbar sind, diese Bedingungen hergestellt werden. Hierzu gehören insbesondere Verfahren, mit denen ein erfindungsgemäßer Aufschluss des pflanzlichen Ausgangsmaterials ermöglicht und/oder erleichtert werden kann. Hierzu zählen insbesondere mechanische Verfahren, mit denen das pflanzliche Ausgangsmaterial zerkleinert werden kann. Dabei kann es, insbesondere zur Prozessökonomisierung erforderlich sein, ein Pflanzenmaterial zunächst zu zerkleinern und zu trocknen oder zu trocknen und dann zu zerkleinern. In einer Verfahrensausführung wird das zerkleinerte und dann getrocknete pflanzliche Ausgangsmaterial vor dem Prozessschritt 1) auf eine bestimmte Partikelgröße zerkleinert, bevorzugt sind Partikelgrößen zwischen ΙΟμιτι und 2 cm, weiter bevorzugt zwischen 30μιτι und 5mm. In einer Verfahrensausführung werden ligninhaltige Bestandteile der pflanzlichen Ausgangsmaterialien zunächst entfernt. Hierbei kann es sich beispielsweise um Hüllmaterialien der pflanzlichen Ausgangsmaterialien handeln, wie z. B. Häute, Hüllen oder Schalen, wie beispielsweise die von Apfel- oder Traubenkernen. Hierfür sind beispielsweise mechanische Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt. In einer weiteren bevorzugten Verfahrensausführung kann ein Verfahren zur Auf- und/oder Anlösung von Lignin vor Durchführung des Prozessschritts 1) durchgeführt werden. Solche Verfahren sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise als„Kraft-Verfahren". Beispielweise wird ein Abbau oder Aufschluss von Lignin durch Kochen mit einer Lauge erreicht. Eine mechanische Desintegration kann aber auch erst während oder nach dem Verfahrensschritt 2a) erfolgen. Vorteilhaft ist die Verwendung von Schermischern oder Kolloidmühlen.
Die Ausgangsmaterialien werden in ein geeignetes Behältnis, das vorzugsweise von oben befüllt werden kann und einen verschließbaren Auslass an der Unterseite aufweist, gefüllt.
Bevorzugt ist daher ein Verfahren, bei dem pflanzliche Ausgangsmaterialien in einem Behältnis zur zusätzlichen Aufnahme einer Flüssigkeit bereitgestellt werden.
Das Behältnis muss den regulatorischen Bestimmungen für die jeweilige Erzeugnisherstellung genügen. Dies gilt auch für subsequent verwandte Behältnisse, Systemkomponenten und Leitungssysteme. Bevorzugt ist eine Behältnisausführung mit einem konisch verlaufenden Behältnisboden. Bevor- zugt ist eine Mischvorrichtung zur Durchmischung des Behältnisinhaltes. Bevorzugt ist eine Kühl- /Heizvorrichtung des Behältnisse bzw. des Behältnisinhalts. Vorzugsweise wird die Aufschlusslösung in diesem Behältnis z. B. den Pressrückständen-/Mahlprodukten zugesetzt und gemischt sowie für die erforderliche Zeit gelagert. Zur Verwendung für den nächsten Prozessschritt erfolgt der Austrag durch ein Ablassen durch den Bodenablauf.
Methoden zur Zubereitung und Verwendung von Aufschlusslösungen
Die erfindungsgemäßen Aufschlusslösungen werden mit den erfindungsgemäßen Verbindungen zur Ab-/Auftrennung von Konstituenten des Ausgangsmaterials, wie hierin definiert, hergestellt. Hierzu wird/werden eine oder mehrere der Verbindungen in Wasser vollständig gelöst, wobei es sich bei dem Wasser um ein geklärtes oder geklärtes und gereinigtes Prozesswasser, ein vollständig ionen- freies Wasser oder Brunnen- sowie Stadtwasser handeln kann. Für das Lösen kann es erforderlich sein, die Temperatur zu erhöhen und/oder den Mischvorgang bis zu 2 Tagen fortzusetzen. Vorzugsweise stellt sich ein pH der Lösung Aminosäuren oder Peptide im Bereich von 7,5 bis 13,5, mehr bevorzugt zwischen 8 und 13 und weiter bevorzugt zwischen 8,5 und 12,5 ein. Dies ist insbesondere gegeben, bei Verwendung von kationischen Aminosäuren/Peptiden. In einer Ausführungsform kann der pH durch die Zugabe einer Säure oder einer Base auf einen beliebigen pH-Bereich zwischen 7,5 und 13,5 eingestellt werden. Dabei können Säuren und Basen, die im Stand der Technik bekannt sind, verwendet werden.
Den Lösungen können Zusatzstoffe hinzugegeben werden, die den Aufschluss und die Gewinnung von cellulose-basierten Fasern verbessern oder beschleunigen oder andere Bestandteile des Aus- gangsmaterials desintegrieren und/oder lösen. Derartige Verbindungen umfassen die folgenden Verbindungen, ohne hierauf beschränkt zu sein, wie beispielsweise: Harnstoff, NH3, Triethylamin; ioni- sehe oder nicht-ionische Tenside, wie SDS oder DMSO; Antioxidantien oder NaS03, Natriumbisulit oder NaS04. Diese Verbindungen können einzeln oder kombiniert, in einer Konzentration zwischen 0,01Gew% und 50 Gew%, in der Aufschlusslösung vorliegen.
Ferner können die erfindungsgemäßen Aufschlusslösungen mit Zusätzen versehen werden, die ins- besondere die Löslichkeit bestimmten Verbindungen des Ausgangsmaterials verbessern, hierzu gehören u.a. Alkohole, Fettalkohole, Fettsäureester oder Lactone.
Die Aufschlusslösungen können in einer beliebigen Temperatur hergestellt und dem Ausgangsmaterial im Prozessschritt 2a), bzw. 2) und, wenn erforderlich auch noch im Prozessschritt 2b), hinzugegeben werden. Die Applikation kann tröpfchen-, tropfen- oder strahlweise, kontinuierlich oder diskon- tinuierlich zu, in und/oder auf das Ausgangsmaterial erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt dies unter Luftausschluss und/oder Schutzgasbedingungen. Die Applikation erfolgt, indem eine hergestellte Aufschlusslösung aus einem Vorratsbehälter über eine Zuleitung in einer einstellbaren Menge dem Ausgangsmaterial zugeführt wird.
Verfahren zur Desintegration von Ausgangsmaterial.
Für die Durchführung der erfindungsgemäßen Ab-/Auftrennung von Konstituenten des Ausgangsmaterials ist es erforderlich, dass die erfindungsgemäßen Verbindungen zur Ab-/Auftrennung der Konstituenten das Ausgangsmaterial vollständig durchdringen und im Anschluss zumindest an den Grenzflächen die Konstituenten in einem hydratisierten Zustand vorliegen. Hierzu ist eine Durchdringbarkeit der wässrigen Aufschlusslösung erforderlich. Im Falle einer ungenügenden Durchdringbarkeit kann ein mechanisches und/oder physiko-chemisches Desintegrationsverfahren angewendet werden. Während mechanische Desintegrationsverfahren vorzugsweise vor oder zum Zeitpunkt des Verfahrensschritts 1 erfolgen sollten, kann in einer bevorzugten Verfahrensausführung die physiko-chemische Desintegration in dem Verfahrensschritt 2a) bzw. 2) erfolgen. Bevorzugt hierbei ist eine thermische Desintegration. Hierzu bevorzugt ist eine Temperatur von vorzugsweise 80C° bis 150°C, mehr bevorzugt zwischen 90°C und 140 °C und weiter bevorzugt zwischen 99 °C und 121°C. Bevorzugt ist eine Druckbeaufschlagung, die gleichzeitig mit der Erhitzung erfolgt, bevorzugt ist die Verwendung eines Autoklaven zur gleichzeitigen Erhitzung und Druckbeaufschlagung. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Aufschlusslösungen, die in den Verfahrensschritten 2a), 2b) bzw. 2) verwendet werden, für die Desintegration des Ausgangmaterials verwen- det, bevorzugt ist die Verwendung von Aminosäure- und/oder Peptid-Lösungen für eine Desintegration, bei einer mechanischen und/oder physiko-chemischen Desintegration des Ausgangsmaterials. Bevorzugt ist eine Lösung, enthaltend gelöste kationische Aminosäuren und/oder Derivate, die mindestens eine Guanidino- und/oder Amidinogruppe enthalten, zur physiko-chemischen Desintegration von Ausgangsmaterial. Besonders bevorzugt ist eine Lösung, enthaltend Arginin und/oder Arginiderivate in gelöster Form, zur thermischen Desintegration von Ausgangsmaterialien. Ferner bevorzugt ist eine Aufschlusslösung in der mindesten eine Verbindung umfassend Harnstoff, NH3, Triethylamin; ionische oder nicht-ionische Tenside, wie SDS oder DMSO, oder NaS03 oder Natriumbisulit enthält.
Bevorzugt ist eine Desintegration von Ausgangsmaterialien mit einer Lösung gelöster Aminosäuren- und/oder Peptide. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind. Prinzipiell ist eine thermische Desintegration vorteilhaft, wenn der pflanzliche Ausgangsstoff einen hohen Wasseranteil aufweist, wie bei frischen Früchten und Gemüsen. Eine mechanische Desintegration ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die pflanzlichen Ausgangsstoffe einen geringen Wasseranteil haben und/oder in Hüllen/Schalen eingeschlossen sind, die wasserundurchlässig sind. Ferner ist ein mechanisches Verfahren vorzuziehen, wenn zunächst eine andere Fraktion des pflanzlichen Ausgangsmaterials, wie z. B. Öl, aus diesem entfernt werden soll.
In einer bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt bei pflanzlichen Rohstoffen eine Desintegration, indem der Rohstoff ganz, in Teilen oder mechanisch zerkleinert, in ein Wasserbad eingelegt wird und eine Erhitzung solange erfolgt, bis dieser so weich ist, dass er durch eine leichte Krafteinwirkung, z. B. durch Zerdrücken mit den Fingern, zu einer breiartigen oder flüssigen Phase zerfällt. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn infolge des unterschiedlichen Festigkeitsgrades verschiedener Strukturen, sich im Anschluss an eine der vorgenannten Desinterationsformen, die unterschiedlichen Strukturen, wie beispielsweise das Mesosperm und die Schale, als Schichten sehr leicht voneinander differenzieren und mechanisch trennen lassen. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Erhit- zung zusammen mit einer Druckerhöhung in einem Autoklaven. In einer bevorzugten Ausführungsform werden vor und/oder nach einer Desintegration des pflanzlichen Ausgangsmaterials pflanzliche Hüllmaterialien entfernt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Desintegration des pflanzlichen Ausgangmaterials durch Einlegen in eine der erfindungsgemäßen wässrigen Lösungen, enthaltend eine erfindungsgemäße wässrige Aufschlusslösung. Dabei kann prinzipiell das Volumen- bzw. Gewichtsverhältnis frei gewählt werden, es ist allerdings vorteilhaft, wenn das pflanzliche Ausgangsmaterial vollständig von der Aufschlusslösung benetzt wird. Die Dauer der Exposition mit der Aufschlusslösung hängt von den eingesetzten pflanzlichen Ausgangsmaterialien ab. Bevorzugt ist eine Dauer zwischen 1 Minute und 48 Stunden, weiter bevorzugt zwischen 10 Minuten und 14 Stunden und weiter bevor- zugt zwischen 20 Minuten und 6 Stunden. Die Temperatur bei der die Exposition des pflanzlichen Ausgangsmaterials mit den wässrigen Aufschlusslösungen erfolgt, ist prinzipiell frei wählbar. Bevorzugt ist eine Temperatur zwischen 5° und 140°C, weiter bevorzugt zwischen 10° und 120°C und weiter bevorzugt zwischen 15° und 90°C. Weiter bevorzugt ist eine zuvorige und/oder gleichzeitige und/oder nachträgliche Behandlung des pflanzlichen Ausgangsmaterials mit Verbindungen, die eine Desintegration bzw. chemische Reaktion von Ligninverbindungen bewirken. Bevorzugt ist die Verwendung von Sulfit und Sulfatverbindungen. Besonders bevorzugt ist Natriumbisulfit.
Methoden zur Durchführung des Verfahrensschritts 2a): Versetzen des pflanzlichen Ausgangsmaterials des Schritts 1 mit einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide zur Ab-/Auftrennung der Konstituenten des Ausgangsmaterials.
In diesem Verfahrensschritt muss die Benetzung der Oberflächen der Konstituenten innerhalb des vorzugsweise biogenen Ausgangsmaterials gewährleistet werden. D. h., dass auch die Konstituenten die in einem kompaktierten Verbund vorliegen, benetzt und damit hydratisiert werden. In der bevorzugten ökonomischen Verfahrensausführung erfolgt die Verwendung der Verbindungen zur Ab- /Auftrennung von Konstituenten eines trocknen Ausgangsmaterials, indem nur die minimal erforder- liehe Flüssigkeitsmenge der Aufschlusslösung dosiert wird, die eine vollständige Durchtränkung des Ausgangsmaterials gewährleistet. Dies kann beispielsweise überprüft werden durch die Bestimmung des Feuchtegehalts, der bei einer vollständigen Durchdringung vorzugsweise > 20 Gew% beträgt. Ferner kann eine Durchfeuchtung beispielsweise visuell, z. B. durch eine Änderung der Farbe oder analytisch, z.B. durch Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, erkannt werden. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Dosierung eines Volumens der Aufschlusslösung zu dem Aus- gangsmaterial, die eine vollständige Quellung des Ausgangsmaterials bewerkstelligt. Eine vollständige Quellung kann beispielsweise daran erkannt werden, dass das gequollene Material keine weitere Wassermenge mehr binden kann, erkenntlich dadurch, dass eine weitere Zugabe von Wasser zu keiner weiteren Volumenzunahme des gequollenen homogenen Materials führt und bei einer Zentrifugation (2.000g) sich nur minimale freie flüssige Phase separiert. Eine Prüfung, ob eine weitere Wasserbindung möglich ist, kann erfolgen, indem einer Probe des gequollenen Materials, deren Masse bestimmt wird, eine 0,3molare Lösung der Aminosäure-und/oder Peptidlösung in kleinen Volumeneinheiten hinzugegeben wird. Sofern sich eine freie Wasserphase ausbildet, ist der Quellungsvorgang abgeschlossen, andernfalls ist die Zugabe der eingesetzten Aminosäure- und/oder Peptidlösung zu dem Gemisch fortzusetzen.
Das Volumen der wässrigen Lösungen, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, wird in einem Massenverhältnis von 0,5:1 bis 10:1, mehr bevorzugt zwischen 1:1 und 8:1 und weiter bevorzugt zwischen 1,2:1 und 4:1 dem Ausgangsmaterial zugesetzt. Bevorzugt ist eine Verfahrensausführung bei einer Temperatur zwischen 6 und 90°C, weiter bevorzugt zwischen 10 und 60°C und weiter bevorzugt zwischen 18 und 40°C.
Eine Beaufschlagung mit den wässrigen Lösungen kann mit Verfahren aus dem Stand der Technik erfolgen. Geeignete Behältnisse, in denen die Kontaktierung diese Verfahrensschritt ausgeführt wird, sind Reaktionscontainer, die offen oder verschließbar oder beheizbar sind und vorzugsweise eine Rühr- oder Mischvorrichtung aufweisen, wie beispielsweise ein Rührkessel, die eine vollständige Umwälzung des Mischgutes ermöglicht. Der Eintrag der wässrigen Aufschlusslösung erfolgt kontinu- ierlich oder diskontinuierlich, bis in einer repräsentativen Probe eine vollständige Durchtränkung festgestellt wird. In einer anderen Verfahrensausführung wird das Ausgangsmaterial auf einem Förderband oder einem Fördersiebband verteilt und das verteilte Ausgangsmaterial mit der wässrigen Lösung besprüht und hierdurch durchtränkt.
Die Dauer der Durchdringungsphase hängt naturgemäß von der Art und Beschaffenheit des Aus- gangsmaterials ab. Bevorzugt ist eine Dauer zwischen 5 Minuten und 24 Stunden, mehr bevorzugt zwischen 10 Minuten und 12 Stunden und weiter bevorzugt zwischen 20 Minuten und 6 Stunden. Mit einem einfachen Testverfahren lässt sich bestimmen, ob ein Gemisch dieser Prozessschritt geeignet ist für eine Zuführung zu dem nächsten Prozessschritt. Herzu wird eine repräsentative Probe aus dem Gemisch entnommen und in Wasser (25°C) in einem Massenverhältnis von 1:20 gegeben und für 2 Minuten mit 200 rpm agitiert. Anschließend wird die gesamte Suspension filtriert (Siebmaß ΙΟΟμιτι). Der Siebrückstand wird visuell oder mikroskopische auf das Vorliegen von Aggregaten aus Konstituenten des biogenen Ausgangsmaterials untersucht. Liegen keine Aggregate vor, so ist eine ausreichende Ab-/Auftrennung der Konstituenten des Ausgangsmaterials erfolgt und der Prozessschritt ist abgeschlossen.
In einer Verfahrensvariante erfolgt die Durchtränkung des Ausgangsmaterials mit einer der Aufschlusslösungen während der Anwendung eines der Desintegrationsverfahren oder unmittelbar im Anschluss hieran. Diese Verfahrensvariante ist insbesondere bei Ausgangsmaterialien mit einem hohen Wassergehalt, wie bei rohen Gemüsen, Knollen oder Wurzeln, vorteilhaft. In einer Verfahrensvariante erfolgt die Durchtränkung unmittelbar zusammen mit Verbindungen, die eine Desintegration des pflanzlichen Ausgangsmaterials ermöglichen/beschleunigen. Dies kann auch dann der Fall sein, wenn beispielsweise die wässrige Aufschlusslösung zur Desintegration in einem thermischen Verfahren verwandt wird. Hierbei findet im Rahmen der Desintegration auch eine Durchtränkung des Pflanzenmaterials mit den Verbindungen der Aufschlusslösung statt. In einer bevorzugten Verfahrensvariante erfolgt die Desintegration und Durchtränkung unter Unter- oder Überdruckbedingungen in einem hierfür geeigneten Behältnis. Bevorzugt ist die Anlage eines Drucks von lmbar bis 50 bar, mehr bevorzugt von lOmbar bis 10 bar und weiter bevorzugt von lOOmbar bis 5 bar. Prinzipiell kann die Durchtränkung bei einer beliebigen Temperatur erfolgen. Bevorzugt ist eine gleichzeitig stattfindende Erwärmung des Ausgangsmaterials, um den Durchtränkungsprozess zu beschleunigen. Daher ist bevorzugt, den Prozessschritt bei einer Temperatur zwischen 5 und 150°C, mehr bevorzugt zwischen 8° und 140°C, weiter bevorzugt zwischen 10° und 120°C und weiter bevorzugt zwischen 15° und 90°C durchzuführen. Bevorzugt ist, den Verfahrensschritt unter gleichzeitiger Temperaturerhöhung und Unter- oder Überdruckbeaufschlagung durchzuführen. Die bevorzugte Dauer des Verfahrensschrittes hängt von der Durchdringbarkeit und dem Aufschlussgrad einer erfolgten Desintegration ab. Bevorzugt ist eine Dauer zwischen 10 Sekunden und 10 Tagen, weiter bevorzugt zwischen 1 Minute und 2 Tagen, weiter bevorzugt zwischen 10 Minuten und 24 Stunden, noch weiter bevorzugt zwischen 15 Minuten und 8 Stunden und am meisten bevorzugt zwischen 20 Minuten und 4 Stunden.
Die Vollständigkeit einer Desintegration und Durchdringung kann sehr einfach dadurch überprüft werden, indem eine beispielsweise 1 ml Probe des aufgeschlossenen Pflanzenmaterials in 1.000ml Wasser suspendiert und mit einem Magnetrührer für 10 Minuten bei einer Umdrehungsfrequenz von 300/Min. agitiert wird. Sofern nach Stoppen der Agitation mit dem bloßen Auge erkennbare Faser- Stoffe mit einer langsamen Sedimentationstendenz sichtbar sind und gleichzeitig im Siebrückstand der Suspension ggf. vorhandene Schalenteile oder andere solide Konstituenten, wie Stärkekörner oder Fragmente dieser ohne erkennbare Anhaftungen vorliegen neben den vereinzelbaren cellulose- basierten Fasern, ist die Dauer der Desintegrations- und Durchtränkungs-phase ausreichend.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Separation von Konstituenten eines pflanzlichen Ausgangsmaterials, bei dem gleichzeitig eine Desintegration und Durchdringung mit einer wässrigen Aufschlusslösung erfolgt.
Methoden zur Durchführung des Verfahrensschritts 2b): Bereitstellung eines wässrigen Verteilungsvolumen und Verteilung der ab-/aufgetrennten Konstituenten aus Schritt 2a).
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ab-/Auftrennungsgemisch des Prozessschritts 2a) in Wasser gelöst, um die ab-/aufgetrennten löslichen Konstituenten vollständig zu hydratisieren, wodurch sie in vereinzelbarer Form und ohne Anhaftungen von anderen Konstituenten vorliegen. Hierzu kann geklärtes Prozesswasser subsequenter Verfahrensschritte verwandt werden oder entionisiertes oder nicht weiter behandeltes Stadt- oder Brunnenwasser.
Die Ermittlung des Wasservolumens, das ausreichend groß ist, um in der Verteilungsphase eine voll- ständige Hydratisierung der löslichen Konstituenten zu ermöglichen, die eine Vereinzelbarkeit der gelösten und unlöslichen Konstituenten des Ausgangsmaterials gewährleistet, erfolgt vorzugsweise, indem mit einer Probe des vorherigen Prozessschritts (z.B. 10g des Ab-/Auftrennungsgemisches) eine Verdünngungsreihe hergestellt wird. Nach einer Rührphase von 3 Minuten erfolgt die Filtration (Siebmaß ΙΟΟμιτι) der Suspension. Der Filterrückstand wird analysiert (visuell oder mikroskopisch) auf Anlagerungen/Anhaftungen von löslichen und mit Wasser abspülbaren Verbindungen. Dem Filt- rat wird dann eine geeignete Lösung eines Kondensierungsmittels in ansteigender Dosierung hinzugemischt. Ein ausreichend großes Verteilungsvolumen liegt vor, wenn sowohl keine Anlagerungen/Anhaftungen an den soliden Konstituenten des Ausgangsmaterials, die sich im Filterrückstand befinden, vorliegen und eine vollständig ablaufende Kondensation und/oder Aggregation und/oder Komplexierung der gelösten löslichen Konstituenten, die in dem Verteilungsgemisch vorliegen, er- folgt.
Bevorzugt ist ein Verhältnis des Wasservolumens zur Trockenmasse des Ausgangsproduktes von 5:1 bis 500:1, mehr bevorzugt von 10:1 bis 150:1 und weiter bevorzugt von 15:1 bis 50:1. Die Art der Einbringung bzw. in Kontaktbringung des Ab-/Auftrennungsgemisches und der Wasserphase dieses Prozessschritts ist beliebig. Bevorzugt ist ein Eintrag, der mittels eines Hochleistungsschermischers oder einem anderen Intensivmischer, zusammen mit der Wasserphase erfolgt. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, da hierdurch eine unmittelbare Hydratisierung und Vereinzelung erfolgen kann. Die separierten Fasern enthalten Proteine in relevanten Mengen. Bisher wurde kein Verfahren vorgeschlagen, um die in den soliden Feststoffen, wie cellulose-basierte Fasern und lignin-reiche Fasern, eingeschlossenen Proteine ebenfalls gewinnbar zu machen. Dies wird ermöglicht durch das hierin beschriebene Verfahren, bei dem in Schritt 2b) eine Verteilung vorgenommen wird, bei der mittels einem Intensivmischverfahren die in den Fasern gelöst/hydratisiert vorliegenden Proteine und ggf. vorliegenden löslichen Kohlenhydrate in die Wasserverteilungsphase herausgespült werden. Daher ist dieser Verfahrensschritt von besonderer Bedeutung. Ferner bevorzugt sind Rührvorrichtungen, die einen turbulenten Fluss bedingen, wie Propeller- oder Düsenstrahlmischer. Der Verteilungspro- zess kann kontinuierlich oder diskontinuierlich sowie bei einer beliebigen Temperatur erfolgen, bevorzugt ist ein Temperaturbereich der wässrigen Suspension zwischen 6° und 90°C, weiter bevorzugt zwischen 10° und 60°C und weiter bevorzugt zwischen 18° und 40°C. Die Dauer des Verteilungsprozesses ist beliebig, bevorzugt ist eine Dauer von 1 Minute bis 24 Stunden, mehr bevorzugt von 5 Minuten bis 5 Stunden und weiter bevorzugt von 10 Minuten bis 1 Stunde.
Der Verteilungsprozess ist ausreichend und abgeschlossen, wenn es bei einer repräsentativen Probe, die dem Verteilungsgemisch entnommen wird und anschließend durch ein grobes (Maschenweite 1mm) und durch ein feines Sieb (Siebmaß ΙΟΟμιτι) filtriert wird und im Filterrückstand mikroskopisch oder visuell keine sichtbaren Aggregate von verschiedenen Konstituenten der pflanzlichen Ausgangsmaterialien zu erkennen sind. Die erfolgreiche Verteilung der Konstituenten des Ausgangsma- terials kann auch daran erkannt werden, indem eine Probe des Verteilungsgemisches in einen Messzylinder gefüllt wird und es innerhalb kurzer Zeit zur Separation von 3 Phasen oder im Falle der Anwesenheit von Lipiden von 4 gut gegeneinander unterscheidbaren Phasen kommt. Die hierfür erforderliche Zeit sollte 4 Stunden nicht übersteigen.
Weiterhin erfindungsgemäß ist eine Kontrolle und optionale Adjustierung des pH der Verteilungslö- sung. Dies kann mit Laugen oder Säuren aus dem Stand der Technik erfolgen, bevorzugte Säuren sind HCL oder Ameisensäure, bevorzugte Basen sind NaOH oder Harnstoff. Bevorzugt ist ein pH der Ver- teilungslösung zwischen 6,5 und 13,5, mehr bevorzugt zwischen 7,0 und 12,5 und weiter bevorzugt zwischen 7,5 und 11.
Das Wasservolumen, das zur erfindungsgemäßen Durchführung der folgenden Prozessschritte erforderlich ist, wird in einen geeigneten Behälter bereitgestellt.
Methoden zur Durchführung des Prozessschritts 2:
In einer bevorzugten Ausführungsart wird das aufzuschließende Ausgangsmaterial mit einem Volumen der wässrigen Aufschlusslösung in Kontakt gebracht, das gleichzeitig eine ausreichende Konzentration der Aufschlussverbindungen enthält, um eine erfindungsgemäße Ab-/Auftrennung der Konstituenten des Ausgangsmaterials zu gewährleisten und andererseits eine erfindungsgemäße Verteilung der gelösten Konstituenten in dem Wasservolumen ermöglicht. Eine Überprüfung, ob dieses Kriterium erfüllt ist, kann mit einem den zuvor und im Folgenden beschriebenen Verfahren erfolgen. Die bevorzugten Bereiche der Prozessparameter, in denen das Verfahren bevorzugt ausgeführt wird, sind ansonsten identisch mit denen, die hier für die Durchführung der Verfahrensschritte 2a) und 2b) beschrieben sind.
Methoden zur Durchführung des Verfahrensschritts 3: Separation solider Feststoffe aus dem Verteilungsgemisch des Schritts 2b bzw. 2 unter Erhalt einer faserfreien wässrigen Lösung gelöster Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials.
Methoden zur Durchführung des Prozessschritts 3:
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgt in der Verfahrensschritt 3) eine Separation solider Feststoffe aus dem Verteilungsgemisch der Prozessschritt 2b) bzw. 2). Dies kann mit bekannten Verfahren zur Fest-/Flüssigtrennung erfolgen. Bevorzugt sind Filtertechniken, die insbesondere geeignet sind, um eine hohe Konzentration an kleinen Faserstoffen bei einem großen Durchsatzvolumen abzutrennen. Besonders geeignet hierfür sind Siebvorrichtungen, die gleichzeitig eine Agitation des Filtermediums und/oder des Abtrenngemisches, z. B. in Form von Vibration oder einem raschen Überströmen einer Sieboberfläche, beinhaltet. Bevorzugt ist es, ein 2- oder mehrstufiges Siebverfahren durchzuführen, da sich hierdurch zum einen unterschiedliche unlösliche Konstituenten, die im Verteilungsgemisch vorliegen, voneinander separieren lassen und zum anderen gewährleistet werden kann, dass keine oder praktisch keine Partikel, die größer sind, als ein vordefiniertes Maß, in das Filtrat dieser Prozessschritt gelangen. Ferner geeignet sind Bogensiebvorrichtun- gen, Bandfilter oder Kammerfilterpressen, ferner Siebdekanter, aber auch zentrifugale Verfahren, wie Zentrifugen oder Dekanter. Daher ist bevorzugt, eine Vorsiebung mit einem Grobsieb, eine Feinfilterung mit einem Feinsieb und eine Feinstfiltration mit einem Feinstsieb vorzunehmen. Ein Grobsieb hat vorzugsweise ein Siebmaß von 1,0 bis 4,0mm, mehr bevorzugt von 1,1 bis 2,5mm und weiter bevorzugt von 1,2 bis 2,0 mm. Ein bevorzugtes Feinsieb hat ein Siebmaß von 80 bis 250μιτι, mehr bevorzugt von 90 bis 180μιτι und weiter bevorzugt von 100 bis 160μιτι. Ein Feinstsieb hat bevorzugt ein Siebmaß von 5 bis 80μιτι, mehr bevorzugt von 10 bis 60μιτι und weiter bevorzugt von 15 bis 30μιτι. Je nach Konsistenz des Siebrückstandes oder des Zentrats bei zentrifugalen Verfahren, kann eine hierin enthaltene Restwassermenge weiter reduziert werden, z. B. mit einer Sieb- Pressvorrichtung oder Schneckenpresse. Bevorzugt ist eine Restfeuchte des Siebrückstandes von vorzugsweise < 80 Gew%, weiter bevorzugt < 60 Gew% und weiter bevorzugt < 40 Gew%. Die bevorzugten erfindungsgemäßen Prozessbedingungen sind dann erfüllt, wenn die in einem Filterrückstand erhaltenen soliden Konstituenten frei oder nahezu frei von löslichen Konstituenten des pflanzlichen Ausgangsmaterials sind und sich in Wasser leicht vereinzeln lassen. Ferner ist erfindungsgemäß, die filtrierten soliden Konstituenten in einer sehr kondensierten und damit transpor- tablen Form zu erhalten. Mit diesem Verfahrensschritt wird eine faserfreie oder nahezu vollständig faserfreie Lösung erhalten, die vorzugsweise > 98 Gew%, mehr bevorzugt > 99 Gew% und am meisten bevorzugt > 99,5 Gew% der Masse an Proteinen enthält, die ursprünglich im Ausgangsmaterial vorlag. Nahezu vollständig faser-frei bedeutet hierbei > 98 Gew%. Dies lässt sich überprüfen durch beispielsweise ein Faserdurchflussmessgerät (FiberLab, Valmet). Der Begriff „solider Feststoff" be- schreibt hierin Raumgebilde, die einen Filter mit einem Siebmaß von ΙΟμιτι nicht passieren.
Die übrigen Prozessbedingungen, wie Temperatur, Dauer der Abtrennung, Durchflussrate, ect, können frei gewählt werden. Das Filtrat und der Sieb-, bzw. Pressrückstand der jeweils einen oder mehreren Rückstandsfraktionen werden in separaten und hierfür geeigneten Behältnissen aufgefangen bzw. in diese eingeleitet.
Verfahren zur Durchführung des Verfahrensschritts 4): Kondensierung/Aggregation/Komplexierung der gelösten Konstituenten der wässrigen Lösung des Schritts 3), unter Erhalt einer wässrigen Phase, enthaltend kondensierte lösliche Konstituenten des Ausgangsmaterials.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt in diesem Verfahrensschritt eine Kondensation und/oder Aggregation und/oder Komplexierung der gelösten Proteine und/oder anderer gelöster organischer und/oder anorganischer Verbindungen des Filtrats des zuvorigen Prozessschritts. Ziel dieses Kondensierungsprozesses ist es, einen Zusammenschluss von gelösten bzw. hydratisierten Konstituenten und hierbei insbesondere der Proteine zu bewerkstelligen, unter Ausbildung einer kondensierten Phase/Masse, die sich mittels bekannter Trenntechniken separieren und möglichst wasserarm gewonnen werden kann. Bevorzugt ist ein Zusatz eines oder mehrerer geeigneten(r) Kon- densierungsmittels(n). Geeignete Kondensierungsmittel sind beispielsweise Säuren, hierunter bevorzugt organischen Säuren, wie beispielsweise Essigsäure, Ascorbinsäure, Zitronensäure, Milchsäure, Apfelsäure, aber auch anorganische Säuren, wie Phosphorsäure, ferner Salze, wie beispielsweise NaCI, KCl, MgCI2, CaCI2 oder NaS04, AICI2, ferner Komplexbildner, wie beispielsweise EDTA aber auch Adsorptionsmittel, wie Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Kaolin oder andere Tonmineralien. Wei- terhin bevorzugt sind lösliche zweiwertige Kationen, bevorzugt von Aluminium-, Calcium- und Magnesium-Salzen. Ferner sind Kombinationen der hierin aufgeführten Kondensierungsmittel vorteilhaft, wie z. B. eine Kombination aus Zitronensäure und Aluminiumchlorid. Ferner bevorzugt sind Carbona- te, wie Na-Carbonat, Na-Hydrogencarbonat oder Kalzium-Carbonat. Ferner Silikatverbindungen, besonders Na-Metasilikat, Natrium Orthosilikat, sowie andere lösliche Silikate. Der pH der wässrigen Lösungen, enthaltend gelöste Kondensierungsmittel, kann prinzipiell frei gewählt werden und richtet sich nach der Effektivität der hiermit erreichbaren Kondensierung. Ggf. kann einer Lösung von Kon- densierungsmitteln auch ein Puffer, der den pH der Lösung einstellt, hinzugefügt werden.
Die Eignung kann durch den Fachmann sehr leicht erkannt werden, indem zu Proben der faserfreien Prozesslösung des Verfahrensschritts 3, in ansteigende Konzentrationen, verschiedene Kondensie- rungsmittel zugegeben und untergemischt werden und bei denen eine Untersuchung auf Vollständigkeit der Kondensierung der gelösten Konstituenten erfolgt. Hierzu wird dem Überstand nach einer zentrifugalen Abtrennung der Kondensate eines oder mehrere der Kondensierungslösun- gen/Kondensierungsmittel hinzugegeben und gemischt. Sofern nach einer Standzeit von mindestens 10 Minuten bei einer erneuten Zentrifugation sich kein Sediment ausbildet und die Wasserphase klar oder fast klar ist, hat eine ausreichende Kondensation der Konstituenten stattgefunden. In einer wei- teren Ausführungsform erfolgt die Applikation des/der Kondensierungsmittel(s) als Feststoff, bevorzugt hierbei ist die Verwendung einer gepulverten Form, die dem Reaktionsgemisch hinzugegeben wird. Eine Kondensierung kann nach kurzer Verweilzeit mit dem bloßen Auge erkannt werden. Die Auswahl der geeigneten Konzentration kann dadurch erfolgen, indem eine Probelösung, bei der eine Kondensation erfolgt ist, zentrifugiert wird und der Überstand erneut mit dem gleichen und/oder unterschiedlichen Kondensierungsmitteln behandelt wird. Sofern sich hierdurch keine sichtbaren Kondensate/Aggregate/Komplexe mehr bilden und/oder abtrennen lassen, liegen in der Lösung < 6 Gew%, vorzugsweise < 4 Gew% und am meisten bevorzugt < 2 Gew% an Proteinen vor.
Bevorzugt werden die Kondensierungsmittel in einem Wasser, das vorzugsweise ionenfrei oder entionisiert ist, vollständig gelöst. Die Konzentration des/der Kondensierungsmittel hängt von den Prozessbedingungen ab und muss individuell ermittelt werden. Generell bevorzugt ist ein Konzentrationsbereich von lmmol bis 5 mol/l, mehr bevorzugt zwischen lOOmmol und 3 mol/l und weiter bevorzugt zwischen 200mmol und 2 mol/l. Das Volumen der Lösung mit einem oder mehreren Kondensierungsmitteln) oder im Falle, dass Kondensierungsmittel mit unterschiedlichen wässrigen Lösungen bereitgestellt werden, erfolgt kontinuierlich oder diskontinuierlich, tropfen oder strahlweise. Vorzugsweise erfolgt eine Agitation des Reaktionsgemisches, vorzugsweise erfolgt die Agitation unter leicht turbulenten oder laminaren Strömungsbedingungen, die einen Zerfall von sich ausbildenden Kondensaten/Aggregaten/Komplexen vermeidet. Vorzugsweise erfolgt eine vollständige Durchmischung des Reaktionsgemisches. Vorzugsweise erfolgt eine Prozesskontrolle durch eine visuelle Inspektion des Kondensationsfortschrittes oder eine Prozessüberwachung durch Ermittlung des Trü- bungsgrades der sich ausbildenden geklärten Wasserphase. Die Vollständigkeit der Kondensati- on/Aggregation/Komplexierung der gelösten Verbindungen kann durch das zuvor beschriebene Verfahren leicht überprüft werden und ggf. der Reaktionslösung eines oder mehrere der Kondensierungsmittel hinzudosiert werden. Die Dauer der Mischung ist prinzipiell frei wählbar. In einer bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt diese nur über die Dauer der Hinzugabe eines oder mehrerer Kondensierungsmittels(n) oder für eine Dauer zwischen 10 Sekunden und 5 Minuten, mehr bevorzugt zwischen 20 Sekunden und 2 Minuten.
Die Temperatur, bei der eine Kondensation und/oder Aggregation und/oder Komplexierung erfolgt, kann prinzipiell frei gewählt werden. Bevorzugt ist eine Temperatur zwischen 6 und 90°C, weiter bevorzugt zwischen 10 und 60°C und weiter bevorzugt zwischen 18 und 40°C. Bevorzugt ist die Einstel- lung eines bestimmten pH-Bereiches, das pH- Optimum ergibt sich aus der Auswahl bzw. der Kombination mit dem Kondensierungsmittel. Der optimale pH-Bereich kann mit dem zuvor beschriebenen Verfahren ermittelt werden. Der pH der wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Verbindungen, bei dem die erfindungsgemäße Kondensation und/oder Aggregation und/oder Komplexierung der gelösten Proteine und/oder anderer gelöster Verbindungen erfolgt, liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 5,5 und 13, mehr bevorzugt zwischen 6 und 12 und weiter bevorzugt zwischen 6,5 und 11.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsart wird im Anschluss an den Zusatz eines oder mehre- rer Kondensierungsmittel eine Standzeit eingehalten, in der keine oder nur eine minimale Durchmischung des Gemisches erfolgt. In analoger Weise, wie in dem hierin beschriebenen Verfahren, kann die erforderliche Zeit der Kondensierungsphase ermittelt werden, vorzugsweise beträgt diese zwischen 5 Minuten und 10 Stunden, weiter bevorzugt zwischen 10 Minuten und 5 Stunden und weiter bevorzugt zwischen 15 Minuten und 2 Stunden. Sofern die Standzeit auf ein Minimum verkürzt werden soll, kann die ausreichende minimale Dauer der Standzeit nach Zugabe des Kondensierungsmit- tels anhand einer Probe, die zentrifugiert wird und bei der in analoger Weise, wie zuvor beschrieben, die Vollständigkeit der Kondensation und/oder Aggregation und/oder Komplexierung, die durch das/die Kondensierungsmittel erreicht worden ist/sind, geprüft wird, leicht ermittelt werden.
Die Kondensierungsphase erfolgt vorzugsweise bei Umgebungstemperaturen, bevorzugt ist ein Temperaturbereich zwischen 15° und 40°C. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen erfolgt diese bei einer Temperatur zwischen 5° und 15°C einerseits und zwischen 40° und 90°C andererseits. Die Auswahl einer erniedrigten Temperatur kann beispielsweise bei der Gewinnung thermolabiler Verbindungen vorteilhaft sein. Die Wahl einer hohen Temperatur, z.B. 60°C, kann beispielsweise gewählt werden, um bei einer mikrobiellen Belastung des Ausgangsmaterials eine Keimabtötung, z.B. in Form einer Pasteurisation vorzunehmen. Andererseits lassen sich durch eine Erhitzung auch Allergene und bestimmte Toxine sowie anti-nutritive Verbindungen inaktivieren. In einer bevorzugten Verfahrensausführung werden die kondensierten/aggregierten/komplexierten Proteine in Form eines Sediments gewinnbar gemacht. Vorzugsweise erfolgt der Auslass der Sedimentphase über einen Boden- auslass und wird einem weiteren Verfahrensablauf zugeführt.
Verfahren zur Durchführung der Prozessschritt 5): Separation der kondensierten löslichen pflanzlichen Ausgangsmaterialien des Schritts 4) und Erhalt eines dehydrierten Kondensates der Schritt 4) sowie einer geklärten Prozesswasserphase.
In einer bevorzugten Verfahrensausführung werden die kondensierte/aggregierten/komplexierten Verbindungen des Verfahrensschritts 4) dehydriert, um sie von gebundene Prozesswasser zu befreien, zu reinigen, zu konditionieren und/oder leicht transportfähig zu machen oder zu formulieren. Dehydriert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die organischen Verbindungen, von gebundemem Wasser teilwies befreit werden. Das aus dem Verfahrensschritt 4) erhaltbare Sediment liegt vorzugsweise als Suspension bis hin zu einer viskosen creme-artigen Masse vor. Bevorzugt ist ein Wasserentzug, der mittels filtrativer Verfahrenstechniken erfolgt. Bevorzugt ist ein Auftrag auf einen Bandfilter. Die bevorzugten Filter haben dabei ein Siebmaß von 50 bis 500μιτι, mehr bevorzugt von 80 bis 350μιτι und weiter bevorzugt von 100 bis 320μιτι. Vorzugsweise werden Filtergewebe aus Polypropylen oder anderen hydrophoben Polymerfäden verwandt. Bevorzugte Vorrichtungen sind Bandfilter, Kammerfilter, bzw. Filterpressen und Kammerfilterpressen, sowie Vakuum-Bandfilter. Ferner bevorzugt sind zentrifugale Verfahren, besonders geeignet sind Zentrifugen oder Dekanter. Der Restwassergehalt der erhaltbaren dehydrierten Kondensatmasse kann prozessspezifisch ausgewählt werden, sodass z.B. eine fließfähige oder streichfähige oder formstabile Proteinmasse erhalten wird. Prinzipiell wird eine möglichst vollständige Separation des gebundenen Prozesswassers angestrebt. Bei Verwendung eines Dekanters erfolgt die Separation vorzugsweise mit > 2.000 g, mehr bevorzugt mit > 3.000g und weiter bevorzugt mit > 3.500g. Vorzugsweise beträgt die Verweilzeit in einem Dekanter > 10 Sek., mehr bevorzugt > 20 Sek. und weiter bevorzugt > 30 Sek. Ferner bevorzugt ist ein Pressverfahren zur Entfernung von gebundenem Prozesswasser. Vorzugsweise erfolgt sie in einer Filtervorrichtung mit einem wasserdurchlässigen Filtergewebe/-material. Vorzugsweise wird die beispielsweise in einer Filterkammer befindliche kondensierte oder bereits dehydrierte Masse mit einem Druck beaufschlagt, wodurch der Restfeuchtegehalt auf das gewünscht Maß reduziert werden kann.
Bevorzugt ist, die Verfahrensdurchführung bei Umgebungstemperaturen in einem Bereich zwischen 15 und 40°C, durchzuführen. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen können Temperaturen im Bereich zwischen 5 und 15°C, bzw. zwischen 40 und 80°C gewählt werden. Bevorzugt ist der Erhalt einer dehydrierten Masse mit einem Restfeuchtegehalt von < 90 Gew%, mehr bevorzugt < 80 Gew%, weiter bevorzugt < 70 Gew% und noch weiter bevorzugt < 60 Gew% und noch weiter bevorzugt von < 40 Gew%.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird/werden vor, während und/oder nach einer Dehydrierung ein oder mehrere Reinigungs- und/oder Konditionierungs- und/oder Funktionalisierungsverfah- ren durchgeführt, was vorzugsweise in einem Nebenstromprozess-verfahren erfolgt. In einer bevor- zugten Ausführungsform wird hierzu die kondensierte oder dehydrierte Masse auf einem Filterband mit einer bestimmten Schichtdicke aufgetragen und mit oder ohne eine Auflage eines weiteren Filters, von unten oder von oben, mit einer Flüssigkeit und/oder einem Dampf und/oder einem Gas durchströmt. Die erneute Trocknung kann wie zuvor oder mit einem anderen Trocknungsverfahren erfolgen. Die hierfür bevorzugte Flüssigkeit kann Wasser oder ein organisches Lösungsmittel sein. Bevorzugte organische Lösungsmittel sind beispielsweise Alkohole. Bei dem Dampf kann es sich um Wasserdampf oder dem Dampf eines Lösungsmittels handeln. Der bevorzugte Temperaturbereich liegt zwischen 40° und 250°C, mehr bevorzugt zwischen 50° und 180°C und weiter bevorzugt zwischen 60° und 140°C. Das bevorzugte Gas kann beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid sein. Der bevorzugte Volumenstrom und die Dauer der Durchströmung sind individuell anhand der erreichten Parameter zu ermitteln. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Konditionierung, indem den o.g. Medien eine oder mehrere anorganische oder organische Verbindungen hinzugegeben werden, die mit dem Trägerstrom die kondensierte/dehydrierte Masse durchströmen.
Die erhaltbaren dehydrierten löslichen Konstituenten/Proteinfraktionen können in der erhaltenen Form unmittelbar einer Anwendung zugeführt oder gelagert oder weiterverarbeitet werden. Eine Lagerung, die in geeigneten Behältnissen erfolgt, ist vorzugsweise unter gekühlten Bedingungen, vorzugsweise < 10°C, mehr bevorzugt < 8°C und weiter bevorzugt < 6°C, vorzunehmen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsart erfolgt eine vollständige Trocknung der erhaltbaren Masse. Dies kann beispielsweis in Form einer Granulation unter Warmluft oder Vakuum erfolgen, gemäß bekannten Verfahren. Bevorzugt ist eine Suspendierung der bereits dehydrierten Masse in Wasser oder einer flüssigen Lösung mit einem Feststoffgehalt von bevorzugt 10 bis 40 Gew%. Die Suspension wird bevorzugt einer Sprüh- oder Gefriertrocknung zugeleitet. Derartige Verfahren sind dem Fachmann bekannt. Hierdurch werden gepulverte Gemische, Konzentrate oder Isolate erhalten. Vorzugsweise ist der Hauptanteil dieser Produkte ein Protein. Aber auch andere Verfahren und Techniken zur Trocknung aus dem Stand der Technik können verwandt werden. Verfahren zur Durchführung des Verfahrensschritts 6): In dem Verfahrensschritt 6) erfolgt eine Bereitstellung und/oder Aufreinigung der geklärten Prozesswasserphase des Verfahrensschritts 5), sowie Reinigung der wiederverwendeten Prozesswasserphase des Verfahrensschritts 6), zum Erhalt einer geklärten und gereinigten Prozesswasserphase, die in subsequenten Verfahrensdurchführun- gen vorzugsweise in einer oder mehrerer der Verfahrensschritte 2a) und/oder 2b) oder 2) oder in einem Nebenstromverfahrensprozess als Prozesswasser wieder eingesetzt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt in diesem Verfahrensschritt die Bereitstellung einer Prozesswasserphase für ein Nebenstromprozessverfahren, das aus der geklärten Prozesswasserphase des Prozessschritts 5) und/oder einer Nebenstromprozessverfahrensschritte erhalten wird. Vor- zugsweise werden hierzu in diesem Verfahrensschritt Schwebstoffe und ggf. noch vorhandenen Feinstpartikel aus dem Prozesswasser entfernt. Vorzugsweise werden hierzu Verfahren aus dem Stand der Technik verwendet. Hierzu sind insbesondere geeignet Fein- und Feinstfilter aus dem Stand der Technik. Hierdurch kann eine trübungsfreie Wasserphase erhalten werden. In der bevorzugten Verfahrensausführung des Prozessschritts 6) wird eine Prozesswasserphase eines Nebenstromprozessverfahrens in einem geeigneten Behältnis aufgenommen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart erfolgt in dem Verfahrensschritt 6) eine Reinigung der Prozesswasserphase dieses Verfahrensschritts. Dabei werden die jeweiligen Prozesswasserphasen einzeln aufgereinigt, aber auch eine Zusammenführung der verschiedenen Prozesswasserphasen ist möglich.
In einer Ausführungsform werden Elektrolyte, wie Natrium, Kalium, Calcium, Chlorid, Eisen, Kupfer, u.a.m., beispielsweise durch eine Elektrodialyse oder lonenaustauschverbindungen entfernt. In einer weiteren Ausführungsform werden Toxine und/oder gesundheitsgefährdende Substanzen mittels einer adsorptiven Verfahrenstechnik, wie einer Säulenchromatographie oder einer Durchleitung durch ein Aktivkohlebett, vorgenommen. In einer weiteren Ausführungsform werden thermolabile Verbindungen, wie beispielsweise Enzyme, Eiweißverbindungen, Lectine oder Mikroorganismen bzw. Sporen inaktiviert und/oder denaturiert, indem das aufzureinigende Prozesswasser auf vorzugsweise > 60°C erhitzt wird. Die exakte Temperatur und die Dauer der Erhitzung hängen von Art und Menge der zu inaktivierenden/denaturierenden Verbindungen ab. In einer weiteren Ausführungsart erfolgt eine Reduktion oder Entfernung eines oder mehrerer Kondensierungsmittel aus der aufzureinigenden Prozesswasserphase. Die möglichen Verfahren, die hierzu einsetzbar sind, sind für die betreffende Verbindung jeweils auszurichten. Unter den möglichen und im Stand der Technik bekannten Verfahren sind beispielsweise eine Titration mit einer Säure oder einer Base, die Hinzugabe eines Komplexierungs- oder Neutralisierungsmittels, die Durchführung eines Dialyseverfahrens, insbesondere einer Elektrodialyse oder die Anwendung eines adsorptiven Verfahrens. Vorzugsweise werden in diesem Prozessschritt auch anorganische und/oder organische Verbindungen separiert und damit erhaltbar gemacht, die unter den Oberbegriffen Geschmacksstoffe, Geruchsstoffe, Bitterstoffe, Farbstoffe, Toxine und Gefahrstoffe oder auch organische Verbindungen, wie unter „organische Verbindungen" definiert, fallen. Hierzu sind die vorbeschriebenen Verfahren anwendbar, insbesondere Verfahren, wie eine Säulenchromatographie, eine Dialyse oder die Anwendung einer Komplexierungsreaktion.
Vorzugsweise erfolgt während der Aufreinigung einer der Prozesswasserphasen keine Entfernung/Reduktion der hierin noch vorliegenden gelösten Aminosäuren und/oder Peptide. Mit diesem Verfahrensschritt wird eine geklärte und gereinigte Prozesswasserphase erhalten, die frei oder annähernd frei ist von: Schwebstoffen, einer Trübung, Toxinen, gesundheitsschädlichen Verbindungen und Mikroorganismen, incl. Sporen, sowie Kondensierungsmitteln und bedarfsweise auch von Elektrolyten oder Farbstoffen oder organischer Verbindungen. Vorzugsweise liegen in der geklär- ten und gereinigten Prozesswasserphase < 3 Gew%, vorzugsweise < 1,5 Gew% und am meisten bevorzugt < 0,5 Gew% an organischen Verbindungen vor, die nicht einer der erfindungsgemäß eingesetzten gelösten Aminosäuren und/oder Peptiden entspricht.
Die bevorzugte geklärte und gereinigte Prozesswasserphase enthält gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, einsetzbar in einer erneuten Verfahrensanwendung. Besonders bevorzugt ist eine Ausfüh- rung des Verfahrens, bei dem die gelösten Aminosäuren und/oder Peptide gelöste kationische Aminosäuren und/oder Peptide sind.
Vorzugsweise werden die mit den Verfahrensschritten erhaltbaren geklärten und/oder geklärten und gereinigten Prozesswasserphasen in geeigneten Behältnissen gelagert, zwischengelagert oder unmittelbar wiederverwandt. In einer Ausführungsform erfolgt eine Kühlung der geklärten und/oder ge- klärten und gereinigten Prozesswasserphase während der Dauer der Lagerung. Bevorzugt ist eine Kühlung auf < 10°C, mehr bevorzugt auf < 8°C und weiter bevorzugt auf < 6°C. Die Haltbarkeit der geklärten Prozesswasserphase beträgt vorzugsweise > 7 Tage, mehr bevorzugt > 14 Tage und weiter bevorzugt > 4 Wochen. Haltbar heißt in diesem Zusammenhang die Abwesenheit von potentiell gesundheitsbedenklichen Keimen oder Erregern oder Toxinen in einer Konzentration, die gesund- heitsbedenklich ist. Bei den geklärten und den geklärten und gereinigten Prozesswasserphasen, die für eine Wiederverwendung geeignet sind, ist eine Unbedenklichkeit für den Einsatz zur Herstellung von Lebensmitteln gegeben. Über ein geeignetes Pump- und Rohrsystem kann die geklärte Prozesswasserphase dem Prozess in den verschiedenen Prozessschritten wieder zugeführt werden.
Wiederverwendung geklärter und/oder geklärter und gereinigter Prozesswasserphasen.
In einer bevorzugten Verfahrensausführung erfolgt eine Wiederverwendung einer der Prozesswasserphasen in den Verfahrensausführungen des Prozessschritts 6).
In einer bevorzugten Verfahrensausführung wird die geklärte Prozesswasserphase des Prozessschritts 6) dem Reaktionscontainer/Reaktionsgemisch der Nebenstromprozessschritt 3-1) zugeleitet in der prozessspezifischen Menge und Temperatur.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die geklärte und in einem Nebenstrom- prozessverfahren wiederverwendete Prozesswasserphase, die in der Verfahrensschritt 6) zurückerhalten wird, ohne eine Aufreinigung einer der Hauptverfahrensschritte 2.a), 2.b), bzw. 2) oder 3) zugeleitet. Dies kann in einem beliebigen Mischungsverhältnis mit einer Frischwasserphase erfolgen. In einer anderen bevorzugten Verfahrensausführung wird die geklärte und gereinigte Prozesswasser- phase des Verfahrensschritts 6) dem Prozessschritt 2a) zugeführt, indem die Flüssigkeit zur Lösung der erfindungsgemäßen Aminosäuren und/oder Peptide in einem geeigneten Behältnis bereitgestellt wird und mit den Aufschlussverbindungen gemischt wird, bis diese vollständig gelöst sind. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Prozesswasserphase des Prozessschritts 6) allein oder zusammen mit einer Frischwasserphase in den Prozessschritt 2b) in Form eines wässri- gen Verteilungsvolumens eingeleitet. Im Falle der alternativen Durchführung des Prozessschritts 2) kann die Prozesswasserphase des Prozessschritts 6 zur Lösung der Aminosäuren und/oder Peptide sowie zur Verteilung ab-/aufgetrennter Konstituenten der Ausgangsmaterialien verwandt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Prozesswasserphase des Prozessschritts 6) in eine der Nebenstromprozessverfahren eingeleitet. Bevorzugt ist eine Ein-/Zuleitung zu den Neben- stromprozessschritten 3-I) und/oder 4-I).
Die Eignung zur Wiederverwendung in den verschiedenen Verfahrensprozessschritten kann beispielsweise dadurch erkannt werden, indem es hierdurch zu keinen qualitativen und/oder quantitativen Veränderungen bei den erhaltbaren Produkten des Verfahrensprozesses oder der Nebenstrom- prozessverfahren kommt, gegenüber der Verwendung von Frischwasserphasen.
Verfahren zur Durchführung von Nebenstromprozessverfahren
Mit den erfindungsgemäßen Verfahrensausführungen werden Produktfraktionen erhalten, die entweder unmittelbar zur Verwendung genutzt werden können oder wertsteigernd mit einem der ebenfalls erfindungsgemäßen Nebenstromprozessverfahren zur Reinigung oder zur Konditionierung bzw. Funktionalisierung oder zur Veränderung der Zusammensetzung bzw. An-/Einbringung von Verbindungen behandelt werden. In vorteilhafter Weise können die erhaltbaren Produktfraktionen prinzipiell mit den gleichen Prozessverfahren/Verfahrensschritten und mit den gleichen Produktionsvorrichtungen angewendet werden, wie in den Hauptprozessverfahren. In der hierin gewählten Systematik werden die möglichen Verfahrensausführungen den Prozessschritten, aus denen die Produkte, die einer Behandlung unterzogen werden, als Ausführungsschritt mit dem Suffix„-I" subgruppiert sowie Verfahrensunterschritte alphabetisch nummeriert und als Nebenstromprozessschritte eingeordnet.
In den erfindungsgemäßen Nebenstromprozessverfahren werden Produkte/Erzeugnisse, die aus dem Hauptprozessverfahren erhalten werden oder erhaltbar sind, in vorteilhafter Weise gerei- nigt/aufgereinigt und/oder konditioniert/funktionalisiert/angereichert mit einer oder mehreren Ver- bindung(en) und/oder separiert/sortiert, um sie einer weiteren Verarbeitung oder einer unmittelbaren Anwendung zugänglich zu machen. Die Verfahren werden optional ausgeführt und können gleichzeitig oder zeitlich unabhängig zum Hauptprozessverfahren sowie untereinander erfolgen. In einer bevorzugten Verfahrensausführung können die folgenden optionalen Verfahrensschritte ausge- führt werden:
Nebenstromverfahrensschritt 3-1):
a) Reinigung, b) Oberflächenbehandlung, c) Modifikation/Einbringen von Verbindungen von/an soliden Feststoffen, erhalten aus dem Prozessschritt 3) sowie Nebenstromverfahrensschritt 4-1):
a) Reinigung, b) Oberflächenbehandlung, c) Modifikation/Einbringen von Verbindungen von/an dehydrierter organische Masse, erhalten aus dem Prozessschritt 4) .
Bei den soliden Feststoffen des Verfahrensschritts 3) handelt es sich vorzugsweise um komplexe Kohlenhydrate, cellulose-basierte Faser sowie lignin-reiche Schalenanteile. Bei der dehydrierten organischen Masse des Prozessschritts 4) handelt es sich vorzugsweise um dehydrierte Proteine.
Die nachfolgenden Verfahrensausführungen können bei jeweils in jedem Prozessschritt gemeinsam oder getrennt und zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgeführt werden. Die spezifischen Prozesspa- rameter können leicht durch einen Fachmann auf das jeweils zu behandelnde/formulierende Produkt angepasst werden.
In einer Verfahrensausführung erfolgt eine Reinigung der organischen Masse, vorzugsweise indem diese von einem Filtergewebe umschlossen ist und vorzugsweise in ein Bad eines flüssigen Reini- gungsmediums eingelegt wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart wird das Reinigungsmedium durch die organische Masse, die sich bevorzugt in einem Filtergewebe befindet oder hiervon umschlossen ist, durchströmt. Aber auch eine Resuspendierung in der Reinigungslösung ist möglich. Das bevorzugte Reinigungsmedium ist Wasser, ferner ein oder mehrere Alkohole in einem beliebigen Mischungsverhältnis mit Wasser. Im Reinigungsmedium können anorganische und/oder organische Verbindungen, vorzugsweise in gelöster Form vorliegen, die einen Austrag von noch in der Masse vorliegenden anorganischen und/oder organischen Verbindungen erleichtern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Einbringung von anorganischen und/oder organischen Verbindungen, die die organische Masse konditioniert und/oder funktionali- siert und/oder bei der diese Verbindungen mit der organischen Masse physiko-chemisch ge- /verbunden werden. Hierdurch lassen sich in vorteilhafter Weise eine Vielzahl von vorteilhaften Effekten an/bei den soliden Feststoffen/der organischen Masse bewirken/herstellen. Diese umfassen u.a.: Oberflächeneffekte, die eingeteilt werden können als anti-statisch, hydrophil, hydrophob, oleophil, amphiphil, elektrostatisch mit einer positiven und/oder negativen Oberflächenladung, hygroskopisch und/ oder konduktiv. Auch die Einrichtung von Mehrfach-Kombinationen der vorge- nannten Oberflächeneigenschaften ist möglich. Die gewünschte Oberflächeneigenschaft und die Auswahl der hierfür einsetzbaren Verbindungen hängen von der Applikation der hiermit konditionierten und/oder funktionalisierten Produkte ab.
Die Einbringung und/oder Anbindung der anorganischen und/oder organischen Verbindungen zur Erzielung dieser Effekte erfolgt vorzugsweise, indem die eine oder die mehreren Verbindungen in einem geeigneten flüssigen Medium gelöst wird/werden und die Flüssigkeit analog zu den vorgenannten Verfahren zur Reinigung der Produkte mit den Produkten in Kontakt gebracht bzw. hiervon durchdrungen wird. Die Verweilzeit, Konzentrationen und Umgebungsbedingen sind von den erwünschten Produkteigenschaften abhängig und sind jeweils zu ermitteln. Bevorzugte flüssige Medien sind Wasser, ein Alkohol oder Mischungen hiervon.
Bevorzugte Verbindungen, die zur Konditionierung /Funktionalisierung verwandt werden können, sind u.a. Amine, wie z.B. Betain, weiter Amide, Imide, Imidazole, Triazole, Melamine, Kreatin, Kreatinin, Carnitin, ferner organische Säuren, wie Essigsäure, Weinsäure, Milchsäure, Apfelsäure, Mandelsäure, Gluconsäure, Nitriloessigsäure, Stearin- oder Ölsäure, ferner Fettsäureester, Mono- /Diglyceride, Phospholipide, Glycolipide, Glyceroglycolipide, Aminosäuren (insbesondere Arginin, Lysin und Histidin), Mono-, Di- oder Polypeptide, wie das RDG-Peptid. Ferner Zuckerverbindungen, wie Dextrose oder Fructose, aber auch makromolekulare Oberflächenfunktionalisierungen sind möglich, wie beispielsweise mit Polysacchariden, wie Polydextrine oder Stärke. Ferner Cellulosederivate, wie Methylcellulose.
Eine Oberflächenfunktionalisierung kann aber auch durch An-/Einlagerung von reaktiven oder reakti- onsfördernden Verbindungen in/an die cellulose-basierten Fasern/lignin-reichen Schalenanteilen/Verbindungen der organischen Masse erfolgen, beispielsweise mit Carbonaten, wie beispielswei- se Natrium-Hydrogencarbonat oder Silikaten, wie beispielsweise Natrium-Metasilikat. Ferner bevorzugt ist die An-/Einbringung von Verbindungen in Form von Mikro-/Nanoemulsionen. Dabei besonders bevorzugt ist die Verwendung von Nanoemulsionen von kationischen Aminosäuren oder Peptiden, wie beispielsweise Arginin oder Lysin, mit organischen Säuren, wie beispielsweise Linolensäure oder Ascorbinsäure. Bedarfsweise kann eine Vorbehandlung der Oberflächen, beispielsweise zur Erhöhung der Reaktivität, erfolgen mit Verfahren aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise einem Alkohol, einem Oxidations- oder Reduktionsmittel, wie beispielsweise einer Säure, einer Lauge oder H202.
Die vorgenannten nass-technischen Verfahren können u.a. auch durch eine Dampfphase, in der auch die vorgenannten oder andere Verbindungen gelöst vorliegen können, bewirkt werden. Sofern ein nass-technischer Verfahrensschritt durchgeführt worden ist, kann zum Austrag der flüssigen Lösungsphase eine der vorgenannten Techniken angewendet werden. Bevorzugt ist eine Press- Filtration oder eine Vakuum-Filtration.
Sofern eine Formulierung der erhaltenen Produkte gewünscht ist, kann eine weitere Prozessierung erfolgen. So kann beispielsweise eine Trocknung der Produktphasen durch einen Auftrag auf eine Band-Trocknungsvorrichtung erfolgen. Ferner kann eine Suspendierung in einem geeigneten Wasservolumen erfolgen und ein pulverförmiger Feststoff mittels einer Sprühtrocknungsvorrichtung erhalten werden oder eine Aufbaugranulation durchgeführt werden
Methoden zur Prüfung von Produkteigenschaften
Das Wasserrückhaltevermögen kann mit Verfahren aus dem Stand der Technik bestimmt werden. Bei einem der Verfahren wird der Wassergehalt einer 0,5g Probe bestimmt und diese in einem 100ml Erlenmeyerkolben in 50ml destilliertem Wasser suspendiert. Nach Agitation für 1 Stunde bei 20 °C wird die freie Wasserphase durch Aufgabe auf eine G3 Glasfritte entfernt, zusammen mit der Glas- fritte wird das Probenmaterial bei 2.000g für 15 Min zentrifugiert. Es wird die Menge der abzentrifugierten Flüssigkeit und das Probengewicht bestimmt. Der Wasserretensionswert (WRR) errechnet sich nach der folgenden Formel
Proben-Feuchtmasse— Proben-Trockenmasse
WRR (%) = X 100
Proben-Trockenmasse
Ein Ölrückhaltevermögen lässt sich in analoger Weise mit einer flüssigen Lipidphase, wie z.B. einem paraffinischen öl, ermitteln.
Die Wasserlöslichkeit (NSI) von Proteinen wird bestimmt gemäß dem Standardverfahren AOCS 1990, (Daun and DeClercq, 1994)
Anwendungen
Die erfindungsgemäßen Verfahrensarten können prinzipiell bei allen biogenen Ausgangsmaterialien angewandt werden. Die bevorzugten pflanzlichen Ausgangsmaterialien können in Form unreifer, gereifter, reifer, überreifer, gealterter oder auch beschädigter pflanzlicher Ausgangsmaterialien vorliegen. Auch kontaminierte oder verdorbene pflanzliche Ausgangsmaterialien können für die erfindungsgemäße Gewinnung von Produkten der Hauptprozessverfahren und Nebenstromprozessver- fahren eingesetzt werden, wodurch die Hauptkonstituenten des Ausgangsmaterials in reiner Form erhalten werden. Das pflanzliche Ausgangsmaterial kann in vollständig intakter Form, beschädigt, zerkleinert, geschält, gepresst, gemahlen oder in anderer Weise desintegriert sein/vorliegen. Insbesondere sind Schrote oder Mehle geeignet. Insbesondere sind auch Schrote, die beispielsweise nach einer mechanischen Extraktion von Ölen entstehen, sogenannte Presskuchen, geeignet. Geeignet sind auch pflanzliche Ausgangsmaterialien, die zuvor einem thermischen und/oder flüssigen Extrakti- onsprozess, z. B. mit einem Alkohol oder einem organischen Lösungsmittel, wie Hexan, unterzogen worden sind. Auch pflanzliche Ausgangmaterialien, bei denen eine thermische Behandlung erfolgt ist, sind geeignet. Hierzu gehören auch Pflanzenprodukte, die aus einem Aufschluss- und/oder Fermen- tierungsprozess erhaltbar sind, insbesondere, wenn es sich dabei um Rückstände handelt, wie bei- spielsweise Brauereirückstände (z.B. in Form von Treber oder Trebermehl) oder Trester der Mostherstellung oder Oliventrester. Ferner Rückstände von Kakaobohnen.
Ferner bevorzugt sind Rückstände aus Pressrückständen, die beispielsweise bei der Gewinnung von Säften (z.B. Apfel-, Tomaten- oder Karottensaft) oder Trester, z. B. von Trauben oder Äpfeln oder Auszügen, wie diese bei der Herstellung von Gelees oder Likören (z. B. Brombeergelee, Cassis) anfal- len.
Ferner können Schäl-, Enthüllungs- oder Entkernungsprodukte pflanzlicher Ausgangsmaterialien verwendet werden.
Die pflanzlichen Ausgangsmaterialien, die für eines der erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, umfassen daher sämtliche pflanzliche Samen, wie z. B. Leinsamen, Mohn, Chia, Amaranth, Chilli, Tomaten, Anis, Bergerbse; Körner, wie Raps, Leindotter, Hafer, Hanf, Weizen, Buchweizen, Roggen, Gerste, Mais, Sonnenblumen, Grünkern, Jatropha; Kerne, z. B. von Äpfeln, Birnen, Trauben, Apfelsinen, Kirschen, Pflaumen, Aprikosen, Pfirsichen, Speierling, Mispeln, Mirabellen, Vogelbeeren, Kürbissen, Melonen, Avocado; Bohnen, wie Sojabohnen, Ackerbohnen, Mattenbohnen, Mungbohnen oder Kindey-Bohnen, Erbsen, Linsen, wie z.B. Wasserlinsen ferner Lu- pinen oder Sesam; Gemüse, wie Blumenkohl, Brokkoli, Kohlrabi, Sellerie, Zucchini, Paprika, Artischocken oder Okra; Rübengewächse, wie Karotten oder Zuckerrüben; Früchte, wie Äpfel, Birnen, Quitten, Bananen, Brotfrucht, Mango, Kiwi, Maracuja, Melonen, Passionsfrucht, Feigen, Kürbis, Ananas, Avocado, Oliven, Mango, Chayote, Guave, Papaya, Tamarillo, Marmayapfel, Grape Frucht, Orangen, Zitronen oder Trauben; Beeren, wie Hagebutten, Stachelbeeren, Heidelbeeren, Brombeeren, Erdbee- ren, Holunder, Johannisbeeren, Preiselbeeren, Brombeeren, Maulbeeren, Apfelbeeren, Himbeeren, Sandorn; ferner Knollengewächse und Wurzeln, wie Kartoffeln, rote Bete, Batate, Kurkuma, Maniok, Meerrettich, Sellerie, Radieschen, Ingwer, Arakascha, Taro, Wasabi, Yacon, Schwarzwurzeln, Spargel, Pastinace, Mairüben, Topinambur, Rohrkolben, Steckrüben, Sibirische Engelwurz, Yamswurzel, Yam, Sonnblumenwurzel, Teufelskralle oder Ginko; ebenso Gurken, wie Salat- oder Gewürzgurken, ferner Auberginen oder Zucchini; Nüsse, wie Mandeln, Haselnüsse, Erdnüsse, Walnüsse, Cashew-Nüsse, Paranuss, Perkannuss, Pistatien, Kastanie, Maronen, Datteln. Ferner Zuckerrohr.
Die erfindungsgemäß hergestellten Produkte können prinzipiell in allen Lebensbereichen sowie industriellen Prozessen und Prozessabläufen eingesetzt werden.
Die erhaltbaren Proteinfraktionen können beispielsweise als Nahrungsmittel oder Nahrungsergän- zungsmittel eingesetzt werden. Ferner können sie als Formulierungsmittel bei Speisezubereitungen angewandt werden. Sie sind ebenso für die Tierernährung geeignet. Das Verfahren kann ebenso zur Entfernung von Geruchs- und/oder Geschmacksstoffen und insbesondere zur Entbitterung von Ausgangsmaterialien oder von Konstituenten der Ausgangsmaterialien angewendet werden.
Cellulose-basierten Fasern, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnen und hergestellt wurden, sind besonders geeignet für Anwendungen in der menschlichen Ernährung. Hierbei besteht insbesondere eine Eignung als diätetischer Lebensmittelzusatzstoff für eine kalorienreduzierte Nahrungszubereitung. Darüber hinaus sind cellulose-basierte Fasern geeignet zur diätetischen Gewichtsreduktion. Zusätzlich als Ersatzstoff oder zur Reduktion von löslichen Kohlenhydraten, wie Pektinen oder Stärke, in Lebensmittelzubereitungen. Des Weiteren als Ersatzstoff oder zur Reduktion von Ölen oder Fetten in Nahrungsmittelzubereitungen. Cellulose-basierte Fasern sind geeignet, um die Darm- tätigkeit zu regulieren und die Stuhlkonsistenz zu verändern/erweichen. Ferner können sie als diätetisches Anti-Opstipationsmittel eigesetzt werden. Cellulose-basierte Fasern können gleichsam bei Tieren zur Stuhlregulierung und diätetischen Gewichtsreduktion eingesetzt werden. Ferner sind cellulose-basierte Fasern geeignet für die Verdickung und Stabilisierung von flüssigen oder fließfähigen Lebensmitteln und Lebensmittelzubereitungen. Cellulose-basierte Fasern erhöhen das Wasserbinde- und Rückhaltevermögen von Lebensmittelzubereitungen. Hierdurch sind cellulose-basierte Fasern auch geeignet, um in Lebensmitteln oder Lebensmittelzubereitungen den Wassergehalt länger zu halten bzw. diese frisch zu halten und die Gefahr einer Austrocknung zu reduzieren. Ferner können cellulose-basierte Fasern verwandt werden, um Substanzen/Verbindungen oder Mikroorganismen in Lebensmittel oder Nahrungszubereitungen einzubringen und/oder darin zu stabilisieren. Hierdurch lassen sich beispielweise labile Verbindungen, wie Vitamine oder Antioxidantien, in Nahrungsmitteln oder -Zubereitungen stabilisieren/verteilen. Ferner können hierdurch Mikroorganismen in Nahrungsmittel eingebracht werden, die eine erhöhte Stoffwechselaktivität ausweisen, wie beispielsweise Hefen oder milchsäure-spaltende Bakterien. Diese Eigenschaften der cellulose-basierten Fasern können auch angewandt werden, um Algen oder andere Mikroorganismen zu kultivieren und sie zur Produktion von Substanzen/Verbindungen oder Gasen mit einer gesteigerten Effizienz zu nutzen. Erfindungsgemäß hergestellte cellulose-basierte Fasern sind insbesondere geeignet für die Herstellung von Lotionen/Cremes/Salben oder Pasten für Anwendungen an Haut oder Schleimhäuten. Dabei ermöglichen sie bei diesen einen verbesserten Wasserrückhalt an der Oberfläche von Haut und Schleimhäuten sowie eine verbesserte Emulgierbarkeit hydrophiler und lipophiler Verbindungen sowie die Einbringbarkeit von Verbindungen, wie Antioxidantien oder Lichtschutz-Verbindungen und führen zu einem verbesserter Glattheit der Haut und Schleimhautareale. Des Weiteren sind cellulose- basierte Fasern sehr gut geeignet als Trennmittel für Nahrungsprodukte/Lebensmittel, die bei hohen Temperaturen mit direkter oder indirekter Hitzeeinwirkung gegart werden, wie Brat-, Back-, Grilloder Frittiergüter. Somit sind cellulose-basierte Fasern als Trennmittel bzw. als Ersatz für Pana- den/Paniermehl anwendbar, beispielsweise bei Zubereitungen von Fleisch oder Fisch und Fleischoder Fischprodukten, Kartoffel- oder Teigzubereitungen. Ferner sind cellulose-basierte Fasern geeignet, um andere Nährmittel oder Nahrungsbestandteile zu formulieren oder haltbar zu machen. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Proteinprodukten, wie Proteinkonzentrate oder Isolate der Fall. Aber auch Zubereitungen mit Ölen/Fetten und/oder löslichen oder komplexierten Kohlenhydra- ten oder Geruchs- und Aromastoffen lassen sich mit den erfindungsgemäßen cellulose-basierten Fasern herstellen und/oder formulieren und/oder lagern. Ferner sind cellulose-basierte Fasern geeignet, um ein langanhaltendes Feuchtigkeitsgefühl an Schleimhäuten zu bewirken. Daher sind cellu- lose-basierte Fasern besonders geeignet, um eine trockene Mundschleimhaut zu behandeln. Darüber hinaus sind cellulose-basierte Fasern geeignet, um Gerüche zu reduzieren, insbesondere sind sie zur Reduktion oder Vermeidung von Mundgerüchen anwendbar.
Lignin-reiche Schalenanteile sind beispielsweise verwendbar zur Adsorption und/oder Lage- rung/Transport von Lipidphasen. Ferner bevorzugt ist ihre Anwendung zur Verbesserung der Wasserbindungskapazität von Erden, insbesondere von Kulturböden. Ferner sind sie verwendbar zur Formulierung von Tiernahrungserzeugnissen.
Ferner werden lignin-reiche Schalenfraktionen erhalten, die aufgrund des hohen Wasserbindungsvermögens und der natürlichen Abbaubarkeit und Bio-kompatibilität zur Verbesserung der Boden- qualität, insbesondere im Bereich des Nutzpflanzenanbaus, eingesetzt werden können. Sie können aber auch zur Ölaufnahme/Abscheidung verwandt werden aufgrund ihres großen Ölbindungs- und Aufnahmevermögens.
Die erhaltbaren komplexen Kohlenhydrate werden bevorzugt zu Nahrungsmittel-Rohstoffen in Form eines Mehls oder Stärkemehls vermählen. Als solche sind sie geeignet für die Herstellung von Nah- rungszubereitungen für Mensch und Tier. Diese Mehle sind ferner frei von Fehlaromen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Proteinfraktionen herstellen, die aus unterschiedlichsten Ausgangsmaterialien in einer geruchs- und geschmacks-neutralen Form erhalten werden und als Konzentrat oder Isolat, in flüssiger bis trockener und gepulverten Konsistenz, hergestellt werden können. Daher sich die erhaltbaren Proteinerzeugnisse in allen Lebensbereichen einsetzbar, insbe- sondere für die Ernährung von Menschen und Tieren. Ferner lassen sich Kombinationsprodukte herstellen mit verbesserten Produkteigenschaften in Bezug auf die Herstellung und Formulierung von Lebensmitteln oder Lebensmittelzubereitungen.
Bevorzugt ist die Herstellung von GMO-freien Produkten, erhältlich aus pflanzlichem GMO-freie Ausgangsmaterial.
Figuren
Figur 1:
Beispiel einer Verfahrensausführung mit Recycling der Prozesswasserphasen. Die Verfahrensschritte der Verfahrensstufe I werden zur Behandlung des Hauptroms und die der Verfahrensstufe II zur Behandlung des/der Nebenströme durchgeführt. Das Ausgangsmaterial wird aus dem Vorratsbehälter VI in den Reaktioncontainer Rl gefüllt. Aus dem Vorratstank V2, wird eine Wasserphase, in der Aminosäuren und/oder Peptide gelöst vorliegen (A/P-Lösung), in den Reaktionscontainer Rl gegeben und mit dem Ausgangsmaterial gemischt. In dem Prozessschritt 2b) wird eine Wasserphase aus dem Vorratsbehälter V3 in den Reaktionscontainer R 1 gefüllt und eine Mischung des Reaktionsgemisches vorgenommen. In dem Schritt 3 erfolgt eine Separation solider Feststoffe mit einer Phasentrennvor- richtung, die erhaltbaren soliden Feststoffe werden dem Reaktionscontainer R 3 und die Flüssigphase dem Reaktionscontainer R2 zugeleitet. In Schritt 4 wird dem Reaktionscontainer R2 eine wässrige Lösung, enthaltend Aggregierungsmittel zugeleitet und die Phasen gemischt. In Schritt 5 erfolgt eine Separation und Dehydrierung der kondensierten löslichen Verbindungen mit einer Phasentrennvor- richtung. Die erhaltbare Phase mit dehydrierten löslichen Verbindungen wird in den Produktcontai- ner PI gefüllt. Die separierte geklärte Prozesswasserphase wird in den Vorratstank V5 oder V5a geleitet. Anschließend sind die folgenden Verfahrensabfolgen im Schritt 6 möglich: 1. Weiterleitung der geklärten Prozesswasserphase (PWP) aus V5a in den Reaktorcontainer R3, indem in Schritt 3-1. a eine Mischung mit den in Schritt 3) separierten soliden Feststoffen erfolgt. Anschließend Separation einer Fraktion solider Feststoffe in Schritt 3-1. b. Die separierten Feststoffe werden in den Produktcontainer P2 gefüllt. Das Eluat/Filtrat dieses Schrittes wird in Schritt 3-1. c ei- nem Wirbelstromseparationsverfahren zugeleitet und die voneinander separierten Feststoffe werden mittels einer Separationstechnik von der Wasserphase abgetrennt und in die Produktcontainer P 3 und P4 gefüllt. Die PWP werden zusammen oder getrennt in den Vorratstank V5b geleitet.
2. Weiterleitung der PWP aus Vorratstank V5 oder V5b in den Reaktionscontainer R4, in dem eine Reinigung ausgeführt wird. Anschließend wird die behandelte PWP in den Vorratstank V5c geleitet. Für die Wiederverwendung von PWP können die geklärte und gereinigte PWP des Vorratstanks V5c, in dem sich in einer Verfahrensausführung auch die geklärte, wiederverwendete und dann gereinigte PWP befinden kann, sowie die PWP aus Vorratstank V5b, enthaltend die geklärte weiterverwendete PWP des Schritts 3-1. c, eingesetzt werden. Die Einleitung der PWP in einer weiteren Prozessdurchführung erfolgt wahlweise in den Vorratstank V2 und/oder V3.
Beispiele
Sofern nicht anders angegeben erfolgten bei den Untersuchungen die folgenden analytischen Verfahren:
Der Rohproteingehalt der Proben wurde gemäß LMBG §3 5 L 03.00-27 über die Stickstoffbestimmung nach dem Dumas-Verfahren bestimmt. Zur Umrechnung des Stickstoffgehaltes in den Rohproteinge- halt der Proben wurde der Faktor 6,25 verwendet. Die Stickstoffbestimmung wurde mit dem Leco- System FP-528 durchgeführt.
Der Fettgehalt der Proben wurde nach Caviezel® mit der DGF-Einheitsmethode K-l 2c (00) bestimmt. Der Fettgehalt wurde mit einer Büchi Extraktionseinheit B-815 sowie einem Büchi Fettbestimmungsgerät B-820 durchgeführt.
Der Anteil an freien Fettsäuren in der Lipidphase wurde bestimmt methanolischer KOH-Titration. Werteangaben in Gew-% (g/100g). Der pH-Wert wurde mit einer Glaskapillarelektrode (Blue-Line, ProLab 2000, Sl-Analytics, Deutschland) bestimmt.
Die Konzentration von Benzo-a-pyren wurde nach der DGF-Methode III 17a vorgenommen.
Bestimmungen von Tröpfchen- oder Partikelgrößen erfolgten durch eine nicht-invasive Laserlicht- Rückstreuungs-Analyse (DLS) (Zetasizer Nano S, Malvern, UK). Hierzu wurden 2 ml einer zu analysierenden Flüssigkeit in eine Messküvette gefüllt und in die Messzelle eingesetzt. Die Analyse auf Partikel oder phasengrenzen-bildende Tröpfchen verläuft automatisch. Es wird ein Messbereich von 0,3 nm bis 10 μιτι abgedeckt.
Eine Quantifizierung der Trübung (Turbidimetrie) der Wasserphasen (wässrigen Emulsionen) erfolgte auch mittels einer Streulichterfassung, bei der der Wiedereintritt eines Streustrahls bei 90° mit einer Messsonde ermittelt wird, die in ein Probenvolumen von 10 ml eingetaucht wurde (InPro 8200- Messsensor, M800-1 Transmitter, Mettler Toledo, Deutschland). Der Messbereich beträgt 5 bis 4000 FTU. Es erfolgten immer Doppelbestimmungen je Probe. Die Wasserbindekapazität (WBC) der Proteinprodukte wurde bei Raumtemperatur ermittelt. Die Durchführung der Methode orientierte sich in wesentlichen Punkten an der AACC-Methode 56-20. 2 g Probe wurden auf 0,01 g genau in ein Zentrifugenglas eingewogen und mit 40 ml demineralisier- tem Wasser für eine Minute mit einem Reagenzglasrüttler vermischt. Nach 5 min und nach 10 min wurde jeweils 30 sec kräftig mit dem Reagenzglasrüttler gemischt. Anschließend wurde bei 1000*g und 20 °C 15 min zentrifugiert. Der Überstand wurde dekantiert. Das Zentrifugenglas wurde zurückgewogen. Das Gewicht der mit Wasser gesättigten Probe wurde bestimmt.
Die Fettbindekapazität der Proteinprodukte wurde bei Raumtemperatur ermittelt. 3 g wurden in einem graduierten 25 ml Zentrifugenglas in 20 ml Öl (kommerzielles Maiskeimöl) dispergiert. An- schließend wurde 15 min bei 700*g zentrifugiert. Das Volumen des nicht gebundenen Öls wurde ermittelt. Die Ölbindekapazität wird in ml Öl / g Protein angegeben.
Zur Bestimmung der Proteinlöslichkeit bei definiertem pH-Wert wurde die Methode nach C.V. Morr. Es wurde 1 g Probe in ein 100 ml Becherglas eingewogen. Unter Rühren wurden 40 ml einer 0,1 mol/l Natriumchloridlösung mit Entschäumer zugegeben. Der pH-Wert wurde auf den gewünschten Wert mit 0,1 mol/l Salzsäure oder 0,1 mol/l Natronlauge eingestellt. Der Ansatz wurde in einen 50 ml Messkolben überführt und mit 0,1 mol/l Natriumchloridlösung auf das definierte Volumen aufgefüllt. Aus der Lösung wurden 20 ml in ein Zentrifugenglas pipettiert und für 15 min bei 20.000*g zentrifugiert. Der resultierende Überstand wurde über ein Whatman No.l Filter filtriert. Im filtrierten Überstand wurde der Stickstoff nach Dumas (System Leco FP 521) bestimmt.
In der geklärten Prozesswasserphase nach Separation der Kondensate erfolgte der Nachweis von 4- O-Caffeoxylchinsäure sowie Ferulasäure.
Zur Bestimmung der Emulgierfähigkeit der Proteinfraktion wurden 20g der getrockneten Proteinmasse in entionisiertem Wasser gelöst (Dazu wird ein Teil Protein mit jeweils 10 Teilen Wasser und Öl (1:10:10) emulgiert und es wird geprüft, welche Ölmenge sich aus der Emulsion abtrennt.). Nach vollständiger Lösung erfolgte bei 25°C eine fraktionierte Hinzumischung von raffiniertem Rapsöl (Phosphorgehalt < 0,5 mg/kg) in Schritten von jeweils 10m über jeweils 2 Minuten. Hiernach wurde die Emulsion für 5 Minuten ruhen gelassen und anschließend geprüft, ob sich eine Ölphase ausbildet. Die Gesamtmenge an Öl bis zum Erreichen einer Phasentrennung wurde auf die Ausgangsmenge der Proteintrockenmasse berechnet. (Emulgieraktivitätsindex [EAI] nach Pearce und Kinessla (PEARCE, K. N., and KINSELLA, J. E.: Emulsifying properties of proteins: Evaluation of a turbidimetric technique. J. Agric. Food Chem. 26 (1978), 716-723))
Alle Untersuchungen erfolgten unter Normaldruckbedingungen (101,3 Pa) und bei Raumtemperatur (25 °C), sofern nicht anders angegeben.
Beispiel 1:
Untersuchungen zum Aufschluss von pflanzlichen Press- und Mahlprodukten
Jeweils 500g von Rapspresskuchen (RPK) in Form von Pellets mit einem Restölgehalt von 9% sowie jeweils 500g Mehl von getrockneten Linsen (LM) mit einer mittleren Korngröße von 200μιτι wurde in Bechergläser gefüllt. Es erfolgte eine Untersuchungsserie, bei der der zeitliche Verlauf und die Aufnahmemenge von wässrigen Aufschlusslösungen untersucht wurden. Hierzu wurden in der Versuchs- serie A) den Presskuchen-pellets sowie dem Mehl zunächst 250ml der wässrigen Lösungen hinzugegeben und der Inhalt der Bechergläser mit einem Knet- ührer langsam gemischt. Sobald keine freie Wasserphase mehr sichtbar war, wurden jeweils 25ml der entsprechenden wässrigen Lösungen hinzugegeben. Diese Prozedur wurde solange durchgeführt, bis sich ein homogener Brei gebildet hatte, dem keine flüssige Phase aufschwamm. Die Untersuchung wurde nach 6 Stunden beendet, sofern das Untersuchungsziel nicht bereits erreicht worden war. Mit der in der Versuchsserie A) jeweils ermittelten Menge der wässrigen Lösungen, die vollständig aufgenommen wurde, erfolgte eine weitere Untersuchungsserie (B), bei der die ermittelten Flüssigkeitsmenge unmittelbar dem Presskuchen oder dem Mehl hinzugegeben wurden und eine Mischung mit dem Knet-Rührer über eine um jeweils um 15 Minuten ansteigende Zeitdauer, für eine Gesamtdauer von 6 Stunden, erfolgte. Im Folgeversuch Bl)wurden jeweils 10g der Masse, die zum Ende jedes Untersuchungszeitraum der Untersuchungsserie B) vorlagt, in einem schmalen Glas-Messzylinder in 90ml Wasser gelöst und das Gemisch gut geschüttelt. Anschließend wurde das Sedementierverhalten der sichtbaren Bestandteile beobachtet. In einem weiteren Folgeversuch B2) wurden jeweils 10g der wie für Bl) gewonnenen Gemi- sehe in 90ml Wasser durch schütteln gelöst und anschließend durch ein Vibrationssieb mit einer Maschenweite von ΙΟΟμιτι gelassen. Der Siebrückstand wurde in einem Vakuumtrockenschrank bis zur vollständigen Trockenheit getrocknet und dann gewogen. Anhand der ermittelten Werte wurde der Zeitpunkt ermittelt, bei dem die geringste Feststoffmenge erhalten wurde. Der Siebrückstand der Wiederholungsversuche wurde aufsicht-mikroskopisch untersucht. Dabei wurde bewertet, ob die Partikel zusammenhängen und Anhaftungen von organischen Verbindungen erkennbar sind sowie die Morphologie der Partikel beurteilt.
Es wurden die folgenden wässrigen Lösungen angesetzt und verwendet: 1) Entionisiertes Wasser, 2) 0,1 molare Natronlauge, 3) SDS 3 Gew%, 4) Arginin 300mmol/l, 5) Lysin 300mmol/l, 6) Histidin 300mmol/l,
Ergebnisse:
Durch eine Beaufschlagung mit Wasser zerfiel der Presskuchen in große Partikel, es kam praktisch zu keiner Lösung löslicher Bestandteile, sodass keine vollständige Lösung der Partikel im Untersuchungszeitraum stattfand. Daher konnte das erforderliche Flüssigkeitsvolumen zur vollständigen Lösung nicht ermittelt werden. RPK und LM, die mit den Aufschlusslösungen 2) - 6) aufgeschlossen wurden und als homogene breiige Masse vorlagen, zeigten in einem wässrigen Verteilungsvolumen einen Zerfall in lösliche und unlösliche korpuskuläre Bestandteile. Bei den Mischungen, die mit den Aufschlusslösungen 2) und 3) hergestellt worden waren, entstand im Untersuchungszeitraum ein grobkörniger Brei, die maximal aufgenommene Flüssigkeitsmenge war geringer, als die bei Verwendung der Aufschlusslösungen 4) - 6). Bei der Verteilung im Versuch Bl) sedimentierten die korpuskulären Bestandteile von RPK und LM rasch bei den Lösungsansätzen 4)-6), unter Ausbildung einer schwarzen Feststoffschicht, die sich am Boden befand, einer darüber liegenden beige-farbenen Feststoffschicht und einer darüber befindlichen homogenen gelben Suspension. Bei der Verteilung der Lösungsansätze 2) und 3) setzten sich rasch große Partikel ab, kleinere Aggregate sedimentierten langsamer, sodass der Sedimentationsprozess erheblich später abgeschlossen war, als dies nach Auf- schluss mit den Verbindungen 3) -6) der Fall war. Ferner bestand keine Aufschichtung der verschie- den-farbenen Partikel in der Sedimentphase. In der Untersuchungsserie B2) war der minimal erreichbare Siebrückstandsmasse deutlich geringer bei Proben, die mit den Aufschlussverbindungen 4) - 6) behandelt worden waren, als bei Proben, die mit den Lösungen 2) und 3) behandelt worden waren. Auch nach der maximalen Einwirkdauer der Lösungen 2) und 3) war der erhaltbare Siebrückstand der Aufschlussphasen deutlich größer, als der, der mit den Aufschlusslösungen 4)-6) nach 30 Minuten erreicht worden war. In der mikroskopischen Analyse wurden zu allen Untersuchungszeitpunkten in den Präparaten, die mit den Aufschlusslösungen 1) - 3) angesetzt worden waren zusammenhängende Aggregate aus zahlreichen kleineren Partikel gefunden. Ferner waren die Aggregate oder Partikel von einer organischen Schicht überwiegend eingeschlossen, der Verbackungs- und Belegungsgrad korrelierte mit dem ermittelten Trockengewicht dieser Proben. Im Gegensatz hierzu waren nach einer Aufschlusszeit zwischen 10 (LM) und 30 ( PK) Minuten in den Proben, die mit den Aufschlusslö- sungen 4) - 6) behandelt worden waren, keine zusammenhängende Aggregate von Partikel vorhanden und die Partikel lagen vereinzelt vor. Auch befanden sich nur ausnahmsweise Anhaftungen von organischem Material an den Oberflächen der Partikel. Es wurden in diesen Präparaten watteartige oder korallenartige Gewebestrukturen entdeckt, die in einer späteren Analyse sich als cellulose- basierte Fasern herausstellten. Daneben waren Schalenanteile identifizierbar, die sich in einer späte- ren Analyse als lignin-reiche Schalenanteile herausstellten. Des Weiteren konnten helle Partikel unterschiedlicher Konfiguration identifiziert werden, die sich in einer späteren Analyse als Stärkeaggregate darstellten.
Beispiel 2
Untersuchung zu Aufschlussbedingungen bei pflanzlichen Ausgangsmaterialien.
Die folgenden Pressrückstände, die in Form von Pellets vorlag und Mahlprodukte, die in Form eines Mehls vorlagen, mit dem jeweils angegebenen Gehalt der Hauptinhaltsstoffe, wurden untersucht: Sojapresskuchen (SPK): Proteine 38Gew%, Kohlenhydrate 26 Gew-%, Faserstoffe 21Gew-%, Öl 11 Gew-%, sonstige 4 Gew-%; Rapspresskuchen (RPK): Proteine 35 Gew%, Kohlenhydrate 21 Gew-%, Faserstoffe 30Gew-%, Öl 9 Gew-%, sonstige 5 Gew-%; Jatropha-Presskuchen (JPK): Proteine 32 Gew%, Kohlenhydrate 22 Gew-%, Faserstoffe 25 Gew-%, Öl 13 Gew-%, sonstige 8 Gew-%; Hafermehl (HM): Proteine 40Gew%, Kohlenhydrate 30 Gew-%, Faserstoffe 18 Gew-%, Öl 8 Gew-%, sonstige 4 Gew-%; Linsenmehl (LM): Proteine 33Gew%, Kohlenhydrate 33 Gew-%, Faserstoffe 25Gew-%, Öl 6 Gew-%, sonstige 3 Gew-%. Es wurde zunächst die erforderliche Aufschlussdauer ermittelt, indem jeweils 50g der Ausgangsprodukte in Gläsern mit 1000ml einer 300mmolare Lösungen a) Arginin 0,2 molar, b) Histidin und Lysin jeweils 0,1 molar, c) Poly-Arginin 0,1 molar und Glutaminsäure 0,1 molar, d) NH4 0,2 molar, e) KOH, 0,2 molar, f) Harnstoff 0,3 molar, bei einer Durchmischungsfrequenz von 50/min aufgeschlossen wurden. Dabei wurde durch Beobachtung untersucht, wann keine sichtbaren Feststoff-Aggregate in der sich bildenden Suspension mehr vorlagen. Die Suspension wurde sodann durch ein Vibrationssieb mit einem Siebmaß von ΙΟΟμιτι gelassen und der Filterrückstand mikrosko- pisch, gemäß Beispiel 1, untersucht. Sodann wurde ein Test zur Bestimmung der minimal erforderlichen Volumenmenge für eine(n) vollständige(n) Durchdringung und Aufschluss der Ausgangsprodukte untersucht, indem zu je 100g der Produkte, beginnend mit einem Gewichtsverhältnis von 1:1, eine um jeweils 50ml ansteigende Menge der Aufschlusslösungen hinzugegeben wurde, unter langsamer Durchmischung über die in der Voruntersuchung ermittelte Zeitdauer, die für einen vollständigen Aufschluss für die jeweilige Aufschlusslösung erforderlich war. Zum Ende der jeweiligen minimalen Einwirkdauer wurden Proben entnommen und bei 3000 U/Min. über 3 Minuten zentrifugiert. Ein ausreichendes Volumen, zur Herstellung einer vollständigen Quellung wurde für das Massenverhältnis zwischen der Ausgangsmaterial und der Aufschlusslösung festgelegt (Pref), bei dem sich nach der Zentrifugation einer Probe nur eine minimale freie Flüssigkeitsschicht als Überstand darstelle. Je 10g der Ansätze, bei denen mit der minimal erforderlichen Volumenmenge der jeweiligen Ansätze sich eine maximal erreichbare Quellung eingestellt hatte, wurden in 90ml Stadtwasser gegeben, durch Schütteln verteilt und sodann durch ein Vibrationssieb mit einem Siebmaß von ΙΟΟμιτι geleitet. Das Eluat wurde durch ein ΙΟμιτι Feinstsieb gelassen. Der jeweilige Filterrückstand wurde in Wasser suspendiert und die hierin vorhandenen partikulären Strukturen nach einer identisch vorgenommenen Filtration mikroskopisch (Versuchsdurchführung gemäß Beispiel 1) analysiert. Der Siebrückstand wurde bei einer Versuchswiederholung getrocknet und die Substanzmenge der zurückgehaltenen Partikel ermittelt. In einer weiteren Untersuchung wurden 100g der Masse des Ansatzes Pref in 900ml Wasser mit einen Laminarmischer für 5 Minuten durchmischt. Die Suspension wurde dann durch ein Schwingsieb geleitet. Aus dem Eluat (Eluat 1) wurde eine 10ml Probe zur Bestimmung des Stickstoffgehalts entnommen. Der Siebrückstand wurde in einer Kammerfilterpresse von gebunde- nem Wasser befreit und der Restfeuchtegehalt bestimmt. Dann wurde der Pressrückstand in einer 0,5 molaren NaOH-Lösung suspendiert und über 1 Stunde gemischt. Die Suspension wurde erneut durch das Schwingsieb geleitet und der Filterrückstand mit einer Kammerfilterpresse getrocknet. Bei den erhaltenen Eluaten (Eluat 2) wurde der Gehalt an stickstoffhaltigen Verbindungen analysiert und der relative Anteil zu der Menge stickstoffhaltiger Verbindungen, die im Eluat 1 enthalten waren, berechnet. Ferner wurde das Massenverhältnis zwischen dem Proteingehalt der in Eluat 1 bei den einzelnen Untersuchungszeitpunkten bestimmt wurde und dem Proteingehalt, der im Eluat 1 bei dem eine maximale Quellung (ZP Qmax) vorlag bestimmt.
Mit dem Eluat 1 der verschiedenen Ausgangsprodukte erfolgten Untersuchungen zur Gewinnung einer Proteinfraktion. Hierzu wurden zu jeweils 10 ml des Eluates 1, tropfenweise die folgenden Lö- sungen hinzugegeben: 1) Zitronensäure, 2) Milchsäure, 3) Aluminiumchlorid, 4) Kalziumchlorid, jeweils als 10 Gew%ige Lösung. Dabei wurde der Behältnisinhalt leicht agitiert. Sobald nach einer diskontinuierlich erfolgenden Zugabe deutlich erkennbare wolkige oder flockenartige Strukturen sichtbar wurden, erfolgte vor der weiteren Zudosierung eine Untersuchung auf die Vollständigkeit der Kondensierbarkeit gelöster organischer Verbindungen. Hierzu wurde eine Probe (2ml) aus dem Reak- tionsgemisch entnommen und zentrifugiert. Zu dem Überstand wurde eine kleine Menge (50μΙ) das Kondensierungsmittel zugesetzt und hiermit gemischt. Sofern keine weitere Bildung erkennbarer Strukturen vorlag, war eine ausreichende Dosierung des Kondensierungsmittels gegeben und die Zugabe von Kondensierungsmitteln wurde gestoppt. Nach 15 Minuten Standzeit erfolgte eine Zentrifugation mit 3000/Min. Es wurde der pH des Überstandes bestimmt und eine Untersuchung des Trübungsgrades sowie auf das Vorliegen von Schwebstoffen durchgeführt. Der entstandene Feststoff wurde separiert und das Trockengewicht bestimmt. Anschließend wurde bei der erhaltenen Trockenmasse der Proteingehalt (Bestimmungsdurchführung siehe Analyseverfahren) ermittelt. Der ermittelte Wert wurde in Bezug gesetzt zum Proteingehalt, der in Pref ermittelt wurde. Ergebnisse:
Trotz eines signifikant größeren Quellvolumens das bei einem Aufschluss mit den Lösungen a) - c), im Vergleich zu den Lösungen d) - f) vorlag (+160 bis + 240 Gew% vs. + 80 bis +140 Gew%) war die Zeitdauer, um dies zu erreichen, signifikant kürzer (8 bis 20 Minuten vs. 45 bis 300 Minuten). Im Sieb- rückstand (Siebmaß ΙΟΟμιτι) nach Verteilung der Proben der Aufschlussgemische zum Zeitpunkt der maximalen Quellung in einem Verteilungsvolumen, die durch einen Aufschluss mit den Lösungen a) - c) hergestellt worden waren, zeigten sich in der mikroskopischen Analyse keine Aggregate von soliden Feststoffen, die praktisch frei waren von anhaftenden organischen Resten. Im Gegensatz hierzu waren im Siebrückstand der Aufschlussgemische, die mit den Lösungen d) - f) hergestellt worden waren zum ZP Q max., zahlreiche Aggregate/Konglomerate von soliden Feststoffen, die teilweise vollständig von einer organischen Masse eingeschlossen waren. Im Gegensatz zu den Siebrückständen der Proben, die mit den Lösungen a) - c) erhalten worden waren, bei denen großvolumige und expandierte cellulose-basierte Fasern vorlagen, waren solche nur vereinzelt und gering expandiert erkennbar. Auf dem Feinstfilter (Siebmaß ΙΟμιτι) des Eluates der zuvor erfolgten Filtration waren praktisch keine partikulären Strukturen nach einem Aufschluss mit den Lösungen a) bis c) zu erkennen, während es bei den Eluaten, die aus einem Aufschluss mit den Lösungen d) bis f) erhalten worden waren, zahlreiche Feststoffpartikel vorlagen, die teilweise für eine Verlegung der Filterfläche führten; diese Partikel waren überwiegend cellulose-basierte Fasern, die eine starke Belegung mit organischen Verbindungen aufwiesen. Das Trockengewicht der Siebrückstande nach Aufschluss und Verteilung der löslichen und gelösten Konstituenten war bei den Proben, die aus dem Aufschluss mit den Lösungen d - f ) erhalten worden waren, signifikant größer, als bei denen, die durch einen Aufschluss mit den Lösungen a) - c) erhalten wurden (+ 130 bis + 350 Gew%). Der Proteingehalt im Eluat 1 zum ZP Qmax (sowie zu allen anderen Messzeitpunkten) war signifikant höher, wenn ein Aufschluss der Ausgangsmaterialien mit einer der Lösungen a) - c) erfolgt war (58 bis 82 Gew%), als nach Aufschluss mit den Lösungen d) - f) (49 bis 56 Gew%). Durch einen Aufschluss des Siebrückstands mit einer Lauge wurden bei dem Material, das nach einem Aufschluss mit den Lösungen a) bis c) erhalten worden war, praktische keine Proteine mehr freigesetzt, während im Siebrückstand des Aufschlussgemisches nach Ansatz mit den Lösungen d) bis f) zwischen 8 und 22 Gew% an Proteinen herausge- löst wurden.
Mit den Kondensierungsmitteln konnte im proteinhaltigen Eluat 1, das nach einem Aufschluss mit den Lösungen a) bis c) erhalten worden war, bereits nach Hinzugabe geringer Volumina, eine Kondensierung in Form von großvolumigen wolkenartige Strukturen beobachtet werden, die zu einer Klärung der zuvor stark trüben Wasserphasen führten und bei denen die Kondensate nur sehr lang- sam sedimentierten. Die Volumina die für eine vollständige Kondensation ausreichend waren betrugen für die Lösungen 1 - 4. zwischen 2 und 12 Vol%. Im Gegensatz hierzu waren zur Kondensierung der Eluate nach einem Aufschluss mit den Lösungen d) - f) deutlich höhere Volumenzusätze erforderlich bzw. eine Klärung der der Wasserphase nicht möglich/erreichbar (Kondensierungslösung 4 ohne Effekt, daher ohne Ergebnis)(Zugabevolumen zwischen 15 und 26 (maximal zulässiges Dosiervolumen) Vol%). Der pH der geklärten Wasserphasen der Eluate, die nach Aufschluss mit den Lösungen a) bis c) erhalten worden waren lag in einem Bereich zwischen 6,8 und 7,5. Im Gegensatz hierzu lag der pH-Bereich zwischen 3,8 und 5,2, nach einer Zugabe der Kondensierungslösungen 1 - 3, bei denen es zu einer Kondensation kam, bei den Eluaten, die mit den Aufschlusslösungen d) bis f) hergestellt worden waren.
Beispiel 3
Untersuchung zur Gewinnung von Proteinprodukten Für die Untersuchungen wurden nicht pelletierter Sonnenblumen-Saatpresskuchen (SPK) sowie ein Sojaschrot (SS) verwandt, mit Anteilen der Hauptkomponenten von: Proteine 36 Gew%, Kohlenhydrate 27 Gew-%, Faserstoffe 23 Gew-%, Öl 9 Gew-%, sonstige 5 Gew-% bzw. Proteine 42 Gew%, Kohlenhydrate 25 Gew-%, Faserstoffe 21Gew-%, Öl 10 Gew-%, sonstige 2 Gew-%. Es erfolgte eine Unter- suchung zur Aufschlussdauer und der Bestimmung des minimalen Aufschlussvolumens gemäß Beispiel 2 mit den Aufschlussverbindungen a) Histidin 0,2 molar, Lysin 0,1 molar, Valin-Isoleucin-Peptid 0,2 molar; b) Lysin 0,1 molar, Glutaminsäure 0,1 molar; c) Arginin 0,2 molar, d) Poly-Lysin und Histidin 0,2 molar. Der geringste Zeitbedarf für einen vollständigen Aufschluss bei Vorliegen des größten Quellvolumens war gegeben bei SPK durch Aufschlusslösung c), bei einer Zeitdauer von 7 Minuten und einem Volumenverhältnis der Aufschlusslösung zum SPK von 2,5:1 und bei SM durch Lösung d) bei einer Zeitdauer von 8 Minuten und einem Volumenverhältnis der Aufschlusslösung zum SPK von 3:1. Es wurden jeweils 5kg SPK und SM mit den vorgenannten Lösungen und Konzentrationen der Aufschlussverbindungen sowie den Einstellungsparametern bei 25°C in einem Behältnis, das eine kontinuierliche Durchmischung erlaubte, aufgeschlossen. Der erfolgreiche Aufschluss wurde geprüft, durch den in Beispiel 2 beschriebenen Versuch, indem 50g der Aufschlussmasse in 1000ml Wasser durch Schütteln verteilt wurden und anschließend durch ein Vibrationssieb mit einem Siebmaß von ΙΟΟμιτι geleitet wurden. Der Aufschluss war vollständig, wenn im Filterrückstand keine Aggregate der soliden Feststoffe mehr vorlagen. Das Wasservolumenzugabeverhältnis für die Verteilungsphase wurde ermittelt, indem eine Verdünnungsreihe angefertigt wurde, bei der zu 50g des Aufschlussge- misches Wasser in ansteigendem Mengenverhältnis hinzugegeben wurde und nach einem kräftigen Schütteln in einem eine 2-stufige Filtration mit eine Siebmaß von ΙΟΟμιτι und ΙΟμιτι des Gemisches erfolgte. Es wurde das Wasservolumenverhältnis ausgewählt, bei dem bei einer aufsichtmikroskopischen Prüfung keine Anhaftungen von organischem Material an den soliden Filterrückstandsfraktionen zu erkennen waren sowie kein erkennbarer Belag auf dem ΙΟμιτι Sieb zu er- kennen war. Die Gesamtzugabemenge an Wasser zur Verteilung der Inhaltsstoffe wurde für den SPK auf ein Verhältnis zur Trockenmasse von 8:1 und bei SS auf 12:1 festgelegt. 10% des ermittelten Wasservolumens wurden dem Aufschlussgemisch hinzugegeben, um die breiartige Masse fließ- und pumpfähig zu machen. Es erfolgte eine Einleitung in ein Rohrsystem, das mit einem online-Rotor- Stator-Schermischer (LDF, Fluko, Deutschland) verbunden war. Dem Leitungssystem angeschlossen war ein Einlauf für Wasser aus einem Vorratsbehälter, die Zuleitung und Dosierung der Volumenströme erfolgte jeweils durch eine Exzenterschneckenpumpe, sodass ein einstellbares Mengenverhältnis dem Mischer zugeführt wurde. Die Mischung der Phasen erfolgte bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 2.500U/min und einem Volumendurchsatz von 2 l/min. Die Verteilungslösung wurde in einem Behältnis mit einem konischen Boden eingelassen, indem eine weitere Verteilung mit einem Laminarmischer erfolgte. Über einen Bodenablauf wurde die Verteilungsphase über eine 3-stufige Vibrationssiebvorrichtung (Siebmaße: 500μιτι, ΙΟΟμιτι und ΙΟμιτι) geleitet, das Eluat wurde in einen weiteren Sammelbehälter mit einem konischen Boden eingelassen und die Siebrückstände in separate Behältnisse gegeben. Proben des Eluats von je 100ml wurden portionsweise wässrige Lösungen mit ansteigenden Konzentrationen von Zitronensäure, Milchsäure, CaCI2, sowie MgCI2 ein- zeln und in Kombination hinzugegeben und die Menge an entstehendem Kondensat durch Zentrifugation nach 15 Minuten bestimmt. Die Kondensierungsmittellösung bzw. Kombination , bei der mit dem geringsten Zusatzvolumen eine vollständigen Kondensierung der gelösten organischen Verbindungen möglich war (Prüfungsverfahren gemäß Beispiel 2) wurde für die weitere Versuchsdurchführung ausgewählt: für SPK 33%ige Zitronensäurelösung in einem Volumenverhältnis von 2 Vol%, sowie 20Gew%ige CaCI2,-Lösung in einem Volumenverhältnis von 3,5 Vol%; SS 15%ige Milchsäurelösung in einem Volumenverhältnis von 4 Vol% sowie einer 20Gew%ige MgCI2,-Lösung in einem Volumenverhältnis von 4Vol%. Die Mischung erfolgte jeweils durch einen Rühreitrag dem eine Standzeit von 60 Minuten folgte. Der Behältnisinhalt wurde einem Dekanter (Baby 1, Piralisi, Deutschland) gepumpt bei einer Förderrate von 2001/h und einer Zentrifugalbeschleunigung von 3.000g. Es wurde bei beiden Versuchen eine formstabile Masse erhalten, bei der der Gehalt an Wasser, Proteinen und Kohlenhydraten bestimmt wurde. Die geklärte Prozesswasserphase (PWP1) wurde in den Auffang- tank 1 geleitet. Ein Liter der geklärten Wasserphase wurden verdampft und die Trockenmasse des Rückstandes bestimmt. Ferner erfolgte die Bestimmung des Proteingehaltes im Trockenrückstand. Die Siebrückstände wurden schließlich mittels einer Kammerfilterpresse entwässert und die erhaltene Wasserphase in den Auffangtank 1 gefüllt. Die Versuche wurden 2mal wiederholt, wobei die Wasserzugabe für die Verteilungsphase aus dem jeweiligen Auffangtank, der die geklärte Prozesswasser- phase der zuvorigen Versuchsdurchführung beinhaltete, erfolgte.
Ergebnisse:
Der SPK und das SS ließen sich anhand der ermittelten Prozessparametern in ihre Hauptkomponenten aufschließen, sodass sich die löslichen Bestandteile rückstandsfrei von den soliden Feststoffen separieren ließen. Bis zum Erreichen eines Rückstandes im ΙΟΟμιτι Sieb, der keine Anhaftungen von lösbaren organischen Bestandteilen zeigt, waren mikroskopisch unscharf begrenzte bis nicht voneinander abgrenzbare Partikel bzw. ein durchgängiger Belag auf dem ΙΟμιτι Sieb sichtbar. Sofern keine Anhaftungen lösbarer organischer Verbindungen an den soliden Feststoffrückständen, die im ΙΟΟμιτι Siebs vorlagen, mehr zu erkennen waren, lag auch kein erkennbarer Rückstand auf dem ΙΟμιτι Sieb vor. Mit der Rückstandsfreiheit organischer Anhaftungen lagen regelhaft voluminöse watteartige Gewebestrukturen im Rückstand des ΙΟΟμιτι Siebes vor. Ferner lagen im Siebrückstandes des 500μιτι Siebes ausschließlich rückstandsfreie Partikel, die in der chemischen Analyse komplexen Kohlenhydraten entsprachen, vor, bei Erreichen einer Rückstandsfreiheit der soliden Feststoffe des Siebrückstandes in dem ΙΟΟμιτι Sieb. Mit den gewählten Kondensierungsmitteln wurde eine praktisch vollständige Entfernung der gelösten Proteine erreicht, in der geklärten Wasserphase lagen < lGew% der Menge an Proteinen, die im Ausgangmaterial enthalten gewesen waren, vor. Die zentrifugal abgetrennten Massen hatten einen Proteinanteil von 64 Gew% bei SBP und von 72 Gew% bei SS. Ferner lagen Kohlenhydrate in einem Anteil von 34 Gew% und 26 Gew% vor. Der Restfeuchtegehalt der Massen betrug 72 Gew% bzw. 67 Gew%. Bei der Wiederholung der Untersuchungen, bei denen die nach der Proteinabtrennung geklärte Wasserphase vollständig wieder eingesetzt wurde, ergaben sich keine prozeduralen Unterschiede im Prozessablauf im Vergleich zur initialen Prozessdurchführung. Tendenziell erhöhte sich der Proteinanteil in der erhaltenen Proteinfraktion geringfügig.
Beispiel 4
Untersuchung zur Detoxifikation und Entbitterung von Pflanzensamenkomponenten und Pflanzen- kornprodukten
Untersucht wurden jeweils 500g Presskuchen von Jatropha-(JKP) und Soja(SPK) sowie Mehle von Markterbsen (MEM) und Lupinen (LM) mit einer mittleren Korngröße von 300 μιτι. Der Aufschluss erfolge bei JPK und SPK mit einem wässrigen Lösungsgemisch aus Arginin 0,3molar, Lysin 0,2 molar und Alanin 0,2 molar (pH 12,2) in einem Volumenverhältnis von 1,5:1 und bei MEM und LM mit einem wässrigen Lösungsgemisch aus Arginin 0,2molar, Lysin 0,3molar, Phenylalanin 0,2 molar, Benylglutamat 0,1 molar in einem Volumenverhältnis von 2,5:1. Nach vollständiger Durchmischung erfolgte eine Standzeit von 6 Stunden, wobei jeweils die Hälfte der Ansätze bei 25°C (t25) und bei 50°C (t50) in einem geschlossenen Gefäß gelagert wurden. Die Verteilungsphase erfolgte mit Leitungswasser in einem Volumenverhältnis von 9:1 bei JPK und SPK sowie 8:1 bei MEM und LM. Die Mischung und Trennung der wässrigen Proteinlösungen sowie die Prüfung auf Vollständigkeit der Entfernung von gelösten Verbindungen erfolgten, wie in den Beispielen 2 und 3 beschrieben. Die erhaltenen Proteinmassen wurden in ein Filterkissen gefüllt (Siebmaß 80μιτι) und mit einem Druck von 100kg/cm2 entwässert und dehydriert. Es wurde der Restfeuchtegehalt vor und nach der Dehydrierung bestimmt. Von der dehydrierten Proteinfraktion wurde Probe für die Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens entnommen. Hierzu wurden jeweils 0,5g einer Probe in einem 100ml Erlenmeyerkolben in 50ml destilliertem Wasser suspendiert. Nach Agitation für 1 Stunde bei 20 °C, wurde die freie Wasserphase durch Aufgabe auf eine G3 Glasfritte befreit, zusammen mit der Glas- fritte wurde das Probenmaterial bei 2.000g für 15 Min zentrifugiert. Anhang der Menge der abzentrifugierten Flüssigkeit und des Probengewichts wurde der Wasserretensionswert (WRR) errechnet (Formel siehe unter Methoden). Die dehydrierten Proteinpräparate wurden durch 3 Sachverständige verkostet. Hierbei wurden bewertet: Geschmacksneutralität, Vorliegen von Adstringen- zien/Bitterstoffen, Mundlöslichkeit. Es wurden Proben des Ausgangsmaterials sowie der erhaltenen Proteinmasse zur Analyse der Proteinkonzentration sowie der Toxine/Bitterstoffe vorgenommen und hieraus die erreichte Reduktion berechnet.
Ergebnisse:
Mit den Ausschlussverfahren konnten faser-freie Proteinlösungen erhalten werden, bei denen eine vollständige Kondensation und Separation der Proteine erreicht wurde. Der Proteingehalt lag zwischen 62 und 81Gew%. Durch eine mechanische Extraktion konnte eine Dehydrierung der erhaltenen breiigen Proteinmassen erreicht werden. Dabei wurde der Wasseranteil von 150 bis 280 Gew% auf 50 bis 80 Gew% reduziert, sodass die kompatierten Proteinfraktionen eine formstabile Konsistenz aufwiesen. Es wurden WRR-Werte zwischen 51 und 75% für die erhaltenen dehydrierten Proteine, die sich sehr gut in einer Wasserphase resupendieren ließen, ermittelt. Bei der sensorischen Bewertung bestand bei keiner der Proben ein arttypischer Geschmack, die Präparate waren vollständig oder annähernd geschmacks-neutral. Auch waren keine Bitterstoffe wahrnehmbar und es kam zu keinem adstringierenden Effekt. Alle dehydrierten Proteinpräparate lösten sich rasch im Mund und hinterließen ein angenehmes Mundgefühl. In der chemischen Analyse konnte eine Reduktion der toxischen oder unerwünschten Verbindungen bei den erhaltenen dehydrierten Proteinfraktionen gegenüber dem Ausgangsmaterial gezeigt werden, z. B. eine Reduktion von Sojabohnen-Agglutinine um 92 Gew% und für freie Fettsäuren auf Werte < 0,1 Gew%.
Beispiel 5
Untersuchung zum Separierbarkeit von komplexen Kohlehydraten und Stärkekörnern sowie deren Eigenschaften.
Je 500g der folgenden zu einem Schrot oder einem grobkörnigen Mehl mechanisch desintergierten Ausgangsmaterial (mittlere Korngröße/Verteilungsbereich) wurden untersucht: Linsen (LG)(375/80 - 1.080μιτι), Erbsen (EG) (290/50 - 780μιτι), Soja (SG) (350/120-2.300μιτι) und Mais (MG) (245/180- 2.100μιτι). Es wurde ein Aufschlussverfahren gemäß Beispiel 2 mit 1) Poly- Arginin + Lysin 0,3 molar; 2) Histitidin + Poly-Lysin + Benzylglutamat 0,2 molar, die in Wasser gelöst vorlagen, verwandt. Es erfolgte zunächst eine Untersuchung zur Bestimmung des maximalen Quellvolumens und der Bestimmung des Verteilungsvolumens zur Erlangung einer ausreichenden Verteilung der Inhaltsstoffe gemäß den Beispielen 1 bis 3. Die Präparate LG und SG wurden nach dem Quellverfahren gemäß Beispiel 1, mit anschließender Verteilung in einem Verteilungsvolumen, aufgeschlossen. Bei den Präparaten EG und MG ein Aufschluss durchgeführt, indem die Präparate unmittelbar der Gesamtvolu- menmenge der wässrigen Phasen, die in der Voruntersuchung für den Aufschluss der Inhaltsstoffe ermittelt worden war, hinzugegeben wurden. Die Filtration erfolgte mit einem Sieb (Siebmaß 180μιτι), das von der Suspension überströmt wurde. Der Siebrückstand wurde in Wasser in einem Gewichtsverhältnis von 1: 3 resuspendiert und die Suspension 2-stufig filtriert (Siebmaße 500 und 150μιτι). Die Filterrückstände wurden auflichtmikroskopisch gemäß der Bewertungskriterien des Bei- spiel 1 analysiert und es wurde eine Analyse der Größenverteilung der Partikel mittels differentieller Siebung (Analysette 3, Fritsch, Deutschland) durchgeführt. Der Siebrückstand des 500μιτι Siebs (SR 1) wurde auf ein Sieb gegeben und in einem Umluft-Trocknungsofen bei 70 °C getrocknet. Eine Probe des Filterrückstandes des Feinsiebs 150μιτι/$ 2^υ^ ebenfalls getrocknet und der Rest gekühlt gelagert. Bei dem getrockneten SR 1 wurde erneut einer Analyse zur Größenverteilung der Partikel vorgenommen. Hiernach wurden die getrockneten Rückstände vermählen auf eine mittlere Korngröße von 150 bis 250μιτι und anschließend für Backversuche verwandt. Hierzu wurden je 50g des Mehls mit 35ml Wasser 2g Bäckerhefe und 0,2g Salz gemischt und für 1 Stunde gelagert und anschließend gebacken. Die Volumina der Backproben nach der initialen Zubereitung und nach der Ruhephase wurde ermittelt. Zum Vergleich wurden Backproben mit handelsüblichen Mehlen der Ausgangsmate- rialien sowie mit einem Mehl, das aus den jeweiligen Ausgangsmaterialien unter Erhalt eines vergleichbaren Mahlergebnisses gewonnen wurde und unter Verwendung der gleichen Zubereitungsbedingungen hergestellt. Die Backergebnisse wurden von 4 Sachkundigen sensorisch bewertet hinsichtlich des Volumens und der Luftkammerverteilung des/im Backgut(es), des Geschmacks und des Mundgefühls.
Ergebnisse:
Sowohl mit dem Quellungsverfahren, als auch bei der unmittelbaren Verwendung eines Flüssigkeitsvolumens, das dem Summenvolumen entspricht, welches für eine maximale Quellung und ausreichende Verteilung der Bestandteile des Ausgangsmaterials erforderlich ist, konnte ein Aufschluss der löslichen und unlöslichen Bestandteile des Ausgangsmaterials vorgenommen werden. Von dem Fil- terrückstand, der nach Separation der löslichen Bestandteile des Ausgangsmaterials erhalten wurde, wurden bei einer erneuten Verteilung in einer Wasserphase nur geringe Menge löslicher Bestandteile herausgelöst. Aus der Suspension solider Feststoffe konnten mit einem Grobfilter (500μιτι) praktisch selektiv komplexe Kohlehydrate, die in Form von intakten Stärkekörnern sowie Bruchstücke solcher vorlagen, abgetrennt werden, die, wie in der Mikroskopie erkennbar war, gequollen waren. Anhaf- tungen von anderen Bestandteilen waren nicht zu erkennen. In der Siebanalyse zeigte sich, dass es durch die Trocknung zu einer Reduktion der Korngrößen der Partikel um 140 bis 250 % gekommen war. Das getrocknete Material ließ sich leicht zu einem gries-artigen Granulat zerreiben und zu einem feinen Mehl mahlen. Das Mehl hatte einen Kohlenhydratanteil von > 95%. Der Anteil stickstoffhaltiger Verbindungen lag bei < 1%, der Anteil von Faserstoffen lag bei < 0,5 Gew%.
Im Backversuch war das Volumen der Backproben, die mit den Mehlen, die aus dem Aufschlussverfahren hergestellt worden waren, gegenüber dem Mehl das aus dem Ausgangsmaterial hergestellt wurde, beim Anteigen um 150 bis 220vol% und nach dem Backvorgang um 270 bis 310vol% größer und im Vergleich zu Vergleichsprodukten beim Anteigen um 60 bis 110vol% und nach dem Backvorgang um 120 bis 180 vol% größer. Die Luftkammerverteilung war bei den Backproben, die mit einem Mehl aus dem Aufschlussprozess zubereitet worden waren feiner gegenüber einer Zubereitung mit einem Vergleichspräparat und deutlich feiner verteilt, als bei einer Zubereitung mit einem Mehl des Ausgangsmaterials. Die sensorische Bewertung ergab ein sehr gutes Geschmacksergebnis und Mundgefühl für Backproben, die mit einem Mehl der komplexen Kohlenhydraten, die durch den Aufschluss erhältlich waren, hergestellt worden war, die vergleichbar oder besser zu einer mit einem Vergleichspräparat hergestellten Backprobe, waren. Bei den Backproben, die mit einem Mehl der Ausgangsmaterialien hergestellt worden waren, kam es zu eine negativen Bewertung des Geschmacks und des Mundgefühls.
Beispiel 6
Untersuchung zum Aufschluss und Separierbarkeit von lignin-reichen Schalenanteilen und cellulose- basierten Fasern.
Der Kammerfilterrückstand nach Aufschluss des Jatropha- (JPK) und des Rapspressrückstandes (RPK) aus Beispiel 2 der eine Restfeuchte nach dem Pressvorgang von 35 bzw 45 Gew% hatte, wurden für den folgenden Versuch verwandt. Je 100g des bröckeligen Rückstandes wurden in 2 I Leitungswasser (LW) mit einem Schermischer für 60 Sek. verteilt. Aus der agitierten Suspension erfolgte nach Passage eines Vorsiebs mit einem Siebmaß von 500μιτι mittels einer Pumpe die Einleitung in einen Hydrozyclon (Akavortex, AKW, Deutschland) bei einem Differenzdruck von 1 bar. Der Unterlauf wur- de aufgefangen und im Verhältnis 1:5 mit Leitungswasser gemischt und erneut dem Hydrocyclon zugeleitet. Der Oberlauf beider Separationsvorgänge wurde durch ein Vibrationssieb mit einem Siebmaß von 200μιτι von Schwebstoffen befreit, unter Erhalt des Siebrückstands 1 (SR 1). Der Unterlauf wurde durch ein 200μιτι Vibrationssieb von der freien Wasserphase und Kleinstpartikeln getrennt, unter Erhalt des Siebrückstands 2 (SR 2). Die Massen der lignin-reichen Schalen (SR2) sowie eine Probe der cellulose-basierten Fasern des (SRI) wurden auf einem Feinsieb verteilt und mittels Warmluft getrocknet. Die übrige Masse der cellulos-basierten Fasern wurde für die Durchführung weiterer Untersuchungen nach einer Auspressung des gebundenen Wasser gekühlt gelagert. Es wurden dann Proben für eine mikroskopische und chemische Analyse entnommen. Der getrocknete SR2 wurden durch eine Walzung vereinzelt. Es wurden Proben zur aufsicht-mikroskopischen sowie zur chemischen Analyse der Zusammensetzung der Partikel entnommen. Zur Prüfung der Wasserbindungskapazität wurden je 100 g in ein schmal-basiges Becherglas gefüllt, das im Bodenbereich einen seitlichen Ablauf hatte. Es wurde tropfenweise Wasser von oben auf das Schalenmaterial aufgeben bis Wasser aus dem Auslass austrat. Es wurde das Volumenverhältniss zwischen der Trockensubstanzmenge und dem gebundenen Wasser berechnet. Der gleiche Versuch wurde anstatt mit Was- ser, mit einem Lampenöl durchgeführt und die Ölbindungskapazität errechnet. Eine Probe des SRI wurde in ent-ionisiertem Wasser in einem Volumenverhältnis von 1:10 für 3 Minuten durch Rühren suspendiert und anschließend die Dimensionen der hierin befindlichen cellulose-basierten Fasern mit einem FiberLab FS 300 (Valmet) bestimmt. Der gesamte Versuch wurde wiederholt, wobei anstatt eines Frischwassers (LW) die geklärte Prozesswasserphase (PWP 1) des Beispiels 3 in gleicher Menge verwandt wurde. Die nach dem Separationsprozess erhaltenen Prozesswasserphasen des Wiederho- lungsversuchs, wurden vereinigt und als PWP 2 unter gekühlten Bedingungen gelagert.
Ergebnisse:
Der Filterrückstand, enthaltend die soliden Feststoffe, die im Anschluss an das Aufschlussverfahren erhalten wurden, konnten bei einer erneuten Verteilung in Wasser leicht resuspendiert und hydrati- siert werden, was erkenntlich war an einer raschen spontanen Separation der lignin-reichen Schalen- anteile von den cellulose-basierten Fasern, die rasch sedimentierten, während die cellulose-basierten Fasern nur eine geringe Sedimentationsrate aufwiesen. Mittels eines Hydrocyklon konnte bei der ersten Separation eine Trennschärfe zwischen cellulose-basierten Fasern und liginin-reichen Schalenanteilen von ca. 80% für die Oberlauffraktion und ca. 70% für die Unterlauffraktion abgeschätzt werden. Nach der 2. Separation der einzelnen Feststoffphasen war das Separationsergebnis für beide Fraktionen jeweils > 95%. Mikroskopisch waren keine Anlagerungen organischer Bestandteile an den erhaltenen Feststoffpräparaten erkennbar. Die Wasserbindekapazität der getrockneten lignin- reichen Schalen betrug zwischen 250 und 300Gew% und die Ölbindungskapazität zwischen 280 und 320 Gew%. Für die getrockneten cellulose-basierten Fasern wurden Werte der Wasserbindungskapazität von 290 bis 340 Gew% und für die Olbindekapazität von 220 bis 310 Gew% ermittelt. In der chemischen Analyse der lignin-reichen Schalenanteile ergab sich ein Ligingehalt zwischen 52 und 73 Gew%.
Bei Verwendung der geklärten Prozesswasserphase PWP1, die im Anschluss an eine Kondensierung und Separation der löslichen Verbindungen aus dem Aufschlussgemische erhalten worden war, zur Hydratation der zuvor von Bindungswasser weitgehend befreiten cellulose-basierten Fasern und lignin-reichen Schalenanteilen, zeigte sich, dass im Vergleich zur Verwendung von Frischwasser eine geringere Sedimentationsrate der hydratisierten cellulose-basierten Fasern vorlag. Ferner waren die zum Ende, nach der Separation der soliden Feststoffe erhaltenen Prozesswasserphase deutlich stärker getrübt, als die vergleichbaren Prozesswasserphasen bei Verwendung einer Frischwasserphase. Ferner ergaben sich Unterschied bei den erhaltenen Produkten, bei Verwendung der PWP1 gegen- über einem Frischwasser. In einer Analyse der Volumendimensionen von cellulose-basierten Fasern, die nach Erhalt aus diesem Separationsprozess erneut resuspendiert wurden, zeigte sich, dass deutlich größere Raumvolumen (+ 158 bis + 340vol%) bei cellulose-basierten Fasern vorlagen, die mit der PWP 1 verteilt und gelöst worden waren, als bei dem Separationsprozess der unter Verwendung einer Frischwasserphase erfolgte. Ferner wurde eine größere Wasser- (WBK) und Ölbindungskapazi- tät (ÖBK), bei lignin-reichen Schalenanteilen und cellulose-basierten Fasern erreicht, wenn zur Verteilung und Spülung die PWP 1 verwandt worden war: lignin-reiche Schalenanteile: WBK + 80 bis + 120%, ÖBK + 40 bis + 110%; cellulose-basierte Fasern: WBK + 180 bis 240%, ÖBK + 30 bis +130%. Ferner lag bei dem ersten Separationszyklus mit dem Hydrozyclon eine bessere Trennschärfe für cellulose-basierte Fasern (> 90%) und lignin-reiche Schalenanteile (> 80%) vor, als dies bei dem Verteilungs- und Spülprozess mit Frischwasser der Fall war.
In der chemischen Analyse zeigte sich, dass der in den cellulose-basierten Fasern und in den lignin- reichen Schalenanteilen vorliegende Stickstoffgehalt um 40 bis 55 % geringer war, wenn die Verteilung des Pressrückstandes in der PWP 1 durchgeführt worden war.
Beispiel 7
Untersuchung zur thermischen Desintegration von pflanzlichen Ausgangsmaterialien.
Für die Untersuchungen wurden jeweils 3 kg der folgenden Ausgangsmaterialien in unzerkleinerter und unbehandelter Form mit den angegebenen Inhaltsstoffen durchgeführt: Sojabohnen (SB): Proteine 35Gew%, Kohlenhydrate 19 Gew-%, Faserstoffe 25Gew-%, Öl 18 Gew-%, sonstige 3 Gew-%; Kidney-Bohnen (KB): Proteine 38 Gew%, Kohlenhydrate 20 Gew-%, Faserstoffe 32Gew-%, Öl 8 Gew- %, sonstige 2 Gew-%; Haselnüsse (HK): Proteine 29 Gew%, Kohlenhydrate 22 Gew-%, Faserstoffe 28 Gew-%, Öl 18 Gew-%, sonstige 3 Gew-%; Erbsen (E): Proteine 40Gew%, Kohlenhydrate 32 Gew-%, Faserstoffe 22 Gew-%, Öl 4 Gew-%, sonstige 2 Gew-%; Linsen (L): Proteine 33Gew%, Kohlenhydrate 33 Gew-%, Faserstoffe 25Gew-%, Öl 6 Gew-%, sonstige 3 Gew-%. Es wurden wässrige Aufschlusslösungen (Stadtwasser) mit den folgenden Verbindungen, die vollständig in dem Wasser gelöst wurden, hergestellt: 1) Arginin 0,3 mol/l + Glutaminsäure 0,1 mol/l; 2) Lysin 0,3mol/l + Histidin 0,2 mol/l. In der Versuchsserie A) wurden die Ausgangsmaterialien SB, KB und HK jeweils in eine Aufschlusslösung in einem Gewichtsverhältnis von 1:2 in ein Behältnis gegeben und in diesem in einem Autoklaven bei einer Temperatur von 120°C und einem Druck von 1 bar über 4 bis 10 Minuten behandelt. In der Versuchsserie B) wurden die Ausgangsmaterialien E und L jeweils in eine Aufschlusslösung in einem Gewichtsverhältnis von 1:3 gegeben und das Prozessgemisch unter Durchmischung für 20 Minuten auf 80 °C erhitzt. Im Anschluss wurde die Vollständigkeit der Desintegration geprüft und erkannt an einer leichten Zerdrückbarkeit der desintegrierten Ausgangsmaterialien. Sofern diese nicht vorlag wurde der Versuch mit einer längeren Erhitzungsperiode wiederholt. Anhand einer Probe erfolgte die Bestimmung des erforderlichen Verteilungsvolumens gemäß Beispiel 3. Für die Verteilung wurden die erhaltenen noch geformten desintegrierten Massen der Ausgangsmaterialien aufge- teilt, wobei eine Verteilung in der Untersuchungsserie 1 mit dem ermittelten Verteilungsvolumen eines Frischwassers erfolgte und in der Untersuchungsserie 2, mit dem ermittelten Verteilungsvolumen der Prozesswasserphase 2 des Beispiels 6. Die Verteilung erfolgte mit einem Rotor-Stator- Mischer (LDF, Fluko, Deutschland) für 10 Minuten. Anschließend wurden die Suspensionen bei einer Temperatur von 70°C für 15 Minuten nicht agitiert und anschließend eine aufschwimmende Ölphase vollständig entfernt. Es erfolgte nach, bzw. während einer Durchmischung des Reaktionsgemisches eine Separation der soliden Feststoffe gemäß Beispiel 3. Die separierte Feststoffmenge wurde von gebundenem Wasser durch eine Schneckenpressvorrichtung befreit und eine Probe für eine mikroskopische Analyse gemäß Beispiel 1, die anhand eines Siebrückstandes nach Resuspendierung in Wasser erfolgte, entnommen; der restliche Feststoff wurde gemäß dem Beispiel 6 in die voneinander separierbaren Feststofffraktionen separiert, wobei die zu Ende der Hauptprozessphase vorliegende geklärte Prozesswasserphase zur Resuspendierung des Feststoffgemisches verwendet wurden. Die aus diesem Nebenstromprozess separierten Produkte wurden mittels einer Kammerfilterpresse entwässert und für eine weitere Verwendung kühl gelagert, sowie die erhaltenen Prozesswasserphasen vereinigt (PWP2). Von den erhaltenen stark trüben Eluatphasen wurden Proben zur Bestimmung von partikulären Feststoffen und dem Gehalt an Proteine, löslichen Kohlenhydraten sowie Neutralfetten entnommen. Es wurde eine Untersuchung zur Kondensierbarkeit der gelösten Konstituenten des Ausgangsmaterials gemäß Beispiel 3 durchgeführt. Es wurde als Ergebnis eine 30%tige Zitronensäurelösung, in der Milchsäure in mit 10 Gew% gelöst war, für die Kondensierung von SB und KB und eine Lösung mit 10 Gew% Aluminium Chlorid und 20Gew% Ascorbinsäure für Kondensierung der gelösten Konstituenten bei HK, E und L hergestellt und in der ermittelten Volumenmenge unter Durchmi- schung hinzugegeben. Nach einer Standphase zwischen 15 und 60 Minuten erfolgte eine Phasenseparation mit einem Dekanter (MD80, Lemitec, Deutschland). Von den erhaltenen komprimierten Kondensatmassen sowie von den geklärten Prozesswasserphasen wurden Proben zur Analyse entnommen.
Ergebnisse:
Bei den untersuchten unzerkleinerten Samen, Bohnen und Kernen konnte eine Desintegration und eine Ab-/Auftrennung der Konstituenten des Ausgangsmaterials im Rahmen einer thermischen Behandlung erfolgen, wodurch eine vollständige Separierbarkeit der Konstituenten durch das erfindungsgemäße Aufschlussverfahren hergestellt werden konnte. So zeigte sich, dass die soliden Feststoffe des Siebrückstandes keine oder nahezu keine Anhaftungen von organischen Bestandteilen aufwiesen und leicht vereinzelbar waren, bei Abwesenheit von Aggregaten der Partikel. Andererseits war die wässrige Prozesslösung frei von Partikeln, die > 3 μιτι waren. Ferner kam es zu einer spontanen Separation von Neutralfetten, die sich in einer der wässrigen Phasen aufschwimmenden Phase sammelten und die sich in dieser Form leicht und vollständig separieren ließen. In der Analyse der wässrigen Lösungen mit gelösten Verbindungen zeigte sich, dass, umgerechnet auf das Trockenge- wicht, der Gehalt an Proteinen zwischen 70 und 82Gew%, der Gehalt an gelösten Kohlenhydraten zwischen 10 und 24 Gew% und der von Neutralfetten zwischen 6 und 13 Gew% betrug. Durch Zugabe von Kondensierungsmitteln konnte eine nahezu vollständige Kondensierung der gelösten Proteine erreicht werden, die als cremige bis standfeste Massen separierbar waren. Bei der Kondensierung wurden die in der wässrigen Lösung noch vorhandenen Neutralfette nicht oder nur zu einem minima- len Anteil in die sich ausbildende Kondensatphase eingeschlossen. Die Analyse der Bestandteile der erhaltenen Proteinfraktionen zeigte sich eine Proteinkonzentration zwischen 78 und 92 Gew%, ein Gehalt an löslichen Kohlenhydraten zwischen 7 und 22 Gew% und von Neutralfetten von unter 1 Gew%. Es wurde eine Aufschwimmen einer Lipidphase auf den geklärten Wasserphasen beobachtet. Die Lipidphasen aller Fraktionen wurden zusammengeführt und eine Phasenseparation mittels des Dekanters durchgeführt. Es wurde eine leicht trübe Triglyceridphase erhalten. Toxische Verbindungen und Gefahrstoffe, wie beispielsweise Kidneybohnen Hämagglutinine, wurden um 88 bis 96 Gew% im Vergleich zu initialen Gehalt reduziert.
Beispiel 8
Untersuchung zur EntÖlung von Ausgangsmaterialien
Die Untersuchungen wurden mit jeweils 3 kg der folgenden Ausgangsmaterialien mit den angegebenen Inhaltsstoffen durchgeführt: Sojaschrot (SS): Proteine 38Gew%, Kohlenhydrate 22 Gew-%, Faserstoffe 27Gew-%, Öl 12 Gew-%, sonstige 1 Gew-%; Erdnussmehl (EM): Proteine 30 Gew%, Kohlenhydrate 28 Gew-%, Faserstoffe 32Gew-%, Öl 8 Gew-%, sonstige 2 Gew-%; Haselnüsse gemahlen (HK): Proteine 29 Gew%, Kohlenhydrate 22 Gew-%, Faserstoffe 28 Gew-%, Öl 18 Gew-%, sonstige 3 Gew- %. Es wurde eine wässrige Aufschlusslösung (Stadtwasser) mit Arginin 0,4 mol/l hergestellt. Anhand einer Probe des Ausgangsmaterials wurde mit dem Verfahren in Beispiel 2 (Test auf ein aus- reichendes Volumen, zur Herstellung einer vollständigen Quellung), das Volumen zur vollständigen Quellung mit der Aufschlusslösung vorgenommen. Die Ausgangsmaterialien wurden in eine Mischtrommel eingefüllt, deren Inhalt aus einem Reservoir der Aufschlusslösung mit dieser besprüht wurde. Der Durchtränkungsgrad wurde alle 2 Minuten anhand einer Probe, die zerteilt wurde und der Durchdringungsgrad des wässrigen Mediums an der Änderung des visuellen Erscheinungsbildes erkennbar war, beurteilt. Bei Feststellung einer vollständigen Durchtränkung des Ausgangsmaterials wurde die Zugabe der Aufschlusslösung beendet. Nach 4 Stunden wurde jeweils eine Probe aus den Gemischen entnommen und gemäß dem in Beispiel 3 beschriebenen Verfahren das erforderliche Wasserverteilungsvolumen ermittelt. Das Aufschlussgemisch wurde in dem ermittelten Volumen mit der Prozesswasserphase 2, die im Nebenstromprozess des Beispiels 6 erhalten worden war, versetzt und wie in Beispiel 7 über 10 Minuten intensiv gemischt. Anschließend wurden die soliden Feststoffe mit einem 3-stufigen Siebverfahren (500μιτι, 150μιτι, ΙΟμιτι) mittels einer Schwing-Siebvorrichtung separiert und in einer Kammerfilterpresse entwässert. Das Filtrat wurde auf die Anwesenheit von Partikeln > 3 μιτι untersucht. Das Filtrat wurde für den weiteren Verlauf aufgeteilt nach Vorgehen 1 und 2 (VI, bzw. V2), die sich darin unterschieden, dass nach einer Standperiode von 30 Minuten das gemäß des Beispiels 3 (Untersuchung zur Kondensierbarkeit der gelösten Konstituenten) ausgewählte Kondensierungsmittel, in der erforderlichen Volumenzugabemenge eingerührt wurde nach dem Vorliegen einer Temperatur der Lösung von 30°C (VI) oder Vorliegen einer Lösungstemperatur von 60°C (V2). Nach einer Mischung wurde eine Standphase von 60 Minuten eingehalten, in der keine weitere Erwärmung der Gemische erfolgte und diese abkühlten. Der jeweils obere Anteil der geklärten Wasserphase wurde vollständig in einen Scheidetrichter abgelassen. In diesen erfolgte eine weitere Einengung einer aufschwimmenden Lipidphase. Der untere Anteil des Reaktionsgemisches, enthaltend die Kondensatphase wurde mit einem Dekanter (MD80, Lemitic, Deutschland) dehydriert. Aus den erhaltenen Proteinfraktionen wurden Proben zu Analytik entnommen.
Ergebnisse:
Mittels eines Durchtränkungsverfahrens konnte ein vollständiger Aufschluss der Konstituenten des Ausgangsmaterials erreicht werden, wobei im Vergleich zum Verfahren, bei dem eine maximale Quellung erreicht wird, 35 bzw. 40 Vol% des Lösungsvolumens für eine vollständige Quellung hierfür ausreichten. Die Wiederverwendung der Prozesswasserphase aus einem Nebenstromprozess war problemlos möglich. Im Verlauf einer Standphase nach einer Verteilung der Konstituenten in dem wässrigen Verteilungsgemisch separierte sich eine Lipidphase, die sich leicht entfernen ließ. Die aus der Verteilungsphase erhaltenen soliden Feststoffe waren ohne erkennbare Anhaftungen löslicher organischer Verbindungen. Es wurde eine partikel-freie Phase mit gelösten Konstituenten erhalten. Eine weitere Separation von Neutralfetten wurde dann im Anschluss an die Einleitung einer Konden- sierung der gelösten organischen Bestandteile beobachtet werden, wobei tendenziell eine raschere Formation einer separaten Lipidphase beobachtet wurde, wenn die Kondensatbildung in einem erwärmten Medium stattfand. Die erhaltenen dehydrierten cremefarbenen Proteinmassen wiesen, bezogen auf die Trockenmasse, die folgenden Bestandteile auf: SS: Proteingehalt 88 Gew%, Kohlenhydrate 11 Gew-%, sonstige 1 Gew-%; EM: Proteingehalt 86 Gew%, Kohlenhydrate 22 Gew-%, sonsti- ge 2 Gew-%; HK: Proteine 79 Gew%, Kohlenhydrate 20 Gew-%, sonstige 1 Gew-%. Der Anteil an Neutralfetten lag bei allen Proben < 1 Gew%. Beispiel 9:
Untersuchung zur Aufreinigung von Prozesswasserphasen.
Die Untersuchungen erfolgten mit Prozesswasserphasen des Hauptprozessschritts 5) (PWP HP) und dem Nebenstromprozessverfahren 3-I (PWP NSP), die mit einer der erfindungsgemäßen Aminosäure- und/oder Peptid-Lösungen im Rahmen der Versuche 4, 5 und 7, durchgeführt worden waren und jeweils nach Separation der Kondensate bzw. soliden Feststoffe erhalten wurden sowie Zuleitung der Wasserphasen, die bei der Entwässerung der Kondensate und Feststoffe anfielen zu den entsprechenden Prozesswasserphasen. Ferner wurden die entsprechenden Prozesswasserphasen von Wiederholungsversuchen dieser Untersuchungen, die mit diesen Prozesswasserphasen bereits er- folgt waren, verwandt. Die Prozesswasserphasen wurden in 3 verschiedenen Aufreinigungsanordnungen einer Aufreinigung unterzogen, deren Hauptfunktion eingeteilt werden kann in eine A) Entfernung von Gift-/Gefahrstoffen, B) Entfernung von organischen Verbindungen, C) Entkeimung/Haltbarmachung der PW-Phasen. Hierzu erfolgte die jeweilige Einleitung in eine Reaktionscontainer, der die folgenden Ausstattungsmerkmale hatte: A} einem konischen Bodenauslass zur Aufnahme von Filtermedien, wie Aktivkohle oder Silicagelen, befindlich zwischen 2 Feinsieben, einer Rührvorrichtung, Messinstrumenten, zur Messung beispielsweise von pH und Temperatur, unterschiedlichen Befüllungsvorrichtungen, die z.T. verbunden sind mit Titrationsvorrichtungen. Der Reaktionscontainer ist aus Edelstahl, beheiz- oder kühlbar und entspricht den ATEX-Schutzvorschriften. Er ist anschließbar wahlweise an eine Elektrodialyseeinheit (EDE) oder an eine Vakuumdestillationsein- heit (VDE). B) Der Reaktionsbehälter ist ausgestattet mit einer Rührvorrichtung, Messinstrumenten, zur Messung beispielsweise von pH, Temperatur, lonenkonzentrationen, Leitfähigkeit und hat unterschiedliche Befüllungsvorrichtungen, die z.T. verbunden sind mit Titrationsvorrichtungen. Der Reaktionscontainer ist aus Edelstahl und beheiz- oder kühlbar. Er hat einen Bodenablauf der wahlweise verbunden ist mit einer Filtrationseinheit zur Feinstfiltration/Ultrafiltration (FFE/UFE) oder mit einem Separator (S) oder Dekanter (D). C] Der Reaktionscontainer ist ausgestattet mit einer Rührvorrichtung, Messinstrumenten, zur Messung beispielsweise von pH und Temperatur, unterschiedlichen Befüllungsvorrichtungen, die z.T. verbunden sind mit Titrationsvorrichtungen. Der Reaktionscontainer ist aus Edelstahl, beheiz- oder kühlbar und druckbeaufschlagbar (DB). Er ist wahlweise anschließbar an eine Rohrleitungs-Bestrahlungseinheit (RBE) oder eine Ultrafiltrationseinheit (UFE).
In der Untersuchungsserie 1 (Ul) werden die folgenden Hauptprozesswasserphasen (Beispiel- Nummer/Ausgangsmaterial) mit den aufgeführten Behandlungsschritten und Prozessbedingungen aufgereinigt:
Ula) Bsp 4/JPK: A) Titration mit HCl auf pH 3/Prozesstemperatur 90°C für 1 h + Mischen/Neutralisation mit NaOH/ Ausleitung über EDE; B) Einleitung Kalziumkarbonat/Rührvorgang 15 Min/Ausleitung über FFE in V5a.
Ulb) Bsp. 4/SPK: A) Einleitung von Ethanol/Titration NH4 auf pH13/Mischen lh/Ausleitung über VDE in V5a
Ulc) Bsp. 5/EG/l: B) Einleitung Al/Cl2/Mischen 15 Min. Ausleitung über S; C) Temperatur 60°C 45 Min/Ausleitung in V5a.
Uld) Bsp 7/HK: B) Einleitung Kieselgur/Mischen lh/ Ausleitung über D; C) Titration auf pH 12 mit NaOH/Mischen 15 Min/Ausleitung über UFE in V5a.
Uld) Bsp. 5/LE/2: C) Temp 80°C bei BD 1,5 bar 15 Min/Ausleitung über UFE in V5a.
Ule) Bsp. 7/KB: A) Titration mit HCl auf pH 5/Mischen 15 Min/Ausleitung über Silikagelbett; C) Titration mit NaOH auf pH 8/Mischen 10 Min/Ausleitung über RBE in V5a. In der Untersuchungsserie 2 (U2) erfolgen Aufreinigungen der Nebenstromprozessschritte (Angaben, wie bei Ul):
U2a) Bsp. 6/JPK/PWP2: A) Titration mit HCl auf pH 3/Prozesstemperatur 90°C für 1 h + Mischen/Neutralisation mit NaOH/ Ausleitung über EDE in V5b.
U2b) Bsp. 6/RPK/PWP2: B) Einleitung Kalziumkarbonat/Rührvorgang 15 Min/Ausleitung über FFE in V5b.
U2c) Bsp. 7/SB/2/PWP2: A) Einleitung von Ethanol/Titration NH4 auf pH13/Mischen lh/Ausleitung über VDE; C) Titration mit HCl auf pH 8/Ausleitung über UFE in V5b.
U2d) Bsp. 7/E/1/PWP2: B) Einleitung AICI2/Mischen 15 Min. Ausleitung über S; C) Temperatur 60°C 45 Min/Ausleitung in V5b.
E) Bsp. 7/L/1/PWP2: C) Temperatur 60°C 45 Min/Ausleitung über RBE in V5b.
Aus den PWP wurden vor Einleitung und nach Ausleitung der Aufreinigung Proben für die Analytik (u.a. HPLC von Aminosäuren/Peptiden, Toxinen wie Phorbolester; TOC; Mikrobiologie) entnommen. Ergebnisse:
Im Vergleich zu den Gehalten der eingesetzten Aminosäuren und/oder Peptide, die in den PWP HS vorl agen, waren die Gehalte in den PWP NSP um 8 bis 18 Gew% höher. Gleichzeitig waren die Gehalte der eingesetzten Kondensierungsmittel in den PWP NSP um 25 bis 45 Gew% geringer als in den PWP HS. Durch den Reinigungsschritt A) wurde eine Reduktion von in den PWP enthaltenen Toxinen, wie Phorbolester bei Ula) und U2a) um 89 und 92 % erreicht werden, sowie von Lectinen bei Ulb) sowie U2c) um 95 und 100% oder Phytat in U2C um 98% sowie anderer Gefahrstoffe, wie Insektizide oder Fungizide um > 90% aus den Prozesswasserphasen entfernt oder inaktiviert. Mit dem Reinigungsschritt B) konnte u.a. eine Reduktion organischer Verbindungen aus den Prozesswasserphasen von zwischen 55 und 95% erreicht werden, so wurde z.B. TOC in Ulc), Uld) sowie U2b und U2d) um 65, 72, 68 und 89% reduziert, insbesondere konnten erhöhte Konzentrationen von gelösten Kohlen- hydraten reduziert werden, wie in Ulc) und Ulb) um 76 und 88%. In dem Reinigungsschritt C) konnte eine Reduktion der Keimzahl bzw. lebensfähiger Sporen um 98 bis 100% der behandelten PWP erreicht werden.
Beispiel 10
Untersuchung zur Prozessführung bei Wiederverwendung von Prozesswasserphasen.
Im Prozessschritt 1) wurden 100 kg Raps-Pressrückstand der durch eine Schneckenpressung zur Abtrennung der Ölfraktion erhalten wurde verwandt, mit einem Gehalt der folgenden Grundkomponenten: Protein 45%, Kohlenhydrate 32%, Faserstoffe 12%, Schalen 8%, Fette 2% und in einen Reaktorcontainer (Rl) gegeben. Hinzugegeben und untergemischt wurde in dem Prozessschritt 2a) 1501 einer wässrigen Lösung in der die folgenden Aminosäuren gelöst im Vorlagetank 1 (VI) vorlagen: Arginin 0,3molar, Lysin 0,2molar, Alanin 0,2molar. Es wurde eine homogene Mischung mit einem Knetrührer im Rl vorgenommen. Nach einer Standzeit von 5 Stunden bei 20°C wurden im Prozessschritt 2b) jeweils 10kg der feuchten Masse in einen weiteren Reaktor (Ria) befördert. Für die erste Verteilungsphase wurden 100 I Stadtwasser, die in dem Vorratstank V2 vorlagen, in den Reaktorcontainer Ria) gegeben und mit einem Propellerrührer eine Suspendierung der Aufschlussmasse vorge- nommen. Mittels einer Pumpe wurde die Suspension im Bypass durch eine Kolloidmühle geleitet, durch die eine Intensivmischung erfolgte. Anschließend Durchleitung der Suspension durch eine 3- fach Vibrationssiebeinheit Mod. 450LS18S33 (Sweko, Deutschland) bestehend aus einem 450μιτι, ΙΟΟμιτι und einem 20μιτι Sieb in dem Verfahrensschritt 3. Das Filtrat wurde in den Reaktorcontainer R2 geleitet. Die mit den verschiedenen Filtern ausgetragenen Filterrückstände wurden vereinigt und in einer Kammerfilterpresse entwässert. Die Pressflüssigkeit wurde dem Reaktionscontainer R2 zugeleitet. Der gepresste Filterrückstand wurde im Nebenstromverfahrensprozessschritt 3-la in den Reaktionscontainer R3 gefüllt und beim ersten Verfahrensdurchlauf mit Stadtwasser in einem Verhältnis von 10:1 bis zur vollständigen Suspension gemischt. In subsequenten Prozessabläufen erfolge eine Einspeisung dieses Wasservolumens aus dem Vorratstank V5a. Die Suspension wurde im Neben- stromprozessschritt 3-1 b durch ein Schwingsieb (Siebmaße 500) geleitet und die erhaltene Suspension anschließend in dem Nebenstromprozessschritt 3-lc in einem Hydrocyclon (Akavortex, AKW, Deutschland) mit einem Druck von 1,5 bar gepumpt. Der Differenzdruck betrug 1 bar. Die Unterlauf- sowie die Oberlaufphasen werden jeweils einem 2-fach Schwingsieb (125μιτι und 20μιτι bzw. 200 und 20 μιτι) aufgegeben. Die beiden Filtrate (PWP 2) werden vereinigt und in den Vorratstank V5b geleitet. Die Filterrückstände werden separat einer Kammerfilterpressung unterzogen und anschließend in die Produktcontainer P2 bis P4 gefüllt. Das Filtrat der Filterpresse wurde ebenfalls in den Vorratstank V5b) eingeleitet.
Im Prozessschritt 4) wurde die wässrige Lösung von Kondensierungsmitteln (Zitronensäure 30 Gew%) durch eine Dosiereinheit in den Reaktionscontainer R2 eingeleitet und mittels einer Rührvorrichtung untergemischt. Der Prozessfortschritt wird visuell und mittels einer kontinuierlichen pH-Metrie überwacht. Es sollte ein pH des Reaktionsgemisches von 6,6 nicht unterschritten werden. Nach einer Verweildauer von 1 Stunde war eine Sedimentation von organischen Kondensaten abgeschlossen und die Suspension wurde in dem Prozessschritt 5 durch den konischen Bodenauslass des Reaktions- Containers einem Dekanter (Pirallisi, Baby 11/ 2800 g) zugeleitet. Die kondensierte und dehydrierte Proteinmasse wurde in den Produktcontainer PI gefüllt. Die separierte Prozessflüssigkeit wurde in den Vorratstank 5a geleitet.
Die aus dem Nebenstromprozess erhaltene Prozesswasserphase 2 im Vorratstank V5b wurde dem Reaktionscontainer R4 geleitet, der bei dieser Anwendung das Ausstattungsmerkmal B) gemäß Bei- spiel 9 hatte. Nach der Ausleitung wurde das gereinigte Prozesswasser in den Vorratstank V5c geleitet und bis zur Wiederverwendung gelagert.
In weiteren Ansätzen, wurde wie beschrieben mit dem Aufschlussgemisch aus Reaktor 1 verfahren, wobei zum Zwecke der Wiederverwendung der Prozessflüssigkeiten die Prozessführung wie folgt verändert wurde: In den subsequent durchgeführten Prozessschritten V2a wurden das zum Lösen der eingestehen Aufschlussverbindungen erforderliche Wasser aus dem Vorratstank V5c dem Vorratstank V2 zugeleitet. Das in dem Vorratstank V5b befindliche Prozesswasser wird in den Vorratstank V3 geleitet und bis zu erforderlich Verteilungsvolumen für den durchzuführenden Prozessschritt bei Bedarf mit Stadtwasser aufgefüllt wird. Ferner erfolgt eine Einleitung der Prozesswasserphase, die im Vorratstank V5a gelagert ist, zum Reaktionscontainer R3 in dem Nebenstromprozessschritt 3- la.
Die Proteinfraktionen konsekutiver Prozessdurchläufe, die im Produktcontainer PI vorlagen, wurden hinsichtlich der Zusammensetzung und der Trockenmasse untersucht. Die Feststofffraktionen, die in den Produktcontainer 2 bis 4 vorlagen, wurden über den weiteren Verlauf mikroskopisch (gemäß Beispiel 1) untersucht.
Die Proteinmasse des Produktcontainers PI wurde mit Leitungswasser 1:1 verdünnt und in einen Vakuum-Sprühtrockner gepumpt. Es wurde ein blass gelbliches Pulver erhalten. Die Schalenfraktion des Produktcontainers P3 wurde mit einem Dekanter entwässert und anschließend mit einem Bandtrockner getrocknet. Die Faserfraktionen des Produktcontainers P2 wurden auf einen Bandtrockner aufgegeben und getrocknet. Ergebnisse:
Nach der initialen Einleitung von Frischwasser zur Durchführung der Hauptprozessschritte V2 und V3 konnten die im Anschluss an die jeweils erfolgten Abtrennungen der Lösung oder Suspension eingesetzten Wasserphasen zurückgewonnen und im Prozess wieder eingesetzt werden. Hierdurch konn- te ein vollständiges Recycling der eingesetzten Wasserphasen erreicht werden. Die erhaltenen Fraktionen waren hinsichtlich ihrer Beschaffenheit und Zusammensetzungen im Verlauf der Untersuchungen nicht unterschiedlich. Die Proteinfraktion hatte einen Proteinanteil von 68Gew% (erste Abtrennung) bzw. 67Gew% (9. und letzte Abtrennung). Auch die Restfeuchte und das Trockengewicht der Proteinfraktion änderten sich im Verlauf der subsequenten Extraktionen nicht. Weder an den Schalen noch an den Fasern waren Anhaftungen von Proteinen oder Kohlenhydraten sichtbar.
Beispiel 11
Reinigung/Konditionierung und Funktionalisierung von Prozessprodukten.
Die folgenden Produkte (Beispiel-Nummer/Ausgangsmaterial/Produktnummer) aus den zuvor aufgeführten Beispielen, die mit einer der erfindungsgemäßen Aminosäure- und/oder Peptid-Lösungen hergestellt worden sind, wurden für die Durchführungen der Nebenstromverfahrensschritte (NSV) 3-1 sowie 4-1 mit den angegebenen Verfahrensschritten (a) - c)) verwandt:
1. ) Bsp. 4/SPK/P3 + P4: NSV3-la und -Ib: Materialeinlage in eine 5 Gew%-DMSO-Lösung
2. ) Bsp. 6/JPK/P3 + P4: NSV3-la: Durchleitung einer ethanolischen Dampfphase durch das Produkt
3. ) Bsp. 7/KB/P2 + P3: NSV3-lb und Ic): Durchspülung mit einer Nanoemulsion aus Arginin und Ölsäu- re
4. ) Bsp. 7/E/P1: NSV 4-lb: Durchleitung eines Wasserdampfs von 125°C
5. ) Bsp. 8/SS/P1: NSV 4-la: Durchleitung einer 30Gew%igen Ethanol Lösung
6. ) Bsp. 8/EM/P1: NSV4-lc: Mischung mit Kalziumcarbonat (5 Gew%)
Die Produkte befanden sich während der Behandlung in einer Filterkammer (2.) - 5.)) oder wurden in einem Reaktionscontainer verteilt bzw. gemischt (1) bzw. 6.)). Die abschließende Prozesssierung erfolgte durch Auftrag auf eine Bandtrocknungsvorrichtung (2.), 3.), 4.),6.)) wobei 3.) zunächst mit einer Presse entwässert wurde. Bei 1.) wurde die freie Wasserphase durch ein Sieb abgelassen und die feuchte Masse zur Formulierung eines Proteinpulvers (P3) sowie eines Tiernahrungsmittelgranulates (P4) verwendet. Bei 6.) erfolgte eine Sprühtrocknung.
Ergebnisse:
Mit den Verfahren zur Reinigung und/oder Oberflächenmodifikation und/oder Einbringung von Verbindungen konnten die Produkte PI - P4 aus dem Haupt- und den Nebenstromverfahren behandelt werden. Dabei konnten wasserunlöslichen Verbindungen, wie Farbstoffen, sowie Toxinen, wie Phorbolester, um 62 bis 98% entfernt/reduziert werden. Ferner konnten Oberflächen der Produkte erhalten werden, bei denen eine Hydrophobe oder hydrophile oder anti-statische Oberflächenfunktionalität eingerichtet worden war. Ferner konnten den Produkten Verbindungen hinzugefügt, bzw. mit ihnen verbunden werde, wodurch eine bessere Formulierbarkeit resultierte. Durch die Verfahrenstechniken kam es praktisch zu keinen Produktverlusten.
Beispiel 12
Untersuchung zu physikalischen Eigenschaften von Proteinfraktionen.
Für die Untersuchungen wurden die folgenden Produkte (Beispiel-Nummer/Ausgangsmaterial/ Produkt/Aufschlusslösung) verwendet: 1.) Bsp. 2/SPK/Pl/a; 2.) Bsp. 2/HM/Pl/b; 3.) Bsp. 2/LM/Pl/c; 4.) Bsp. 2/SPK/Pl/e; 5.) Bsp.2/HM/Pl/f; 6.) Bsp. 2/LM/Pl/d; 7.) kommerzielles Sojaproteinkonzentrat, 8.) kommerzielles Milchproteinkonzentrat. Als Referenz (Ref.) wurde frisches Hühnerei-Eiweiß verwendet.
Die Proteinpräparate wurden in Leitungswasser suspendiert, sodass 10Gew%ige (bezogen auf die Trockenmasse) Suspensionen erhalten wurden. Nach 6 Stunden wurden die Schaumbildungskapazität (SBK) sowie die Schaumstabilität (SSt)der Proteinlösungen untersucht (pH 7), die über 10 Minuten bei 20°C mit einer elektrischen Rührvorrichtung aufgeschlagen wurden. Es wurde die relative Volumenzunahme des erzeugten Schaumes im Verhältnis zum Ausgangsvolumen bestimmt. Für die Bestimmung der Schaumstabilität wurde das Verhältnis des Schaumvolumens nach 60 Minuten, zu dem nach der Schaumherstellung kalkuliert. Die Festigkeit der Schäume wurde durch die Penetrationsgeschwindigkeit (Pen) eines Messkörpers für die Durchdringung einer Wegstrecke von 4 cm ermittelt. Zur Prüfung der Emulsionsstabilität wurden 5 Gew%ige Proteinlösungen (pH 7) raffiniertem Sojaöl gemischt (Ultrathurrax, Deutschland, lO.OOOrpm über 20 Sekunden) und über 4 Tage bei 20°C (LS20°) und 30°C (LS 30°) gelagert. Im Anschluss wurde die flüssige Phase über ein Sieb abgelassen und das Verhältnis zwischen deren Gewichtsmenge und dem Ausgangsgewicht der Emulsion kalkuliert. Die Oberflächenhydrophobizität (Hl) der luftgetrockneten Proteine wurde mit l-Anilinonaphthalen-8- sulphonat (ANS, Sigma, Deutschland) Reagenz gemäß dem Verfahren von Kato & Nakai (1983) untersucht. Die ANS-Bindung bei Verwendung von Phosphatpuffer (pH 7) mit verschiedenen Konzentrationen wurde fluoreszenzspektroskopisch (Perkin Elmer LS-50, Germany) bestimmt. Als Referenzwert wurde die Anstiegssteilheit des Fluoreszenzgraphen bei der Bestimmung an getrocknetem Hühnerei- Eiweiß verwandt. Das Wasserbindungsvermögen (WBK) wurde ermittelt, indem die hydratisierten Proteine mit einem Filter (Siebmaß ΙΟμιτι) in einer Unterdrucknutsche von freiem Wasser befreit wurden und der nicht mehr fließfähige Rückstand gewogen und in einem Trockenschrank getrocknet und dann das Trockengewicht bestimmt wurde. Aus der Gewichtsdifferenz im Verhältnis zum Tro- ckengewicht wurde das Wasserbindungsvermögen berechnet. Die Bestimmung des Fettbindungsvermögens (FBK) wurde getrocknete Proteinpräparate in gepulverter Form verwandt. Dabei wurden jeweils 10 g in ein schmal-kaliebriges Glasrohr, das unten mit eine Cellulose-Filterpapier abgedichtet war tropfen-weise mit einem raffinierten Rapsöl beschickt. Bei Erreichen des Öl an dem Filterpapier wurde zu Zugabe gestoppt und das Verhältnis zwischen der Zugabemenge, die von dem Pulver tro- penfrei gehalten wurde, zur eingesetzten Menge des Proteins, berechnet.
Ergebnisse: (numerische Ergebnisse siehe Tabelle 1)
Die erfindungsgemäß hergestellten Proteinprodukte (1-6) hatten hervorragende Emulgierungseigenschaften, die sich durch eine große Schaumbildungskapazität und Schaumstabilisierungsstabilität auszeichneten, die dem Referenzprodukt (H-E) entsprach und erheblich besser war, als die, die mit Proteinfraktionen, die mit einem nicht-erfindungsgemäßen Aufschlussverfahren erhalten worden waren, diese Eigenschaften waren auch deutlich besser als, die, die mit Proteinkonzentraten aus dem Stand der Technik erreicht werden konnten. Dies manifestierte sich auch in einem größeren Zusammenhalt derartiger Proteinschäume, was erkennbar war, an einer erheblich geringeren Penetrierbarkeit dieser Schäume, die signifikant geringer war, als die bei den Schäumen, die mit den Proteinpräparaten aus dem Stand der Technik hergestellt worden waren. Bei den erfindungsgemäß hergestellten Proteinen besteht eine erheblich geringere Oberflächenhydrophobizität, als dies bei Proteinen der gleichen Art der Fall ist, bei denen kein erfindungsgemäßes Aufschlussverfahren erfolgt ist. Gleichwohl besteht eine deutlich größere Aufnahme/Haltekapazität für Fette, als dies bei Proteinfraktionen, die nicht erfindungsgemäß hergestellt worden waren oder dies bei Proteinkon- zentraten aus dem Stand der Technik der Fall ist. Diese Eigenschaft ist auch für die gefundene deutlich größere Emulsionsstabilität, die die erfindungsgemäß hergestellten Proteinfraktionen mit einem Öl bilden, verantwortlich zu machen. Die mit den erfindungsgemäß hergestellten Proteinfraktionen erhaltenen Öl- in-Wasser-Emulsionen wiesen über den Verlauf von 4 Tagen eine deutlich größere Stabilität auf, als dies bei Emulsionen mit Proteinen, die nicht erfindungsgemäß hergestellt worden waren oder bei Proteinen aus dem Stand der Technik der Fall war. Bei letzteren bildete sich rasch, infolge einer Vergrößerung der Öltröpfchen, eine Änderung des Aussehens der Emulsion, von milchig-weiß nach ölig-gelb.
Beispiel 13
Untersuchung zu sensorischen und funktionellen Eigenschaften von Proteinfraktionen.
Für die Untersuchungen wurden jeweils 2kg Haferflocken (HF), Erbsenmehl (EM) und Maismehl (MM) verwandt. Die Gewinnung der hierin enthaltenen Proteinfraktion erfolgte indem das jeweilige Ausgangsmaterial in einer wässrigen Lösung enthaltend Arginin 0,2 Gew%, Histidin 0,1 Gew% und Alanin 0,5 Gew% in einem Gewichtsverhältnis von 0,8 bis 1,5 (Lösung/Feststoff) über 4-6 Stunden durchtränkt wurden (Verfahren gemäß Beispiel 1). Anschließend erfolgte eine Verteilung in Leitungswasser in einem Volumenverhältnis von 8:1 bis 10:1 (Volumenbestimmung gemäß Beispiel 3), wobei die Mischung mit einem Stabmixer erfolgte. Hiernach Einleiten der Suspension in eine Kammerfilterpresse. Das jeweilige Filtrat wurde in 3 Fraktionen aufgeteilt, denen die folgenden Lösungen mit Kondensierungsmitteln hinzugemischt wurden (Dosisfindung und Verfahrensdurchführung ge- mäß Beispiel 3): 1. Zitronensäure in einer Konzentration von 10Gew% in einem Volumenverhältnis von 5 bis 10%, 2) Milchsäure mit einer Konzentration von 15Gew% in einem Volumenverhältnis von 8 bis 12% sowie CaCI2 (10Gew%) hinzugemischt wurden. Nach einer Standzeit von 2 Stunden erfolgte eine Separation mit einem Dekanter (MD80, Lemitec, Deutschland). Die erhaltene Masse wurde mit Leitungswasser in einem Volumenverhältnis von 1:1 mitgemischt und anschließend mit dem Dekanter dehydriert. Aus der erhaltenen halbfesten Proteinmasse wurden Proben zur Analytik (TM, Proteingehalt) entnommen. Anhand des ermittelten Trockengewichtes wurde eine Suspension der Proteinmassen mit Leitungswasser hergestellt, sodass die Proteinkonzentration 10 Gew% betrug. Hiervon wurden Proben einer Sprühtrocknung zugeführt. Für Vergleichszwecke wurden die Untersuchungen auch mit je 2 handelsüblichen Proteinkonzentraten (Proteingehalte ca. 60 und 80 Gew%) von Soja (SP1 und SP2) und Milch (MP1 und MP2) sowie (als Referenz zur Emulgierfähigkeit) Hühnerei-Eiweiß (HE) durchgeführt bzw. entsprechende Suspensionen hiermit hergestellt.
Die Suspensionen wurden auf die Emulgiereigenschaften untersucht und der Emulgieraktivitätsindex [EAI] nach Pearce und Kinessla ermittelt (Durchführung siehe Untersuchungsmethoden). Die Wasserlöslichkeit (WL) wurde untersucht, indem 10g eines Pulvers in 100ml entionisiertes Was- ser mit einem Magnetrührer mit 400rpm in einem Becherglas agitiert und dem Medium alle 60 Sek. ein 2 ml Aliquot entnommen wurde, bei dem unmittelbar eine Partikelgrößenbestimmung mit einem Laser-Streulicht-Analysegerät (Zetasizer, Malvern, Deutschland) erfolgte. Eine vollständige Lösung galt dann als erreicht, wenn < 10% der analysierten Partikel > ΙΟμιτι waren. Es wurde die Zeitdauer bis zum Erreichen einer vollständigen Löslichkeit ermittelt (WL/sek). Ferner wurde der Wasserretensionswert (WRR) bestimmt, indem 0,5g der Proteinpulver in einem 100ml Erlenmeyerkolben in 50ml destilliertem Wasser suspendiert und für 1 Stunde bei 20 °C agitiert wurden. Die freie Wasserphase wurde durch Aufgabe auf eine G3 Glasfritte entfernt, zusammen mit der Glasfritte wurde das Probenmaterial bei 2.000g für 15 Min zentrifugiert. Es wird die Menge der abzentrifugierten Flüssigkeit und das Probengewicht bestimmt. Der WRR errechnet sich nach der im Methodenteil angegebenen Formel. Ferner erfolgten flüssige Zu bereitungen der Proteinpräparate mit einem ionen-armen Wasser, sodass eine flüssige(Zl) (Trockenmasse 10Gew%) und eine hal bfeste Masse (12) (TG 50 Gew%) hergestellt und von 4 Sachkundigen verkostet wurden. Bewertet die Zerkaubarkeit (ZB) (nicht für ZI), die Feinheit des (zerkauten) Materials (FH) sowie das Mundgefühl (MG) nach einer Ausprägungsskala von 1 (sehr gering/sehr schlecht) bis 10 (sehr hoch/sehr gut). Ergebnisse: (numerische Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt).
Aus den Ausgangsmaterialien konnten Proteinfraktionen separiert werden, die einen Proteingehalt von 68 bis 86 Gew% aufwiesen. Eine Sprühtrocknung konnte bei allen Präparaten durchgeführt werden. Die erhaltenen gepulverten Proteine zeigten eine sehr gute und rasche Wasserlöslichkeit (95 - 98%) sowie sehr hohes Wasserrückhaltevermögen, die/das größer war, als die/das der Vergleichsprodukte. Ferner bestand eine überlegene Emulgierfähigkeit, die dem von Hühnerei-Eiweiß entsprach. Die sensorische Bewertungen der mit Wasser hergestellten flüssigen und kaufähigen Zubereitungen waren deutlich besser, als die der Vergleichsprodukte. Es bestand bei allen erfindungsgemäß hergestellten Produkten eine Abwesenheit eines art-typischen Geruchs oder Geschmacks, ferner wurden keine Fehlaromen festgestellt.
Beispiel 14
Untersuchung zu Anwendungen von lignin-basierten Pflanzenschalen zur Ölbindung
Die lignin-reichen Schalenfraktionen, die aus den Versuchen 6 (Jatropha (JS), Raps (RS)), 3 (Sonnenblume (SS)) und von einem Aufschluss von Apfelkernen (AS) als Produkt 3 eines oder mehrerer Auf- schlussverfahren, die mit den erfindungsgemäßen Aminosäure- und/oder Peptidlösungen erfolgt sind sowie einer lignin-reichen Schalenfraktionen von Jatropha und Raps, bei denen ein Aufschluss mit NaOH (NO) erfolgt ist, gewonnen und hergestellt worden waren, wurden luftgetrocknet und vereinzelt. Es wurde die mittlere Größenverteilung der Partikel sowie das Raumgewicht ermittelt.
In ein Glasrohr mit einem Durchmesser von 10mm das eine konische Spitze hatte, die durch ein of- fenporiges PP-Gewebe abgeschlossen war, wurde das getrocknete Schalenmaterial bis zu einer Höhe von 20cm eingefüllt. Es wurde das Gewicht der eingefüllten Schalenmasse bestimmt. Zum Vergleich wurden in gleicher Weise kommerzielle Öladsorptionsmittel (ÖAM1: Clean Sorb, BTW, Deutschland; ÖAM2: PEA SORB, Zorbit, Deutschland) in gleichartige Glasrohre gefüllt. Die gefüllten Glasrohre wurden senkrecht in einer Halterung montiert, wobei die Spitzen jeweils in ein Bad mit Sonnen blumenöl und in einem weiteren Versuch mit Ölsäure eingetaucht. Es wurde alle 5 Minuten die Höhe der Öl- lauffront, die durch eine Veränderung der Farbe, bzw. der Reflektion deutlich erkennbar war, registriert. Die Versuche wurden nach 2 h beendet und die Öl-Steighöhe (Ö-StH 1) sowie Differenzmenge des Öl bades zum Ausgangsvolumen (ads. Öl 1) bestimmt. Anschließend wurde der gesamte Füllinhalt der Steigrohre sorgfältig in ein Becherglas ausgeblasen und gewogen. Hiernach wurden jeweils 100ml Ethanol hinzugegeben. Die Suspensionen wurden unter Luftabschluss und Erwärmung auf 60°C mit einem Magnetrührer über 30 Minuten agitiert. Anschließend Ablassen der Flüssigphase mit einer Nutsche und 2-malige Spülung (Ethanol/H20) des Siebrückstandes der Schalenmasse, die anschließend bei 60°C über 12 h getrocknet wurde. Dann wurde das Gewicht und die Konsistenz der getrockneten Massen bestimmt/ermittelt (Gew-Diff). Anschließend wurde der Versuch mit den erhaltenen getrockneten Massenfraktionen wiederholt und erneut die Ölsteighöhe (Ö-StH 2) und das Volumen des adsorbierten Öls (ads. ÖI2) bestimmt.
Ergebnisse (numerische Ergebnisse in Tabelle 3) Die mit den erfindungsgemäßen Aufschlusslösungen gewonnene und hergestellten lignin-reichen Pflanzenschalen, wiesen im Gegensatz zu lignin-reichen Schalenanteilen, eine sehr rasche und hohe Aufnahmeleistung für Öle auf, die auch besser war, als die von vergleichbaren kommerziellen Öladsorbern. Dies betraf sowohl die Aufnahmeleistung gegen die Schwerkraft, als auch das adsor- bierte Gesamtvolumen. Eine Reinigung von den adsorbierten Ölen durch ein Lösungsmittel war weitgehend vollständig möglich bei den lignin-basierten Pflanzenschalen, die mit den erfindungsgemäßen Aufschlusslösungen erhalten worden waren, während bei nicht erfindungsgemäß gewonnenen lignin-reichen Schalenanteilen sich das adsorbierte Öl nur unvollständig entfernen ließ. Auch bei den kommerziellen Produkten war die Extraktion eines adsorbierten Öls unvollständig. Bei einem erneu- ten Zyklus mit den zuvor gereinigten Adsorptionsmitteln waren bei den lignin-reichen Schalenanteilen, die mit den erfindungsgemäßen Aufschlusslösungen hergestellt worden waren, die Geschwindigkeit und die Menge der Ölaufnahme vergleichbar mit der des zuvor durch geführten Versuchs, während die Öladsorptionsleistung bei den übrigen gereinigten Präparaten deutlich hinter der des ersten Einsatzzykluses blieb.
Beispiel 15
Untersuchung zur Verwendung von lignin-reichen Pflanzenschalen zur Öl-Abscheidung aus ölhaltigen Aerosolen.
Lignin-reichen Pflanzenschalen von Jaropha (JKP) aus dem Beispiel 4 hergestellt mit den Ausschlusslösungen a) Arginin 0,2 molar (JKPa) und d) NH4 0,2 molar (JKPd), wurden zwischen 2 Siebplatten von 10 x 10cm mit einer Füllhöhe von 2cm verteilt und die Siebe in einem Rahmen arretiert. Der Siebrahmen wurde in einen Luftschacht seitlich dicht abschließend eingebracht. Eine Druckluftquelle sorgte für einen konstanten Luftfluss (70°C) durch den Filter mit einem Volumenstrom von 50m3 /h. In den Luftstrom wurde ein Ultraschallvernebler platziert, der eine Öl-Wasseremulsion mit einer konstanten Rate vaporisierte. Es wurde der Druck der sich unterhalb des Filters aufbauende monitoriert. Oberhalb des Siebes erfolget der Luftauslass über einen Ölnebelabscheider (contec), der einen 99,5%igen Rückhalt von Öl aus einem Luftgemisch gewährleistet. Zum Vergleich wurden in weiteren Versuchen konventionelle Luftfilter(LF), Stahlgeflechtfilter (SGF), Aktivkohlefilter (AKF), Membranfilter (MF), in dem Luftschacht montiert. Die Versuche wurden nach 30 Minuten beendet, dabei wurde ein Ölvolumen von 20ml vaporisiert. Im Anschluss wurde der Membranfilter entnom- men und das Differenzgewicht zum Ausgangswert ermittelt. Die lignin-reichen Schalenanteile wurden aus dem Filtergehäuse entnommen und in einem Becherglas in Aceton suspendiert und gebundenes Öl extrahiert. Die separierten Aceton-Phasen wurden verdampft und der Rückstand gewogen. Die Ölabscheiderate wurde aus der Gewichtsdifferenz des Öladsorptionsflieses und dem vernebelten Öl berechnet. Ergebnisse:
Bei Verwendung eines Membran- und eines Aktivkohlefilters kam es zu einem Druckanstieg im zuführenden Luftschacht (max. Druckdifferenz 35 bzw. 52mbar) durch eine Luftstromwiderstandserhö- hung. Bei Verwendung von JKPd) bestand zu Beginn ein höherer Druck, als bei Versuchen mit lignin- reichen Schalenanteilen, die mit den erfindungsgemäßen Aufschlusslösungen erhalten worden waren (JKPa). Bei diesem kam es im Verlauf des Versuches auch zu keiner Druckerhöhung im Zufuhrschacht, während sich der Druck bei Präparat JKPd) leicht erhöhte. Die Ölabscheidungsrate betrug bei den konventionellen Luftfiltern zwischen 48 und 62 Gew%. Nicht erfindungsgemäß hergestellte lignin- reichen Schalenanteile hatten eine Ölabscheiderate von 55Gew%, während die lignin- reichen Scha- lenanteile, die mit den erfindungsgemäßen Aufschlusslösungen hergestellt worden waren, eine Ölab- scheidungsrate von 98 Gew% aufwiesen. Aus dieser Fraktion konnten 18,4 g Öl durch Extraktion zurückgewonnen werden, während bei dem Präparat JKPd) nur 5,2 g zurückgewonnen werden konnten.
Beispiel 16
Untersuchung zur Verwendung von cellulose-basierten Pflanzenfasern und Proteinfraktionen für Nahrungsmittelzubereitungen.
Es wurden die folgenden cellulose-basierten Fasern aus den angegeben Beispielen verwandt: Jatropha aus Beispiel 11 (Versuchsnummer 2) (JF), Erbse aus Beispiel 7 (Aufschlusslösung 1)(EF), Kidney-Bohnen aus Beispiel 7 (Aufschlusslösung 2) (KBF) und Soja aus Beispiel 7 (Aufschlusslösung 1) (SF). Es wurden tief-gefrorene gelagerte Präparate mit einer Restfeuchte zw. 40 und 60 Gew% (GFP), sowie getrocknete und mit einer Scheibenmühle zu einem Pulver gemahlene Präparate (GTP) der cellulose-basierten Fasern verwandt. Die GFP wurden nach dem Auftauen in Wasser mit einem Stabmixer resuspendiert und anschließend in einem Filtertuch auf eine Restfeuchte zwischen 70 und 80Gew% ausgepresst. Als Vergleichspräparate wurden Cellulosefaserpräparate, die aus einer Vermahlung von Spelzen oder Stängelmasse von Weizen (WF) und Bambus (BF) und die als Pulver mit einer Faserlänge von < 30 μιτι vorlagen, verwendet. Bei einem Teil erfolgte eine Suspendierung in entionisierten Wasser, gefolgt von einer Pressung, sodass die erforderliche Restfeuchte erhalten wurde.
Ferner wurden die folgenden Proteinprodukte (Beispiels-Nr./Nr. Aufschlusslösung bzw. Versuchsnummer) ausgewählt: Hafer (HP) (Bsp. 2/a)), Sonnenblumen (Bsp. 3/a))(SP), Lupinen (Bsp. 4/-) (LP) und Bsp. 11/ Versuchsnummer 5). Die Präparate waren frisch mit einer Restfeuchte von 70 bis 80Gew% (FP) oder lagen als Pulver (TP) einer Sprühtrocknung vor. Als Vergleichspräparate wurden ein Soja- (SPK) und ein Erbsenproteinkonzentrat (EPK) verwendet, die als Pulver vorlagen und teil- weise für die Versuche mit einem ent-ionisierten Wasser suspendiert und auf die erforderliche Restfeuchte ausgepresst wurden.
Die Zusammenbringung der Präparate sowie der Vergleichspräparate, zur Herstellung von Kombinationspräparaten (KP) aus unlöslichen Faserstoffen und Proteinen, erfolgte durch verschiedene Modalitäten: Ml: GFP + TP; M2: GTP + FP; M3: GTP + TP. Dabei wurden die Präparate bei Ml und M2 mit- einander verknetet und bei M3 gemischt, in einem Mengenverhältnis (TM) von cellulose-basierter Fasern zu Proteinen von 1:5.
Mit den erhaltenen KP erfolgte eine Bewertung der sensorischen Eigenschaften gemäß Beispiel 5. Ferner wurden folgende Speisezubereitungen hergestellt/durchgeführt:
A) Bratling: in Wasser gelöste Brühe sowie Gewürze, wurden in einer Menge den gepulverten Präpa- raten (80g je Portion) hinzugegeben, die erforderlich war, um beim Zusammenmischen eine homogene, weiche, nicht klebrige und formbare Masse zu erzeugen;
B) Käsekuchen: 300g der gepulverten Präparate plus 200g Zucker sowie Aromen und Zitronensaft wurden mittels eine Rührwerks mit einer Wassermenge gemischt, die eine sich leicht rührbare homogene Teigmasse ermöglichte. Unter die erhaltene Teigmasse wurde Eiweißschaum untergehoben und die Teigmasse in eine Mürbeteigausformung gefüllt;
C) Schaumcreme: zu 50g der gepulverten Präparate wurde Wasser in dem Zucker, Vanillezucker, sowie Vanillearoma gelöst vorlagen in der Menge zusammengerührt, bis eine leicht fließfähige homogene Masse entstanden war, anschließend erfolgte eine Homogenisierung mit einem Stabmixer bis eine Schaummasse entstanden war, hiernach wurde Wasserdampf in die Schaummasse eingeleitet bis eine standfeste Masse vorlag.
Die Zubereitungen A) und B) wurden unter standardisierten Bedingungen gegart, Zubereitung A) wurde im erhitzen Zustand, Zubereitung B) im erkalteten Zustand nach 6 Stunden und Zubereitung C) unmittelbar nach Erhalt durch 4 Sachverständige verkostet und u. a. die folgenden Eigenschaften auf einer Skala von 1 (sehr schlecht/wenig) bis 10 (sehr gut/viel) bewertet: für A): Produktzusammenhalt (PZ), Zerkaubarkeit (Z); für B) Produktzusammenhalt (PZ), Klebrigkeit (K); für C) Sahnigkeit (S), Mastigkeit (M) ferner wurden für alle das Vorliegen sensorischer Fehleindrücke bewertet, wie Faserigkeit/Körnigkeit (FK) und das Mundgefühl (MG).
Je 100 g der gepulverten KP wurde unter Luftabschluss für 6 und 12 Monate aufbewahrt und anschließend auf eine mikrobielle Besiedelung, die physikalischen Eigenschaften (z.B. Konsistenz, Rieselfähigkeit) und die Wasseraufnahmefähigkeit untersucht und mit denen, die für die KP unmittelbar nach der Herstellung dokumentiert worden waren, verglichen. Ferner wurden die Zubereitungsversuche mit den gelagerten Proben wiederholt.
Ergebnisse (numerische Ergebnisse der sensorischen Bewertung in Tabelle 4 auszugsweise dargestellt): Es ließen sich Mischungen aus den Protein- und Faserprodukten, die noch einen Restfeuchteanteil aufwiesen oder getrocknet waren, mit unterschiedlichen Modalitäten zubereiten, die entwe- der eine nicht staubende feinkörnige und nicht klebrige homogene Masse ergaben oder pulverförmi- ge Mischungen, die sich durch eine Wasserzugabe leicht zu einer homogenen nicht klebrigen Masse verarbeiten ließen. Bei Verwendung von Vergleichspräparaten, waren die erhaltbaren Mischungen teilweise nicht homogen und/oder klebrig. Es ließen sich KP mit einem Proteingehalt zwischen 52 und 75 Gew% herstellen. Die getrockneten KP zeigten im Verlauf einer Lagerung über 12 Monate keine Änderung ihrer physikalischen Eigenschaften. Es kam zu keiner mikrobiellen Belastung der Präparate. Die qualitativen und sensorischen Eigenschaften von identischen Zubereitungen, die mit den gelagerten KP hergestellt wurden, entsprachen den hier angegebenen Ergebnissen.
In der Analyse der erhaltenen gepulverten KP wurden ferner die folgende Anteilsfraktionen ermittelt: unlösliche Kohlenhydrate 22 bis 46 Gew%, lösliche Kohlenhydrate 0,1 bis 2,5 Gew%, Fette <0,01 bis 0,9 Gew%. In der mikroskopischen Analyse der KP wurde gefunden, dass bei den Herstellungsmodalitäten 1 und 2 Proteine von den cellulose-basierten Fasern eingeschlossen waren sowie mit diesen agglomeriert vorlagen. Es lagen nur wenige Partikel von Proteinen vor, die nicht an cellulose- basierten Fasern gebunden oder zusammenhängend waren. Im Gegensatz hierzu lagen die Proteine überwiegend in agglomerierter Form bei Verwendung von Cellulosefasern, die aus Spelzen- oder Stängelmasse gewonnen worden waren, vor, sodass die aggregierten Proteine die äußere Begrenzung der Agglomerate ausmachten. Ferner bestanden hier teilweise Ablösungen des Proteinbelags von einzelnen Fasern oder Aggregaten.
Bei der Zubereitung A) bestand eine Klebrigkeit der hergestellten Rohmassen, bei Verwendung von Cellulosefasern aus Spelzen oder Stängelmaterial, während dies bei Verwendung von cellulose- basierten Fasern nicht der Fall war. Bratlinge, die mit cellulose-basierten Fasern hergestellt worden waren, wiesen den besten Zusammenhalt und die beste Zerkaubarkeit auf, während es bei Bratlingen, die mit Cellulosefasern aus Spelzen- und Stängelmaterial, insbesondere wenn diese zusammen mit den Vergleichsproteinkonzentraten hergestellt worden waren, zu einem Auseinanderbrechen während des Garvorgangs kam sowie zu harten Aggregaten, die bei der Verkostung zu einer negativen Bewertung führten. Bei der Herstellung von Zubereitung B) war die Einmischbarkeit von Eiweißschaum deutlich besser möglich bei den Teigen, die mit cellulose-basierten Fasern hergestellt wor- den waren, unter Erhalt und einer gleichmäßigeren Verteilung von Lufteinschlüssen, als dies mit den Teigen, die mit Cellulosefasern, die aus Spelzen- oder Stängelmaterial hergestellt worden waren, der Fall war. Nach Garung stellte sich bei Zubereitungen, die mit KP aus cellulose-basierten Fasern und erfindungsgemäß hergestellten Proteinen hergestellt worden waren, ein deutlich größerer Zusammenhalt der Teigmasse sowie eine geringere Klebrigkeit dar, als dies der Fall bei Zubereitungen war, bei denen Cellulosefasern aus Spelzen- oder Stängelmasse sowie die Vergleichsproteinkonzentrate verwandt worden waren. Bei der Herstellung der Zubereitung C) kam es bei Verwendung von Cellulosefasern, die aus Spelzen oder Stängelmasse hergestellt worden waren, nicht zu einer Stabilisierung des Schaums durch die Wasserdampfbehandlung, während bei Präparaten, die mit cellulose- basierten Fasern hergestellt worden waren, es zu einer sehr guten Stabilisierung kam. Andererseits bestand eine geringere Schaumstabilität und eine verminderte sensorische Bewertung, wenn Kombinationspräparate aus celulose-basierten Fasern und Vergleichsproteinkonzentraten verwandt worden waren. Bei der sensorischen Bewertung wurden die Zubereitungen, bei denen cellulose-basierte Fasern verwandt worden waren, als deutlich sahniger bei gleichzeitig geringerer Mastigkeit gegenüber Zubereitungen beurteilt, die mit Cellulosefasern aus Spelzen- oder Stängelmasse oder mit den Vergleichsproteinkonzentraten hergestellt worden waren.
Beispiel 17
Untersuchung zur Formulierbarkeit von Nahrungsmittel aus erhaltbaren Produkten
Es wurde die Formulierbarkeit von Proteinfraktionen mit cellulose-basierten Faserstoffen untersucht.
Hierzu wurden die folgenden nicht getrockneten Proteinfraktionen und getrocknete (tr) oder ungetrocknete (Ntr) cellulose-basierten-Faserfraktionen (CBF) aus den zuvor genannten Beispielen verwendet: Sojaprotein (SP) aus Beispiel 11-Versuchsnummer 5, Haferprotein (HP) aus Beispiel 13, Erbsenprotein (EP) aus Beispiel 7-Aufschlusslöung Nr 1, ferner cellulose-basierte Faserfraktionen von Jatropha (JF) aus Beispiel 6, Raps (RF) aus Beispiel 6, Kidney-Bohnen (KBF) aus Beispiel 2 - Aufschlusslösung 2 und Soja (SF) aus Beispiel 11 - Versuchsnummer 1.
Die tr-CBF wurden mit einer Scheibenmühle auf eine Partikelgröße von < ΙΟΟμιτι zermahlen, die übrigen Faserstoffe wurden verwendet, wie sie aus dem Herstellungsprozess kamen. Ferner wurden zum Vergleich kommerziell erhältliche Proteinkonzentrate von Erbsen (VP1) und Soja (VP2) sowie Cellulosefasern von Hafer (VF1) sowie Weizen (VF2) (CFF, Deutschland) mit einer Faserlänge von 90μιτι verwandt. Die Proteinkonzentrate wurden mit Wasser gelöst, sodass der gleiche Wassergehalt vorlag, wie bei anderen Proteinfraktionen.
Zu jeweils 100g der Proteinfraktionen wurden in der Versuchsserie V-1 50g der Faserstoffe hinzugemischt und in der Versuchsserie V-2 so viel der jeweiligen Faserfraktion, bis ein nicht mehr zusammenhängendes krümel-bildendes Gemisch vorlag. Die erhaltenen Gemische wurden auf Backfolie ausgewalzt oder verteilt und bei 60° zur Trocknung gebracht. Anschließend wurden die getrock- neten Gemische mit einer Kegelmühle auf eine Partikelgröße von 200μιτι zermahlen. Die erhaltenen Pulver wurden mikroskopisch (Dunkelfeld und Aufsicht) beurteilt bezüglich Größe, Oberflächenbeschaffenheit und Agglomeration.
Es wurden weitere Versuchsserien zur Beschichtung von cellulose-basierten Fasern vorgenommen: V-3. Die noch feuchte Fasermasse wird 2-mal mit einer 10%ige Zitronensäurelösung über 30 Minuten gespült, die Entfernung des Wassers erfolgt mit einer Filterpresse, dann wird die Fasermasse in eine Lösung aus den Proteinfraktionen (TG 15 Gew%) in einer Menge hinzugegeben bis eine nicht klebrige klein-krümelige Masse entstanden ist. Nach Lufttrocknung wird der Beschichtungsvorgang 3-mal wiederholt.
V-4. Cellulose-basierte Fasern, die mittels Heißluft getrocknet worden waren, wurden mittels eines einer Schneidmühle vereinzelt und in eine hoch-viskose Proteinsuspension eingerührt. Anschließend Ausstrich auf einem Fließ und Heißlufttrocknung.
V-5. Die wie in V-4 vorbereiteten cellulose-basierten Fasern wurden in einer rotierenden Trommel unter kontinuierlichem Luftstrom mit Proteinsuspensionen, die mit einem Druck von 20bar vernebelt wurden, beschichtet. Dieser Prozess erfolgte so lange, bis ein Trockensubstanzmengen-Verhältnis von 10:1 der Proteine und cellulose-basierten Fasern, eingebracht worden war.
Je 10g der erhaltenen Pulver wurden in 10ml Wasser (25°C) unter kontinuierlichem Rühren (lOOrpm) gelöst. Alle 10 Sekunden wurde die Agitation gestoppt und der Lösungsfortschritt bis zur vollständigen Lösung beobachtet, bei einer maximalen Beobachtungsdauer von 10 Minuten. Die erhaltenen getrockneten Fraktionen wurden mit einer Prallmühle auf eine Korngröße von 200 bis 300μιτιζθΓΐθΝΐ.
Mit je 50g der erhaltenen Pulver wurden die Emulgierungseigenschaften bei der Herstellung einer Soße und die sensorischen Effekte untersucht, indem zunächst eine Curry-basierte Gewürzmischung in lOOmlml Wasser bei 70°C suspendiert wurde und dann unter kontinuierlichem Rühren die Pulver hinzugegeben wurden. Der Rührvorgang wurde über 10 Minuten bei 90°C fortgesetzt, danach wurden die Soßen stehen gelassen und sensorisch bei einer Temperatur von 60°C von 4 Sachkundigen 2- mal verbündet beurteilt. Bei der sensorischen Prüfung (Sensorik 1) wurden bewertet: das Mundgefühl, die Geschmacksfülle, Fehlgeschmack (Bewertungseinteilungen siehe Tabelle 5). Die Soßen wurden bei einer Temperatur von 25°C auf die folgenden Eigenschaften (Eigenschaften 1) untersucht: Konsistenz, Absetzungen, Fließeigenschaften, Hautbildung (Bewertungseinteilungen siehe Tabelle 5).
Mit je 200 g der gepulverten Präparater erfolgte ein Backversuch zur Herstellung von Muffins. Hierzu wurden 3 Eier schaumig schlagen unter Zugabe von 160 g Zucker und 50g Butter sowie Aromen und 0,5 g Salz. Danach wurden 150 ml Wasser sowie die Präparate und 2 g Natriumbicarbonat untergerührt. Für Referenzbackproben wurden anstatt des Wassers Milch und anstatt der Präparate ein Weizenmahl in gleicher Menge verwendet unter sonst identischen Bedingungen. Bei den Backproben erfolgte eine sensorische Prüfung (Sensorik 2) durch 4 Sachkundige nach den Bewertungskriterien: Mundgefühl, Geschmacksfülle, Kaueigenschaften (Bewertungseinteilungen siehe Tabelle 5).
Ferner wurde die folgenden Eigenschaften (Eigenschaften 2) untersucht: das Volumen der Backergebnisse (Wertangabe als Verhältnis zum Volumen der Referenzprobe), die Gleichmäßigkeit der Lufträume im Backgut und die Komprimierbarkeit eines Würfels von 1cm3 der mit durch einen Stempel zusammengedrückt wurde, hierbei wurde das Gewicht bestimmt bis eine Kompression um 5mm erfolgt war. Ferner wurde nach 10 Minuten bestimmt, um wieviel Prozent sich das komprimierte Backgut wieder ausgedehnt hat. (Bewertungseinteilungen siehe Tabelle 5). Ergebnisse (numerische Werte in Tabelle 5):
Bei der Herstellung der Gemische aus Faserstoffen und den feuchten Proteinmassen zeigte sich eine deutlich gleichmäßigere Eintragbarkeit/Kontaktierung der cellulose-basierten Faserstoffe mit den Proteinpräparaten im Vergleich zu den Cellulosepräparaten. Ferner kam es praktisch zu keiner Klumpenbildung, bei gleichzeitig höheren Aufnahmekapazität der cellulose-basierten Faserstoffe im Vergleich zu den Cellulosepräparaten. In der mikroskopischen Untersuchung war die Proteinmasse vollständig in die cellulose-basierten Faserstoffe eingeschlossen und die überwiegend als vereinzelte rundliche Partikel vorlagen. Die Cellulosepräparate waren nur partiell von einer Proteinschicht belegt, z.T. waren Abschilferungen sichtbar, andererseits lagen viele Agglomerate vor. In den Lösungs- versuchen zeigten die cellulose-basierten Fasern, die mit den erfindungsgemäß gewonnenen Proteinen beschichtet worden waren, eine deutlich raschere vollständige Lösung in Wasser, als dies bei cellulose-basierten Fasern, die mit kommerziellen Proteinpräparaten beschichtet worden waren, der Fall war. Noch deutlich langsamer war die Lösung von Präparaten, bei denen Cellulosefasern aus Spelzen oder Stängelmasse mit Vergleichsproteinpräparaten beschichtet worden waren. Cellulose- basierte Fasern nahmen ein erheblich größeres Volumen an gelösten Proteinen auf bis es zu einer Krümelbildung kam, als dies bei Cellulosepräparaten der Fall war. Im Vergleich mit den kommerziellen Proteinpräparaten konnte mit den erfindungsgemäß hergestellten Proteinprodukten eine größere Trockensubstanzmenge an die cellulose-basierten Fasern gebunden, bzw. hierin aufgenommen werden.
Bei dem Backversuch hatten die Teige, die mit den cellulose-basierten und den erfindungsgemäß gewonnenen Proteinfraktionen beschichtet waren, sowohl einen homogeneren Teig, als auch ein besseres Backergebnis, bei dem ein größeres Backgutvolumen, mit einer feineren Verteilung von Luftkammern, bestand, als dies bei den Backversuchsergebnissen mit kommerziellen Zellulosefasern, die mit Proteinpräparaten beschichtet worden waren, der Fall war. Auch die sensorischen Ergebnisse der Backversuchsprodukte, die mit erfindungsgemäßen hergestellten cellulose-basierten Fasern und mit erfindungsgemäß hergestellten Proteinpräparaten verbunden worden waren, waren denen, von Backgütern, die mit Cellulosefasern hergestellt worden waren, deutlich überlegen. Bei den Cellulosepräparaten, die mit den kommerziell erhältlichen Proteinkonzentraten beschichtet worden waren, bestand teilweise zusätzlich ein Eigengeschmack der jeweils verwandten Proteinquelle. Die sensorische Qualität der mit Protein beschichteten cellulose-basierten Fasern war deutlich besser, als die von proteinbeschichteter Cellulose.
Nach Abkühlung der Soßen kam es zu einer Hautbildung, der Soßen, die mit proteinbeschichteter Cellulose hergestellt worden waren. Ferner kam es zu einem Absetzen von feinsten Partikeln bei diesen Soßen und einem inhomogenen Fließverhalten (oben dünn- und unten dickflüssig), was nicht der Fall war bei Soßen, die mit erfindungsgemäß hergestellten protein-beschichteten cellulose- basierten Faser hergestellt worden waren.
Beispiel 18
Untersuchung zur Verwendung von Prozesswasserphasen zur Herstellung cellulose-basierter Fasern. Für die Untersuchung wurde die Prozesswasserphase (PW1), die nach Filtration der aggregierten organischen Verbindungen in den Beispielen2 (JPK) und 3 (SPK) erhalten wurde (pH 6,2), verwandt sowie eine Frischwasserphase (FW) mit dem gleichen Volumen, für die Entfernung von gelösten löslichen Verbindungen, die in der Produktphase 2 der Beispiele 2 HM/c) und 3 SS/c) erhalten worden waren. Diese hatte eine Restfeuchte von 75 bis 85 Gew% und wiesen einen Stickstoffgehalt auf, über den ein Proteingehalt zwischen 1,8 und 2,3Gew% ermittelt wurde. Je 100g der Masse cellulose- basierter Fasern wurden in 500ml PW1 oder FW suspendiert und mit einem Stabmixer vereinzelt. Nach 10 Minuten wurde cellulose-basierten Fasern aus den Suspensionen mittels eins Filtertuchs separiert und auf einen zum Ausgang identischen Wassergehalt ausgepresst. Es wurden Proben zur Bestimmung des Proteingehalts entnommen. Die Fasermassen, die vor und nach dem Reinigungsschritt erhalten wurden, wurden auf einer Folie auf eine Dicke von 2 mm ausgewalzt und bei 100°C getrocknet sowie anschließen gemahlen und die Wasseraufnahmekapazität des erhaltenen Pulvers ermittelt. Es erfolgte eine sensorische Prüfung der Pulver 15 Minuten nach Einlage in Wasser. Ergebnisse:
Der Proteingehalt von cellulose-basierten Fasern, die aus dem Aufschlussverfahren als Produktphase 2 erhalten wurden, konnte durch eine Vereinzelung und Durchströmung der Fasermasse mit der Prozesswasserphase 1 um 82 bis 90 Gew% reduziert werden. Mittels einer Frischwasserphase wurde eine Reduktion von 43 bis 62 Gew% erreicht. Das Pulver der getrockneten Fasermasse, welche keine Nachbehandlung erhalten hatte, wies nur eine geringe Wasseraufnahmekapazität auf, die Wasseraufnahmekapazität des Pulvers, bei dem eine Nachbehandlung mit einer Frischwasserphase erfolgt war, war nur geringfügig höher. Die Wasseraufnahmekapazität nach Behandlung der Fasermasse mit der Prozesswasserphase 1 war hoch, mit einem Quellvolumen, das > 80vol% der initialen Quellung entsprach. Diese Unterschiede spiegelten sich in den Ergebnissen der sensorischen Prüfung wider, so bestanden ein hartes und stumpfes Mundgefühl bei cellulose-basierten Faser-Pulvern, die nicht behandelt oder mit Frischwasser behandelt worden waren und ein weiches und cremiges Mundgefühl, bei Verwendung der Prozesswasserphase 1 zur Nachbehandlung der Fasermasse.
Beispiel 19
Untersuchung zur Separierbarkeit von löslichen Verbindungen und über den Einfluss von Proteinen und anderen löslichen organischen Verbindungen auf die Produktqualität erhaltbarer organischer Feststoffe.
Für die Untersuchungen wurden Soja- (SS) und Rapsschrot (RS) verwandt. Je 100g wurden in 300ml der folgenden Lösungen für 3 Stunden eingelegt: 1. Leitungswasser mit einem pH von 6,8 ; 2. Natronlauge mit einem pH zwischen 8 und 12,5; 3. HCI-Lösung mit einem pH-Bereich zwischen 4 und 6,5; 4. Asparaginsäure mit einem pH zwischen 5,5 und 7,5; 5. Histidin mit einem pH zwischen 7,5 und 9; 6. Lysin mit einem pH zwischen 8 und 11,5; 7. Asparaginsäure und Arginin mit einem pH zwischen 7 und 12,5. Die Pufferung zur Erzielung der pH-Bereiche erfolgte bedarfsweis mit NaOH oder HCL. Anschließend wurde jeweils die Menge der vorhandenen freien Wasserphase durch Abgießen der Suspension in einen Filter ermittelt. Die Filtratphasen wurde aufgeteilt und in jeweils in Gefäße mit 250ml Leitungswasser gefüllt. Im anschließenden Verteilungsverfahrensschritt erfolgte eine Verteilung der Feststofffraktionen in einer Wasserphase, A) mittels eines Stabmixers und B) mit einem Intensivmischer (Silverson L5M-A mit einem feinen Dispergierwerkzeug/ lO.OOOrpm), jeweils über 3 Minuten. Anschließend wurden die Feststoffe mit einem Filtertuch abfiltriert und mittels einer Presse auf eine Restfeuchte von 70Gew% entwässert. Es wurden Proben zur Bestimmung des Gehaltes an Proteinen und löslichen Kohlenhydraten entnommen. Die erhaltenen Feststoffphasen von RS wurden in 500 ml Leitungswasser gelöst und einer Separation der Feststofffraktionen unterschiedlicher Dichte einem Wirbelstromverfahren zugeleitet (Hydrocyclon). Die separierten Feststofffraktionen wurden ebenso wie die Feststofffraktion von SS auf eine Folie dünn ausgewalzt und bei 100°C über 60 Minu- ten getrocknet. Anschließend erfolgte eine Vermahlung der Fraktionen mit cellulose-basierten Fasern sowie eine Verteilung und Vereinzelung der getrockneten lignin-reichen Schalen. Bei den cellulose- basierten Faser-Pulvern wurden die Wasseraufnahmekapazität (Leitungswasser) sowie das Quellverhalten 15 Minuten nach Einlage in Wasser untersucht. Die gequollenen Fasermassen wurden senso- risch auf Vorliegen einer Geschmacksneutralität und der Abwesenheit harter oder spitzer Anteile von 3 Untersuchern bewertet. Bei den lignin-reichen Schalenanteilen wurde die Öl-Bindungskapazität untersucht.
Ergebnisse (numerischen Ergebnisse in Tabellen 6 - 9):
Durch eine Behandlung mit Wasser oder einer säurehaltigen Lösung kam es nur zu einer geringen Quellung der unlöslichen aber quellbaren Feststoffe. Dabei konnte der hierin enthaltene Gehalt an Proteinen und löslichen Kohlenhydraten nur zu einem geringen Anteil durch eine mechanische Verteilung ausgetragen werden. Durch Alkalilauge wurde die Quellbarkeit der Feststoffe erhöht, der Proteingehalt der Feststoffe konnte in der Verteilungsphase aber kaum gesenkt werden. Die Aminosäurelösung mit einem sauren und neutralen pH verbesserte die Quellbarkeit und die Protein- austragbarkeit, der Effekt wurde aber erheblich gesteigert durch den Zusatz einer kationischen Aminosäure und Erreichen eines basischen pH der Lösung. Es zeigte sich, dass cellulose-basierte Fasern regelhaft ein angenehmes und cremiges Mundgefühl aufweisen bei Unterschreiten von einem hierin befindlichen Gehalt an Protein von unter 1,5 Gew%. Derartige cellulose-basierte Fasern waren dann auch geschmacksneutral. Durch die Verwendung eines Intensivmischverfahrens konnte die Quellung und damit die Wasserbindungskapazität der cellulose-basierten Fasern gegenüber einer Mischung mit einem Mixer deutlich verbessert werden, wodurch sich auch der Gehalt an Proteinen und löslichen Kohlenhydraten in den soliden Feststoffen verringern ließ und dies zu einer sensorischen Verbesserung der cellulose-basierten Fasern bei einem geringeren pH der Aufschlusslösungen führte. In der mikroskopischen Analyse zeigte sich, dass durch die Intensivmischung bei allen Versuchen der Nummern 5 - 7 eine absolute Freiheit von Anhaftungen löslicher organischer Verbindungen an den Feststoffen vorlag, während einzelne Anhaftungen bei Verwendung eines Mixers noch nachweisbar waren. Das Ölbindungskapazität war ebenfalls abhängig von dem Restgehalt an Proteinen und Kohlenhydrate in den lignin-reichen Schalen. Die höchsten Werte wurden erreicht bei einem Proteingehalt von < 2Gew% in der Fasermasse unter Verwendung einer Aminosäurelösung. Die getrockneten cellulose-basierten Fasern ließen sich praktisch nicht mehr quellen, wenn eine Behandlung mit Leitungswasser oder einer sauren Lösung erfolgt war, unabhängig davon, ob eine Intensivmischung erfolgt war. Auch die in NaOH eingelegten Feststofffraktionen wiesen eine unzureichende Quellbarkeit auf und waren stark dunkel verfärbt. Die cellulose-basierten Fasern der Versuchsnummer 4 quollen, zeigten bei der sensorischen Prüfung allerdings nicht harte Anteile. Dies war bei den Faserpro- dukten der Versuchsnummern 5 - 7 nicht der Fall, die Pulver waren innerhalb von 10 Minuten vollständig gequollen und ergaben ein weiches und cremiges Mundgefühl. Die Separation von cellulose- basierten Fasern und lignin-reichen Schalen war nur unvollständig möglich bei Ansätzen 1. bis 4. Bei den Ansätzen 5. - 7. lag eine Abtrennschärfe von > 95 Gew% vor, sofern in dem Ansatz ein pH von > 7,5 vorgelegen hatte. Derartige lignin-reiche Schalen wiesen eine hohe Ölbindungskapazität aus, während die Ölaufnahmekapazität bei den lignin-reichen Schalen (die allerdings mit cellulose- basierten Fasern komplexiert vorlagen) weniger als 50% betrug. Versuch 20
Untersuchung zur Wiederlöslichkeit und physikalischen Eigenschaften von hergestellten Proteinfraktionen.
Es wurde exemplarisch der Einfluss verschiedener Aminosäuren auf die Lösung und Separation von löslichen organischen Verbindungen in organischen Ausgangsmaterialien sowie deren Einfluss auf eine spätere Verwendbarkeit erhaltbarer Produkte untersucht. Hierzu wurden von den unpolaren Aminosäuren Leucin und Methionin, von den polaren Cystein und Glutamin, von den sauren Aminosäuren Glutaminsäure sowie die kationischen Aminosäuren Arginin, Histidin und Lysin untersucht. Die Aminosäuren wurden zu 0,1 molaren Lösungen aufgelöst und der pH auf 8 durch Hinzugabe einer kationischen Aminosäure eingestellt. Es wurde Sojaschrot wie in Bsp. 3 behandelt unter Verwendung eines Intensivmischers. Bei den Filtratphasen, die nach Separation der gequollenen Feststoffphase erhalten wurden, erfolgte eine Aggregationsinitiierung gemäß Beispiel 3. Die kondensierten Proteine wurden mittels eines PP-Filters (80μιτι) von der freien Wasserphase separiert. Die anschließend dehydrierten Proteinphasen wurden dünn ausgewalzt, bei 90°C getrocknet und anschließend fein- gemahlen. Die erhaltenen Pulver wurden einer sensorischen Prüfung (4 Untersucher) unterzogen, bei der die Beschaffenheit, der Geruch, der Geschmack und die Löslichkeit im Mund beurteilt wurden. Ferner wurden Proben über 15 Min. in warmem Wasser gelöst und anschließend eine Intensivmischung für 1 Minute durchgeführt. Es wurde hiernach das Schäumungsvermögen und die Vollständigkeit der Auflösung des Pulvers in der Wasserphase beurteilt. Ferner erfolgte eine Bestimmung des Proteingehaltes der entwässerten Feststoffphase.
Ergebnisse:
Wässrige Lösungen mit Aminosäurekombinationen und eine pH der Lösung von > 7,5 sind geeignet zur Lösung (Hydratation) von löslichen organischen Verbindungen in pflanzlichen Ausgangsmaterialien, wodurch diese in ein Verteilungsvolumen austragbar werden. Es zeigte sich, dass hierbei Amino- säuren, die eine oder mehrere Schwefelgruppen aufweisen deutlich schlechtere Ergebnisse zeigen. Eine negative Beeinflussung durch schwefelhaltige Aminosäuren bestand auch bei der Quellbarkeit der getrockneten Proteinphase sowie der Schaumstabilität und der Vollständigkeit der Löslichkeit in Wasser. Bei Verwendung von sauren oder apolaren Aminosäuren bestanden in Verbindung mit einer der Aminosäuren eine sehr gute sensorische Eigenschaften der getrockneten Proteinpulver sowie ein sehr gutes Schäumungsverhalten und eine vollständige Löslichkeit.
Beispiel 21
Untersuchung zur Separation von gelösten löslichen Verbindungen aus pflanzlichen Ausgangsmaterialien.
Im Versuch a) wurde Erbsenmehl (EM) im Gewichtsverhältnis 1:3 mit einer 0,1 molaren Lösung ent- haltend Glutamin und Arginin und im Versuch b) ein Mehl von Kidney-Bohnen (KBM) im gleichen Gewichtsverhältnis mit einer 0,1 molaren Lösung enthalten Threonin und Lysin für 3 Stunden durchtränkt. Anschließend waren die Wasserphasen vollständig aufgenommen gewesen. Die Massen wurden zu gleichen Teilen aufgeteilt und 1. mittels einer Filterpresse auf eine Restfeuchte von 50 Gew% entwässert oder in einem Gewichtsverhältnis von 1: 5 in Leitungswasser suspendiert (Versu- che a)l und b)l) und in der Versuchsserie 2. mit einem Mixer und der Versuchsserie 3. einem Rotor- Stator-Schermischer (Silverson L5M-A mit einem feinen Dispergierwerkzeug/ lO.OOOrpm) über je- weils 2 Minuten verteilt. Die aus den Versuchsserien 2. und 3. erhaltenen Suspensionen wurden zu gleichen Teilen aufgeteilt und zum einen wie in Versuch 1. entwässert (Versuche a)2-l, b)2-l und a)3- 1, b)3-l) sowie zum anderen eine Separation der Feststoffe mittels einer Zentrifugation (3.000g) über 5 Minuten (Versuche a)2-2, b)2-2 und a)3-2, b)3-2) vorgenommen. Anschließend wurden in den er- haltenen Feststoffphasen der Protein- und Stärkegehalt bestimmt. Die Feststofffraktionen wurden wie in Beispiel 20 getrocknet, vermählen und bezüglich der Sensorik und Löslichkeit beurteilt. Ergebnisse
Der Ausgangproteingehalt der Mehle lag bei EM bei 33 Gew% und bei KBM bei 45 Gew%. Das Feststoffmaterial des Versuchs a)l. hatte einen Proteingehalt von 25 und bei b)l. 31Gew%. Der Protein- gehalt des Feststoffmaterials der Versuche a)2-l, b)2-l und a)3-l, b)3-l betrug 5,1 bzw. 4,8 Gew% und 1,1 bzw. 0,8 Gew% und der bei den Versuchen a)2-2, b)2-2 und a)3-2, b)3-2) betrug 7,5 bzw. 6,9 Gew% und 3,5 bzw. 2,8Gew%%. Der Gehalt an Stärke korrelierte mit den Proteingehalten. Die Quellbarkeit der Pulver aus den Versuchen 1. war stark reduziert, die der Pulver aus den Versuchen 2 zeigten eine mäßige Quellbarkeit und die Pulver, die in der Versuchsserie 3 mit einem Intensivmi- scher behandelt worden waren, hatten eine optimale und vollständige Quellbarkeit, wenn sie mittels eines Filters gewonnen und anschließend entwässert worden waren. Die sensorische Bewertung korrelierte invers mit dem Proteingehalt und der Quellbarkeit, wobei die Präparate die einen Anteil von Proteinen von > l,5Gew% aufwiesen einen unangenehmen Geschmack hatten und nach Quellung keinen cremigen und weichen Charakter auswiesen. Beispiel 22
Untersuchung zur Separierbarkeit gelöster löslicher Verbindungen und Herstellung von Produkten. Sonnenblumenkernmehl wurde mit einer wässrigen Lösung enthalten 0,2 molar Lysin, 0,1 molar Asparagin und 0,5molar Isoleucin (Lsg. A) sowie einer wässrigen Lösung enthaltend 0,1 molar Arginin,
0.5 molar Serin und 0,05 molar Alanin (Lsg. B) in einem Gewichtsverhältnis von 3:1 über 1 Stunde durchtränkt. Anschließend lag keine freie Flüssigkeit mehr vor, die Probe auf Vollständigkeit der
Durchfeuchtung des Ausgangsmaterials gemäß Beispiel 1 war positiv. Jeweils die Hälfte des durchtränten Materials wurde in einer Filterpresse auf eine Restfeuchte von 45 Gew% entwässert, unter Erhalt einer Filtratphase 1 und einer Eluatphase 1. Die jeweilige Filtratphase 1 sowie die übrigen durchtränkten Ausgangsmaterialien wurden jeweils in einem Gewichtsverhältnis von 1:5 mit Leitungswasser suspendiert und mit einem Intensivmischer (Silverson L5M-A mit einem feinen Dispergierwerkzeug/ lO.OOOrpm) über jeweils 2 Minuten verteilt. Anschließend Filtration der soliden Feststoffe mittels eines ΙΟΟμιτι Vibrationssiebes und Erhalt einer jeweiligen Filtratphase 2 und einer jeweiligen Eluatphase 2. Ein Teil der Eluatphasen 1 und 2 wurden in einem Volumenverhältnis von 1:3 miteinander vereinigt (El-2). Zu jeweils 200ml der Filtratphasen wurde in der Untersuchungsserie 1) unter leichter Agitation tropfenweise eine der folgenden Lösungen (jeweils 10Gew%ig) eingeleitet:
1. HCl, 2. H2S04, 3. H3P04, 4. Essigsäure, 5. Milchsäure, 6. Zitronensäure, 7. Ascorbinsäure. Die Einleitung erfolgte unter kontinuierlicher Registrierung des pH der Lösung. Es erfolgte jeweils eine Ansatz bei dem ein End-pH von 3, 4, 5, 6 und 7 erreicht wurde. Die Lösungen wurden sodann für 3 Stunden ruhen gelassen. Anschließend erfolgte eine Filtration mittels eines 80μιτι Polypropylensiebs. Die jeweiligen Eluate wurden aufgefangen und zentrifugiert (4.000rpm/10 Minuten). Von den erhältlichen Proteinphasen wurden Proben zur Bestimmung der Protein- und Kohlenhydratkonzentration entnommen. Die erhältlichen Proteinphasen wurden auf eine Restfeuchte von 60Gew% getrocknet und durch 4 Sachkundige sensorisch bewertet: a) Cremigkeit, b) Fehlaromen, c) adstringierende Eigenschaften. Proteinphasen, die als Aggregatmassen vorlagen, wurden auf einer Folie dünn ausgestrichen und bei 70°C getrocknet. Anschließend wurden die getrockneten Plättchen gemahlen und das Pulver in warmem Wasser gelöst.
Ergebnisse:
Die erhaltenen wässrigen Eluatphasen waren hell-braun und trüb, der pH betrug zwischen 7,5 und 8,4. Der Zusatz der verschiedenen Säuren bedingte eine milchartige Trübung bei Unterschreiten eines pH der Prozesslösung von 7. Bei den Säuren 5, 6 und 7 entstanden bei einer weiteren Zudosierung Aggregate, die mit dem bloßen Auge gut erkennbar waren, die Erkennbarkeit wurde durch eine gleichzeitig stattfindende Klärung der Wasserphase verstärkt. Bei den Proben, bei denen durch den weiteren Zusatz dieser Säuren ein pH von < 5 erreicht wurde, lösten sich die Aggregate auf und es entstand eine milchartige Suspension. Bei den Säuren 1. und 2. waren zu keinem Zeitpunkt Aggregate erkennbar, es entstanden milchige Suspensionen. Bei den Säuren 3. und 4. lagen in einem pH-Bereich um 5,5 - 6 feinkörnige Aggregate vor, die sich bei einem niedrigeren pH der Prozesslösung auflösen. Eine Filtration aggregierter Proteinkomplexe war nur bei den Säuren 5. - 7. in einem pH-Bereich zwischen 5 und 7 möglich. Die Eluate waren dabei absolut klar (pH 5,5 - 6,5) oder leicht trüb. Bei allen anderen Fitrationsversuchen blieben keine oder nur minimale Mengen einer weißlichen flüssigen Phase auf dem Filter. Durch eine Zentrifugation konnte eine Konzentrierung der Proteinphase in einem Zentrifugenglas als„schwere Phase" erreicht werden. Diese Phasen waren aber weich bis flüssig und ließen sich nur schwer voneinander separieren. In den Eluaten der Ansätze, bei denen die Proteinfraktion mittels Filter gewonnen werden konnten, war praktisch kein Feststoff durch Zentrifugation separierbar. Proteinproben der Ansätze 1. - 5. lagen nur in flüssiger oder dünnflüssiger Form vor und waren aufgrund des starken Säuregeschmacks bei pH-Werten < 5 nicht verkostbar. Auch bei höheren pH-Werten waren die Proteinfraktionen der Ansätze 1. - 4. nicht verzährbar. Ein milder Sauregeschmack lag bei den Proteinfraktionen der Ansätze 5. - 7. bei einem pH zwischen 5,5 und 6 vor, Proteinfraktionen mit einem pH von > oder gleich 6 wurden als geschmacklich neutral bewertet, hier lag eine gute Cremigkeit vor, Adstringentien wurden nicht wahrgenommen. Die von den erhaltbaren Proteinaggregatphasen (Ansätze 5. - 7. jeweils pH > 5,5) nach Trocknung und Mahlung erhaltenen Pulver, wiesen eine sehr gute Löslichkeit in Wasser auf, es wurde eine vollständige Lösung zu einer milchartigen Suspension erreicht, ohne residuelle Feststoffe (vollständige Passage der Suspension durch einen Filter mit einem Siebmaß von ΙΟμιτι). Mittels eines Schermischers konnte in allen Fällen ein stabiler Schaum hergestellt werden. Der in der Trockenmasse bestimmte Proteingehalt lag zwischen 92 und 96 Gew%. Es konnte gezeigt werden, dass sich be- sonders große Aggregate ausbildeten, wenn die Eluatphasen 1 und 2 (El-2) gemeinsam verwendet wurden, derartige Aggregate sedimentierten sehr rasch und zeigten die schnellste Entwässerung auf einem Filter.
Beispiel 23
Untersuchung zur Verwendung schwefelhaltiger Aminosäuren für ein wässriges Aufschlussverfahren. Für die Untersuchungen wurde ein Sojamehl verwandt. Es wurden 0,1 molare Lösungen mit den folgenden Aminosäuren hergestellt: 1. Leucin/Lysin; 2. Methionin/Histitin; 3. Cystein/Lysin; 4. Glutamin/Arginin; 5. Glutaminsäure/Arginin. Die Lösungen wurden im Gewichtsverhältnis 2:1 zu dem Mehl gegeben. Nach 3 Stunden erfolgte eine Verteilung in jeweils 250ml mittels eines Intensivmischers, anschließend Entwässerung mit einem Filtertuck unter Erhalt einer Restfeuchte des Feststoffes von 50Gew%. Die Fasermasse wurde auf einer Folie dünn ausgewalzt, bei 100°C getrocknet und anschließend fein gemahlen. Es erfolgte eine Analyse des Proteingehaltes der Fassermasse. Den pro- teinhaltigen Wasserphasen wurden Zitronensäure bis zum Erreichen eines pH von 6 hinzugegeben und das Sediment nach 3 Stunden auf einen Filtern entleert, worauf eine Dehydrierung mit einer Restfeuchte von 60Gew% erfolgt. Die Proteinpaste und die in Wasser für 15 Minuten gequollenen Pulver der getrockneten cellulose-basierten Fasern wurden wie zuvor sensorisch bewertet.
Ergebnisse (Numerische Ergebnisse in Tabelle 10). Die Verwendung von schwefelhaltigen Aminosäuren führte zu einer reduzierten Lösung und Austragbarkeit von Proteinen aus dem durchtränkten Ausgangsmaterial. Das in den cellulose-basierten Fasern verbliebene Protein bedingte eine schlechtere Quellbarkeit und eine schlechtere sensorische Bewertung des gequollenen Pulvers cellu- lose-basierter Fasern. Ferner wies das durch Lösungen enthaltend schwefelhaltigen Aminosäuren erhaltbare Protein einen unangenehmen Beigeschmack auf und zeigte bei Resuspendierung in Wasser eine verminderte Löslichkeit und Schaumstabilität.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind:
1. Verfahren zur Ab-/Auftrennung der Konstituenten eines biogenen Ausgangsmaterials mittels wäss- riger Lösungen das charakterisiert ist durch die Verfahrensschritte:
1) Bereitstellen von biogenen Ausgangsmaterialien,
2a) Versetzen des Ausgangsmaterials des Schritt 1) mit einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide zur Ab-/Auftrennung der Konstituenten des Ausgangsmaterials,
2b) Bereitstellung eines wässrigen Verteilungsvolumen und Verteilung der ab-/aufgetrennten Konstituenten des Gemisches aus Schritt 2a),
3) Separation solider Feststoffe aus dem Verteilungsgemisch des Schritts 2b) unter Erhalt einer faser-freien wässrigen Lösung gelöster Konstituenten des Ausgangsmaterials,
4) Kondensierung/ Aggregation/Komplexierung der gelösten Konstituenten der wässrigen Lösung des Schritts 3) unter Erhalt einer wässrigen Phase, enthaltend kondensierte lösliche Konstituenten des Ausgangsmaterials,
5) Separation und Dehydrierung der kondensierten löslichen Konstituenten des Ausgangsmaterials der Schritt 4) und Erhalt eines dehydrierten Kondensates aus des Schritts 4) sowie einer geklärten Prozesswasserphase,
6) Verwendung der geklärten Prozesswasserphase der Schritt 5) für einen oder mehrere der optionalen Prozessschritte:
6.1) Bereitstellung einer Prozesswasserphase für ein Nebenstromverfahren;
6.2) Rückführung der Prozesswasserphase des Schritts 6.1) erhältlich aus einem Nebenstromverfahren und Bereitstellung der gebrauchten Prozesswasserphase aus einem Nebenstromverfahren
6.3) Reinigung der Prozesswasserphase erhältlich aus den Verfahrensschritten 5) und/oder 6.2 6.4) Bereitstellung einer geklärte und gereinigte Prozesswasserphase,
7) Wiederverwendung geklärter und/oder geklärter und gereinigten Prozesswasserphase.
2. Vorgenanntes Verfahren gemäß Punkt 1, bei dem es sich bei dem Ausgangsmaterial um pflanzliches Ausgangsmaterial handelt.
3. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 2, bei dem in dem Schritt 2b) eine Durchtränkung des pflanzlichen Ausgangsmaterials mit einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erfolgt.
4. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 3, bei dem in Schritt 2a) und/oder 2b) eine Desintegration des Ausgangsmaterials mittels einer wässrigen Lösung, enthaltend gelöste Aminosäuren und/oder Peptide, erfolgt, wodurch die Konstituenten des Ausgangsmaterials in reiner Form erhalten werden können.
5. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 4, bei dem in der Schritt 3) und/oder 4) die Löslichkeit von Toxinen und Gefahrenstoffen in der wässrigen Proteinlösung erhalten bleibt oder gesteigert wird.
6. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 5, bei dem in der Schritt 2b) und/oder 3) und/oder 4) eine Separation von lipophilen Konstituenten des Ausgangsmaterials erfolgt, indem eine oder mehrere lipophile Verbindung(en) in den Prozessschritten 2a) und/oder 2b) dem Reaktionsgemisch hinzugegeben und mit diesem gemischt werden und/oder eine EntÖlung von Pflanzenproteinen bei Raumtemperatur und/oder erhöhter Temperatur erfolgt.
7. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 6, bei dem in Schritt 3) proteinfreie komplexe Kohlenhydrate und/oder Stärkekörner in reiner Form separierbar sind.
8. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 7, bei dem in Schritt 3) cellulose-basierte Faserstoffe, lignin-reiche Schalenteile, und/oder komplexe/komplexierte Kohlenhydrate in reiner Form separiert und verwendet werden können.
9. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 8, bei dem in Schritt 3) die soliden Feststoffe und die gelösten Proteine mittels filtrativer Separationstechniken vollständig oder nahezu vollständig von einander separiert werden.
10. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 9, bei dem in Schritt 3) eine wässrige Lösung erhalten wird, mit hierin gelösten und hydratisierten Proteinen, die frei ist von soliden Feststoffen. 11. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 10, bei dem das Löslichkeitsminimum von gelösten Proteinen in einen pH-Bereich zwischen 6 und 8 verschoben wird.
12. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 11, bei dem in Schritt 4) gelöste Kohlenhydrate und/oder Phospholipide und/oder Glycoglycerolipide zusammen mit gelösten Proteinen konden- siert/agglomeriert/komplexiert werden, wodurch Protein-Kondensate/-Agglomerate/Komplexe, ent- haltend Kohlenhydrate und/oder Phospholipide und/oder Glycoglycerolipide, erhalten werden.
13. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 12, bei dem in Schritt 4a) eine oder mehrere Verbindung(en) der wässrigen Prozesslösung hinzugegeben wird/werden, um sie an gelöste und/oder sich kondensierende/aggregierende/komplexierende und/oder kondensier- te/aggregierte/komplexierte Proteine zu binden und/oder hierin aufzunehmen, durch Hinzugabe der einen oder mehrerer Verbindung(en) vor, während oder nach der Initiierung der Kondensati- on/Aggregation/Komplexierung der Proteine.
14. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 13, bei dem in der Schritt 4b) Verbindungen, die in der wässrigen Prozesslösung gelöst vorliegen, an die gelösten Proteine gebunden werden, indem diese Verbindungen mit den gelösten Proteinen kondensiert/aggregiert/komplexiert werden.
15. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 14, bei dem in Schritt 5) dehydrierte Proteine erhalten werden, die vollständig oder annähernd vollständig geruchs- und/oder geschmacks- neutral sind und bei einer Lösung in einem Wasser sich sehr rasch lösen und keine oder praktisch keine Farbstoffe in das wässrige Medium abgeben.
16. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 15, bei dem in Schritt 2b) und/oder 3) und/oder 4) Geruchs-und/oder Geschmacksstoffe und/oder antinutritiven Verbindungen und/oder endogene oder exogene Toxine von den Konstituenten abgelöst und separiert werden.
17. Vorgenanntes Verfahren gemäß den Punkten 1 - 16, bei dem in Schritt 5) eine geklärte Prozesswasserphase erhalten wird, die in einem Nebenstromprozessverfahren zur Spülung/Reinigung eingesetzt und anschließend aufgereinigt und dann in einer der Hauptprozessverfahrensschritte wieder einsetzt wird.
18. Lignin-reiche Schalenteile und/oder cellulose-basierte Fasern, mit einer Öl-und/oder Fettbin- dungskapazität von > 200 Gew%, erhältlich nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren der Punkte 1 - 17.
19. Geruchs- und geschmackstoff-arme und/oder toxin- und gefahrstoffarm Proteinfraktionen, erhältlich nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren der Punkte 1 - 17.
20. Cellulose-basierte Faserstoffe, lignin-reiche Schalenteilen und/oder komplexe/komplexierte Koh- lenhydrate, erhältlich nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren der Punkte 1 - 17.
Tabellen
Tabelle 1
l r A-M WBK (s g - g) FBK (%) Hl LS 20°C (%) LS 30°C (%) SBK (%) SSt (%) Pen (mm s"1)
Ref. H-E n.a. n . d . 1 68 60 452 98 0,1
1 SPK 5,2 205 12 72 63 432 96 0,3
2 HM 4,9 195 15 70 61 411 97 0,4
3 LM 5 175 21 68 59 130 70 0,5
4 SPK 2,6 80 47 32 20 160 68 42
5 HM 1,8 60 53 35 18 120 70 38
6 LM 2,3 60 50 30 12 198 60 37
7 SP-Kom 2,8 90 64 45 40 287 68 15
8 MP-Kom 3,1 100 88 42 38 299 61 10
A-M = Ausgangsmaterial; H-E = Hühne rei-Eiweiss; WBK = Wasse rbindungskapazität; FBK = Fett- Bindungskapazität; Hl = Hydrophobitätsindex; LS 20° = Lage rstabilität bei 20°C; LS 30° = Lage rstabilität bei 30°C; SBK = Schau mbildungskapazität; SSt = Schaumstabilität, Pen = Pe netrationsgeschwindigkeit. N . a. = N icht anwendbar, da vollständig löslich , n. d. = nicht durchgefü hrt Tabelle 2
Figure imgf000149_0001
Tabelle 3
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Tabelle 4
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Tabelle 5
Faserart Proteinart Besch-Proz. OBD Löslichkei Sensori k 1 Eigenschaften ! Sensorik 2 Eigenschaften 2
J F SP V-l 3 30 1/1/1/1 1/0/1/0 1/1/1/1 95/1/75/80
J F VP 1 V-l 1 550 3/2/1/2 2/1/2/1 2/2/1/2 60/2/140/40
J F HP V-4 3 60 1/1/1/1 1/0/1/0 1/1/1/1 110/1/60/90
J F VP 1 V-4 2 530 2/2/2/2 2/2/2/2 2/2/1/2 50/2/150/35
J F EP V-3 3 40 1/1/1/1 1/0/1/0 1/1/1/1 90/1/70/70
J F VP2 V-3 1 450 3/3/1/2 2/1/2/3 2/3/1/2 60/2/130/40
RF SP V-2 3 30 1/1/1/1 1/0/1/0 1/1/1/1 90/1/80/75
RF VP 1 V-2 1 440 3/2/1/2 2/2/2/2 3/2/1/1 50/2/150/35
RF HP V-3 3 50 1/1/1/1 1/0/1/0 1/1/1/1 115/1/65/85
RF VP2 V-3 2 560 3/3/1/2 2/1/2/1 3/2/1/1 60/2/130/40
RF EP V-5 3 60 1/1/1/1 1/0/1/0 1/1/1/1 105/1/70/80
RF VP2 V-5 1 630 3/3/1/2 2/1/3/3 3/2/1/2 50/2/140/40
KBF SP V-l 3 40 1/1/1/1 1/0/1/0 1/1/1/1 95/1/80/70
KBF VP 1 V-l 1 650 3/2/1/3 2/1/2/1 3/3/1/2 40/2/130/30
KBF HP V-3 3 50 1/1/1/1 1/0/1/0 1/1/1/1 110/1/60/90
KBF VP 1 V-3 2 570 3/2/1/3 2/2/3/1 3/2/1/2 40/2/140/35
KBF EP V-2 3 60 1/1/1/1 1/0/1/0 1/1/1/1 90/1/85/70
KBF VP2 V-2 1 620 3/3/1/2 2/2/2/3 4/3/1/2 50/2/150/40
LDF SP V-3 3 30 1/1/1/1 1/0/1/0 1/1/1/1 95/1/70/70
LDF VP 1 V-3 2 540 2/2/1/2 2/1/3/2 2/2/1/2 40/2/130/40
LDF HP V-4 3 50 1/1/1/1 1/0/1/0 1/1/1/1 115/1/65/90
LDF VP 1 V-4 1 580 3/2/2/2 2/1/2/1 3/3/2/3 50/2/140/30
LDF EP V-2 3 60 1/1/1/1 1/0/1/0 1/1/1/1 90/1/75/70
LDF VP2 V-2 1 620 3/3/2/3 2/2/3/2 3/3/2/3 40/2/150/30
VF1 SP V-l 2 150 2/2/2/2 2/1/1/0 2/2/2/2 25/2/250/10
VF1 VP 1 V-l 1 720 3/2/2/3 2/2/2/2 3/2/2/3 20/3/200/0
VF1 HP V-2 2 210 2/2/2/2 2/1/1/0 2/2/2/2 40/2/180/10
VF1 VP 1 V-2 1 830 3/3/2/3 2/1/2/1 4/3/2/3 20/3/200/0
VF1 EP V-4 2 190 2/2/2/2 2/1/1/0 2/2/2/2 45/2/190/10
VF1 VP2 V-4 1 670 3/2/2/3 2/1/2/1 3/2/2/3 20/3/230/0
VF2 SP V-2 2 200 2/2/1/2 2/1/1/0 2/2/1/2 40/2/210/0
VF2 VP 1 V-2 1 760 3/3/2/3 2/2/2/2 3/3/2/3 25/3/200/10
VF2 HP V-3 2 180 2/2/1/2 2/1/1/0 2/2/1/2 30/2/180/15
VF2 VP 1 V-3 1 690 3/3/2/3 2/1/2/1 3/3/2/3 30/3/190/10
VF2 EP V-4 2 160 2/2/1/2 2/1/1/0 2/2/1/2 30/2/200/15
VF2 VP2 V-4 1 730 3/3/2/3 2/2/2/2 4/3/2/3 20/3/220/0
OBD = Obe rflächenbe legungsdicht: 1 = Mi nd. 30% der Faseroberflächen liegen frei sichtbar vor, 2 = freie Faserobe rflächen in 0 - 30%, 3 = vollständige Beschichtung mit Proteins, kei ne Fase roberflächen sichtbar. Löslichkeit: Dauer bis zur vollständigen Feststoff lösung (Sekunden)
Sensorik 1: Sensorische P rüfung der Soße n nach : Mundgefühl / Geschmacksfülle: 1 = seh r gut, 2 = gut, 3 = befriedigend, 4 = schlecht; Fehlgeschmack / Körnigkeit: 1= kei ne, 2 = lei cht, 3 = deutlich, 4 stark ausgeprägt Eige nschafte n 1: Bewertung der Soßen bei 25°C für Konsistenz: 1 = homogen, 2 = Inhomogen; /Absetzungen : 0= kei ne, 1 = gering, 2 = deutli ch; /Fließeigenschaften : 1 = leicht-fließend, 2 = wässrig, 3= dickflüssig;
/Hautbildung: 0 = keine, 1 = lei cht, 2 = de utlich.
Sensorik 2: Sensoriche Prüfung de r Backprobe nach : M undgefühl / Geschmacksfülle : 1 = sehr gut, 2 = gut, 3 = befriedigend, 4 = schlecht; / Kaueigenschaften : 1= leicht kau- und schluckbar, 2= zäh oder schlecht schluckbar, 3 = kle brig / Körnigkeit: 1= keine, 2 = leicht, 3 = de utlich, 4 = stark ausgeprägt.
Eige nschafte n 2: Vol umenverhältnis zur Referenzprobe (%) / Glei chmä ßigkeit de r Lufträume im Backgut: 1= homogen, 2 = lei cht inhomoge n, 3 = stark in homogen; /Gewicht fü r Kom primierbarkeit (g);/ relative Rückstel l u ng (%) . Tabelle 6: Sojaschrot
freie ProteinKohlen-
VersuchspH Wassergehalt hydratge- GeMundnummer phase (Vol%) (Gew%) halt (Gew%) schmack gefühl
A) 1 6,8 65 15,4 4,3 2 3
A) 2 a 8 55 12,2 2,1 2,3 3
A) 2 b 8,5 55 13 2 2,3 3
A) 2 c 9 53 11,8 2 2,3 3
A) 2d 9,5 54 10,5 1,8 2,3 3
A) 2e 10 52 9,8 1,6 2,3 3
A) 2f 10,5 50 8,8 1,4 2,3 3
A)2g 11 51 9,4 1,5 2,3 3
A) 2 h 11,5 48 9 1,3 2,3 3
A) 2 i 12 48 8,6 1,2 2,3 3
A)2j 12,5 45 8,8 1,2 2,3 3
A) 3a 4 74 16,1 6,3 2,3 4
A) 3b 4,5 75 16,4 6,4 2,3 4
A) 3c 5 70 15,9 6,3 2,3 4
A) 3d 5,5 72 15,4 6,2 2,3 4
A) 3e 6 72 14,1 6 2,3 4
A) 3f 6,5 70 14,8 6,1 2,3 4
A) 4a 5,5 66 11,3 3,6 2 3
A)4b 6 65 11 3,1 2 3
A) 4c 6,5 65 9,5 2,9 2 3
A) 4d 7 58 6,3 2,5 2 3
A) 4e 7,5 52 5,9 2 2 2
A) 5a 7,5 42 1,9 1,3 2 2
A) 5b 8 40 1,5 1 1 2
A) 5c 8,5 35 0,9 0,7 1 1
A) 5d 9 32 0,7 0,3 1 1
A) 6a 8 38 0,9 0,3 1 1
A) 6b 8,5 35 0,7 0,3 1 1
A) 6c 9 32 0,7 0,1 1 1
A) 6d 9,5 30 0,5 0,2 1 1
A) 6e 10 30 0,5 0,1 1 1
A) 6f 10,5 28 0,4 <0,1 1 1
A) 6g 11 28 0,3 <0,1 1 1
A) 7a 7 35 2,1 0,9 1 1
A) 7b 7,5 30 1,1 0,5 1 1
A) 7c 8 28 0,8 0,2 1 1
A) 7d 8,5 26 0,6 0,1 1 1
A) 7e 9 24 0,6 0,1 1 1
A) 7f 9,5 24 0,5 <0,1 1 1
A) 7g 10 22 0,4 <0,1 1 1
A) 7h 10,5 23 0,3 <0,1 1 1
A) 7i 11 20 0,4 <0,1 1 1
A)7j 11,5 20 0,3 <0,1 1 1
A) 7k 12 18 0,2 <0,1 1 1
A) 71 12,5 18 0,2 <0,1 1 1
Geschmack: 1 = neutral, 2 = Pflanzengeschmack, 3 = technischer Geschmack
Mundgefühle: 1 = weich und cremig, 2= weich ohne wahrnehmbare Partikel, 3
nehmbaren Partikel, 4 = überwiedend harte Partikel Tabelle 7: Sojaschrot
freie ProteinKohlen-
VersuchspH Wassergehalt hydratge- GeMundnummer phase (Vol%) (Gew%) halt (Gew%) schmack gefühl
B) 1 6,8 51 12,4 3,1 2 3
B) 2 a 8 48 11,3 1,6 2,3 3
B) 2 b 8,5 48 11,4 1,2 2,3 3
B) 2 c 9 46 10,8 1,2 2,3 3
B) 2d 9,5 44 9,5 1 2,3 3
B) 2e 10 40 9,1 0,8 2,3 3
B) 2f 10,5 36 8,2 0,9 2,3 3
B)2g 11 38 7,5 0,8 2,3 3
B) 2 h 11,5 36 6,5 0,7 2,3 3
B) 2 i 12 34 6,1 0,6 2,3 3
B)2j 12,5 30 5,8 0,6 2,3 3
B) 3a 4 68 14,3 5,9 2,3 4
B) 3b 4,5 66 14 6 2,3 4
B) 3c 5 68 14,1 5,9 2,3 4
B) 3d 5,5 64 13,8 5,9 2,3 4
B) 3e 6 62 13,6 5,6 2,3 4
B) 3f 6,5 58 13,6 5,4 2,3 4
B)4a 5,5 58 9,8 2,8 2 3
B)4b 6 56 9,1 2,2 2 3
B)4c 6,5 52 8,5 2 2 3
B)4d 7 50 5,8 1,8 2 3
B)4e 7,5 48 5,1 1,6 2 2
B) 5a 7,5 48 1,1 1,2 2 1
B) 5b 8 40 0,8 0,8 1 1
B) 5c 8,5 34 0,7 0,6 1 1
B) 5d 9 28 0,5 0,4 1 1
B) 6a 8 24 0,4 0,3 1 1
B) 6b 8,5 22 0,4 0,1 1 1
B) 6c 9 18 0,3 0,1 1 1
B) 6d 9,5 16 0,3 <0,1 1 1
B) 6e 10 12 0,3 <0,1 1 1
B) 6f 10,5 8 0,4 <0,1 1 1
B) 6g 11 8 0,2 <0,1 1 1
B) 7a 7 22 1,1 0,6 1 1
B) 7b 7,5 20 0,8 0,3 1 1
B) 7c 8 16 0,4 0,1 1 1
B) 7d 8,5 16 0,3 <0,1 1 1
B) 7e 9 12 0,2 <0,1 1 1
B) 7f 9,5 8 <0,2 <0,1 1 1
B) 7g 10 8 <0,2 <0,1 1 1
B) 7h 10,5 4 <0,2 <0,1 1 1
B) 7i 11 8 <0,2 <0,1 1 1
B)7j 11,5 4 <0,2 <0,1 1 1
B) 7k 12 4 <0,2 <0,1 1 1
B) 71 12,5 4 <0,2 <0,1 1 1
Geschmack: 1 = neutral, 2 = Pflanzengeschmack, 3 = technischer Geschmack
Mundgefühle: 1 = weich und cremig, 2= weich ohne wahrnehmbare Partikel, 3
nehmbaren Partikel, 4 = überwiedend harte Partikel Tabelle 8: Rapsschrot
freie ProteinKohlen-
VersuchspH Wassergehalt hydratge- GeMundnummer phase (Vol%) (Gew%) halt (Gew%) schmack gefühl
A) 1 6,8 70 17,3 5,8 2 3
A) 2 a 8 62 14,5 3,5 2,3 3
A) 2 b 8,5 60 15 3,3 2,3 3
A) 2 c 9 58 12,9 3,2 2,3 3
A) 2d 9,5 58 11,1 2,9 2,3 3
A) 2e 10 59 10,5 2,6 2,3 3
A) 2f 10,5 55 9,2 2,4 2,3 3
A)2g 11 54 9,5 2,5 2,3 3
A) 2 h 11,5 52 9,4 2,4 2,3 3
A) 2 i 12 50 9 2,2 2,3 3
A)2j 12,5 48 8,9 2,2 2,3 3
A) 3a 4 76 17,2 7,3 2,3 4
A) 3b 4,5 73 17 7,3 2,3 4
A) 3c 5 72 17,2 7,2 2,3 4
A) 3d 5,5 70 16,3 7,1 2,3 4
A) 3e 6 71 15,8 6,8 2,3 4
A) 3f 6,5 70 14,9 6,6 2,3 4
A) 4a 5,5 68 12,6 3,4 2 3
A)4b 6 66 12,4 3,1 2 3
A) 4c 6,5 66 10,8 2,9 2 3
A) 4d 7 60 7,3 2,6 2 3
A) 4e 7,5 54 6 2,4 2 2
A) 5a 7,5 44 1,8 1,6 2 2
A) 5b 8 41 1,5 1,3 1 2
A) 5c 8,5 36 1,2 0,7 1 1
A) 5d 9 33 1 0,4 1 1
A) 6a 8 33 0,8 0,4 1 1
A) 6b 8,5 32 0,7 0,3 1 1
A) 6c 9 30 0,8 0,3 1 1
A) 6d 9,5 30 0,5 0,2 1 1
A) 6e 10 28 0,4 0,1 1 1
A) 6f 10,5 26 0,4 <0,1 1 1
A) 6g 11 26 0,3 <0,1 1 1
A) 7a 7 28 2,3 0,8 1 1
A) 7b 7,5 30 1,5 0,7 1 1
A) 7c 8 30 1,1 0,6 1 1
A) 7d 8,5 28 0,8 0,4 1 1
A) 7e 9 26 0,6 0,2 1 1
A) 7f 9,5 26 0,6 0,1 1 1
A) 7g 10 24 0,5 <0,1 1 1
A) 7h 10,5 22 0,3 <0,1 1 1
A) 7i 11 20 0,4 <0,1 1 1
A)7j 11,5 20 0,3 <0,1 1 1
A) 7k 12 18 0,2 <0,1 1 1
A) 71 12,5 18 0,2 <0,1 1 1
Geschmack: 1 = neutral, 2 = Pflanzengeschmack, 3 = technischer Geschmack
Mundgefühle: 1 = weich und cremig, 2= weich ohne wahrnehmbare Partikel, 3
nehmbaren Partikel, 4 = überwiedend harte Partikel Tabelle 9: Rapsschrot
freie ProteinKohlen-
VersuchspH Wassergehalt hydratge- GeMundnummer phase (Vol%) (Gew%) halt (Gew%) schmack gefühl
B) 1 6,8 52 13,5 3,6 2 3
B)2 a 8 44 12,3 2,5 2,3 3
B)2 b 8,5 46 12 2,5 2,3 3
B)2 c 9 44 11,4 2,2 2,3 3
B)2 d 9,5 42 11,1 2,3 2,3 3
B)2 e 10 40 8,8 2,1 2,3 3
B)2f 10,5 40 7,9 1,9 2,3 3
B)2g 11 42 6,3 1,9 2,3 3
B)2 h 11,5 40 6,6 1,7 2,3 3
B) 2 i 12 38 7 1,8 2,3 3
B)2j 12,5 36 7,1 1,6 2,3 3
B)3a 4 70 14,2 6,9 2,3 4
B)3b 4,5 70 13,8 7 2,3 4
B)3c 5 72 12,1 6,9 2,3 4
B)3d 5,5 70 11,6 6,7 2,3 4
B)3e 6 70 12,3 6,5 2,3 4
B)3f 6,5 68 11 6,4 2,3 4
B)4a 5,5 68 12,3 2,1 2 3
B)4b 6 66 9,6 1,9 2 2
B)4c 6,5 64 8,2 1,7 2 2
B)4d 7 60 6,9 1,8 2 2
B)4e 7,5 52 6,1 1,6 2 2
B)5a 7,5 36 1,1 1,6 2 1
B)5b 8 32 1,2 1,1 1 1
B)5c 8,5 30 0,9 0,6 1 1
B)5d 9 30 0,7 0,4 1 1
B)6a 8 28 0,5 0,3 1 1
B)6b 8,5 26 0,5 0,3 1 1
B)6c 9 24 0,6 < 0,1 1 1
B)6d 9,5 24 0,4 < 0,1 1 1
B)6e 10 24 0,2 < 0,1 1 1
B)6f 10,5 22 0,2 < 0,1 1 1
B)6g 11 22 0,2 < 0,1 1 1
B)7a 7 24 1,1 0,4 1 1
B)7b 7,5 20 0,9 0,4 1 1
B)7c 8 18 0,6 0,2 1 1
B)7d 8,5 18 0,4 <0,1 1 1
B)7e 9 14 0,4 <0,1 1 1
B)7f 9,5 16 0,2 <0,1 1 1
B)7g 10 14 0,2 <0,1 1 1
B)7h 10,5 12 0,2 <0,1 1 1
B)7i 11 12 0,2 <0,1 1 1
B)7j 11,5 12 0,2 <0,1 1 1
B)7k 12 14 0,2 <0,1 1 1
B)7I 12,5 10 0,2 <0,1 1 1
Geschmack: 1 = neutral, 2 = Pflanzengeschmack, 3 = technischer Geschmack
Mundgefühle: 1 = weich und cremig, 2= weich ohne wahrnehmbare Partikel, 3
wahrnehmbaren Partikel, 4 = überwiedend harte Partikel Tabelle 10
Senosische
Proteingehalt Bewertung Quellbarkeit Schäumung Löslichkeit
Leucin/Lysin 1,2 1/0 2 1 1
Methionin/Histitin 2,3 1/1 1 0 0
Cystein/Lysin 2,5 1/1 1 0 0
Glutamin/Arginin 0,8 0/0 2 2 2
Glutaminsäure/Arginin 0,7 0/0 2 2 2 Sensorische Bewertun: Kornhärte: 0 = weich/ 1= hart/ 2= sehr hart,; Geschmack: 0 = neutral/ 1 = leichter Pflanzengeschmack / 2= deutliche Pflanzengeschmack
Quellbarkeit: 0 = nicht quellbar, 1= mäßig innerhalb von 15 Min, 2 = stark quellbar in < 15 Min. Schäumungsverhalten: 0 = entschäumt innerhalb von 1 Minute, 1 = mäßige Schaumbildung, die über 5 Miniten stabil bleibt, 2 = deutliche Schaumbildung, über 5 Min. stabil.
Löslichkeit: 0 = es setztn sich viele Feststoffpartikel ab, 1 = es setzen sich wenige Feststoffpartikel ab, 2 = es setzen sich keine Feststoffpartikel ab

Claims

Ansprüche
Verfahren zur prozessökonomischen Ab- und/oder Auftrennung sämtlicher Konstituenten umfassend
- wasserlöslichen und gelösten Verbindungen, umfassend Proteine und Kohlenhydrate und/oder Aromastoffe und/oder Farbstoffe und/oder Fette und/oder Toxine;
- optional wasserlösliche und ungelöste Verbindungen, umfassend Stärke;
- solide Feststoffe, umfassend cellulose-basierte Fasern und/oder lignin-reiche Schalen, die in kompaktierter Form vorliegen;
eines proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials, wobei das Verfahren folgende Schritte um- fasst:
1) Bereitstellen des proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials,
2a) Versetzen des Ausgangsmaterials des Schritts 1) mit einer wässrigen Lösung mit einem pH zwischen 7,5 und 13,5, enthaltend mindestens eine gelöste Aminosäure mit einer molaren Masse von weniger als 400 g/mol und einer Löslichkeit von mindestens 35 g/L in Wasser bei 20°C und/oder Peptid aus 2 bis 50 dieser Aminosäuren zur vollständigen Durchtränkung der Konstituenten des proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials, bis zum Erhalt hydratisierter löslicher Verbidnungen und der soliden Feststoffe,
2b) Zugabe eines wässrigen Verteilungsvolumens mit einem Gewichtsverhältnis zur Trockenmasse des proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials von 5:1 bis 500:1 und Durchmischung zum Erhalt eines Verteilungsgemisches der ab- und/oder aufgetrennten Konstituenten aus Schritt 2a) unter Erhalt von gelösten löslichen Verbindungen, sowie dekompaktierten soliden Feststoffen,
3) Separation der soliden dekompaktierten Feststoffe und optional der ungelösten wasserlöslichen Verbindungen aus dem Verteilungsgemisch des Schrittes 2b) unter Erhalt einer wässrigen Lösung der wasserlöslichen und gelösten Verbindungen, ohne solide Feststoffe und ohne die optionalen wasserlöslichen und ungelösten Verbindungen,
4) Zugabe eines Aggregationsmittels umfassend eine wässrige Lösung enthaltend mindestens eine organische Säure und Aggregation der wasserlöslichen und gelösten Verbindungen, umfassend Proteine und/oder Kohlenhydrate der wässrigen Lösung des Schritts 3), bis zum Erhalt einer Suspension aus den aggregierten Verbindungen, umfassend die Proteine und/oder Kohlenhydrate und einer wässrigen Phase, enthaltend die nicht aggregierten, wasserlöslichen und gelösten Verbindungen,
5) Trennung der Suspension des Schritts 4) und Dehydrierung der aggregierten Verbindungen durch Abscheidung von Wasser und Erhalt von dehydrierten aggregierten Verbindungen und einer geklärten wässrigen Phase, und optional Reinigung der geklärten wässrigen Phase, 6) Zugabe der geklärten wässrigen Phase aus Schritt 5) als wässrige Lösung dem Schritt 2a) und/oder als wässriges Verteilungsvolumen dem Schritt 2b), oder
Verwendung der geklärten wässrigen Phase aus Schritt 5) zur Reinigung der separierten soliden Feststoffe aus Schritt 3), oder
Verwendung der geklärten wässrigen Phase aus Schritt 5) zur Reinigung der separierten soliden Feststoffe aus Schritt 3) unter Erhalt einer wässrigen Waschphase und Zugabe der wässrigen Waschphase als wässrige Lösung dem Schritt 2a) und/oder als wässriges Verteilungsvolumen dem Schritt 2b).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei es sich bei dem proteinhaltigen biogenen Ausgangsmaterials um nicht-verholztes pflanzliches Ausgangsmaterial handelt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die mindestens eine Aminosäure und/oder das eine Peptid eine kationische Aminosäure und/oder mindestens eine kationische Aminosäure enthaltendes Peptid ist/sind.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 des Weiteren umfassend nach Schritt 4) und vor Schritt 5) den Schritt 4a):
Abtrennung der aggregierten Proteine und nachfolgende Zugabe von einem oder mehreren weiterem Aggregationsmittel(n) zur Aggregation der gelösten Kohlenhydrate gemäß Schritt 3).
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 4, wobei die Durchmischung zum Erhalt eines Verteilungsgemisches der ab- und/oder aufgetrennten Konstituenten aus Schritt 2a) mittels eines Intensivmischers erfolgt.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 5, wobei während des Verfahrens ein pH-Wert von 5 der wässrigen Lösungen nicht unterschritten wird.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 6, wobei in Schritt 4) Verbindungen umfassend Kohlenhydrate, Phospholipide, Glykolipide, Glykoglycerolipide, Antioxidantien, Vitamine der wässrigen Lösung des Schritts 3) zugesetzt werden und/oder bereits darin enthalten sind, die an die gelösten Proteine gebunden und zusammen mit den Proteinen aggregiert werden.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 7, wobei im Schritt 3) die Separation der soliden Feststoffe aus dem Verteilungsgemisch des Schrittes 2b) mittels einer Filtration oder Sedimentation erfolgt.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 8, wobei sich in der wässrigen Lösung mit einem pH zwischen 7,5 und 13,5 neben der mindestens einen kationischen Aminosäure und/oder Peptide aus 2 bis 50 dieser Aminosäuren keine weiteren Aminosäuren befinden.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 9, wobei in Schritt 5) die Trennung der Suspension des Schrittes 4) mit einem filtrativen Verfahren durchgeführt wird.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 9, bei dem in der Schritt 2b) und/oder 3) und/oder 4) eine Separation von lipophilen Konstituenten des Ausgangsmaterials erfolgt, indem zusätzlich eine oder mehrere lipophile Verbindung(en) in dem Schritt 2a) und/oder 2b) dem Reaktionsgemisch hinzugegeben und mit diesem gemischt werden und/oder eine EntÖlung von Pflanzenproteinen bei Raumtemperatur und/oder erhöhter Temperatur erfolgt.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 10, wobei in der Schritt 3) nach der Separation solider Feststoffe aus dem Verteilungsgemisch des Schrittes 2b) unter Erhalt einer faserfreien wässrigen Lösung der wasserlöslichen und gelösten Verbindungen des Ausgangsmaterials in einem Schritt 3a) aus den separierten soliden Feststoffen proteinfreie komplexe Kohlenhydrate und/oder Stärkekörner abgetrennt werden.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 11, bei dem in der Schritt 3) nach der Separation solider Feststoffe aus dem Verteilungsgemisch des Schrittes 2b) unter Erhalt einer faserfreien wässrigen Lösung der wasserlöslichen und gelösten Verbindungen des Ausgangsmaterials in einem Schritt 3a") aus den separierten soliden Feststoffen dekomplexierte cellulose-basierte Faserstoffe und/oder dekomplexierte ligninreiche Schalenteile, und/oder komple- xe/komplexierte Kohlenhydrate erhalten werden, die frei sind von gelösten löslichen Verbindungen.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 12, wobei in Schritt 4) der pH-Wert der wässrigen Lösung des Schritts 3) auf einen pH-Wert im Bereich zwischen 5,5 und 8 eingestellt wird.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 13, bei dem in Schritt 4) gelöste Kohlenhydrate und/oder Phospholipide und/oder Glycoglycerolipide zusammen mit gelösten Proteinen aggregiert werden, und nach dem Schritt 5) in einem Schritt 5a) Protein-Aggregate enthaltend Kohlenhydrate und/oder Phospholipide und/oder Glycoglycerolipide erhalten werden.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 15, wobei Schritt 4 des Verfahrens ohne die Ver- wendung von organischen Lösungsmitteln durchgeführt wird.
17. Geruchs- und geschmackstoffarme und/oder toxin- und gefahrstoffarme aggregierte Proteine, erhältlich gemäß Schritt 5) nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 16 mit einem Proteinlöslichkeitsindex (PDI) > 80%.
Cellulose-basierte Fasern mit einer Wasserbindungskapazität von >200 Vol% und/oder, lignin reiche Schalen mit einer Fettbindungskapazität von >200 Gew%, erhältlich nach dem Verfah ren gemäß Anspruch 13.
19. Proteinfreie komplexe oder komplexierte Kohlenhydrate und/oder Stärkekörner, erhältlich nach dem Verfahren gemäß Anspruch 12.
20. Protein-Aggregate enthaltend Kohlenhydrate erhältlich gemäß Anspruch 15.
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