WO2020192828A1 - Expandiertes lebens- oder futtermittelextrudat - Google Patents

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    • C11B—PRODUCING, e.g. BY PRESSING RAW MATERIALS OR BY EXTRACTION FROM WASTE MATERIALS, REFINING OR PRESERVING FATS, FATTY SUBSTANCES, e.g. LANOLIN, FATTY OILS OR WAXES; ESSENTIAL OILS; PERFUMES
    • C11B9/00—Essential oils; Perfumes
    • C11B9/02—Recovery or refining of essential oils from raw materials

Definitions

  • the invention relates to an expanded food or feed extrudate according to the preamble of claim 1.
  • Screw extrusion has been a common method for processing foodstuffs since the 1930s.
  • the food (the extrudate) is fed to a processing room equipped with one or two extrusion screws, in which the extrusion screws driven by a motor increase the pressure and, induced by friction and shear, the temperature in the processing room.
  • extruders have, among other things, the ability to increase or decrease the temperature during the run and to add or remove additional substances.
  • extrusion in the food sector is often used for so-called “puffing", ie the expansion of the food.
  • puff rates ie the expansion of the food.
  • expansion or puff rates of a few percent in this case one often speaks of "texturing” up to several 1000% (e.g. peanut flips made from corn starch) can be achieved.
  • At expansion rates of up to 300% the following is referred to as low expansion, at more than 300%, high expansion.
  • extrudates containing water are extruded at temperatures above 100 ° C.
  • a suitable extrudate i.e. an extrudate that has a structure-forming ingredient in a suitable amount
  • the expanding steam does not escape into the environment, but remains finely distributed in the extrudate: the volume of the extrudate increases by up to several thousand percent .
  • this puffed-up form of the food is retained even after cooling and the condensation of the water vapor (with a corresponding drop in pressure).
  • the extrudate is puffed.
  • Food processed by puffing plays a major role in snacks (in products such as peanut flips) and in breakfast products (e.g. puffed cereals). Protein-containing extrudates are used as meat substitutes. Extru- Dishing and puffing are also frequently used methods for the packaging of animal feed.
  • the material properties of the ingredients to be extruded are particularly important for understanding expansion.
  • the mechanism generally takes place in 3 steps:
  • starchy foods corn, rice, cereals
  • the proposed proportion of starch as a structure-forming ingredient is 40% - 70%.
  • Psyllium husks are the sa human of the plantain species Plantago ovata.
  • Psyllium husks consist of 80% water-soluble ballast open and are able to bind large amounts of water (swelling number> 40).
  • psyllium husks form a slimy gel, which is due to the ingredient arabinoxylan, which can be found in up to 30% of Indian psyllium (Milton H. Fischer, a Nanxiong Yu, b Gary R. Gray, b John Ralph , c Laurens Andersond, * and Judith A. Marlett: The gel-forming polysaccharide of psyllium husk).
  • Indian psyllium Manuticaally, psyllium husks.
  • the direct consumption of psyllium husks in therapeutic quantities (5g) is difficult due to the high water retention capacity.
  • Shell-containing, marzipan-like mass that is suitable for offering the medicinal effects of psyllium husks (as a laxative, for lowering cholesterol) in a form that is better tolerated by the consumer.
  • the mass described there is extruded, but does not expand.
  • Rice powder, corn powder, modified starch are used to achieve the expansion necessary for a bar or biscuit to reach.
  • the patent states that the high amount of psyllium with a suitable water mixture does not prevent the expansion of the extender as expected, but promotes it.
  • Sugar alcohols are used as sugar substitutes in food production.
  • sugar alcohols are sorbitol, maltitol, isomalt, erythritol, xylitol, lactitol and mannitol. All sugar alcohols form sugar-like crystals and have a somewhat reduced sweetening power compared to sugar. Sorbitol, erythritol, xylitol and lactitol have a melting point of below 120 ° C, i.e. a lower value compared to the melting point of sugar.
  • the proposed invention discloses a food or feed extrudate with a starch content that is between 0-20% (that is, either starch-free or has only a low starch content) and a protein content of 0-45% (that is, either protein-free or just one also has a lower or lower protein content than previously disclosed in the prior art).
  • a starch content that is between 0-20% (that is, either starch-free or has only a low starch content) and a protein content of 0-45% (that is, either protein-free or just one also has a lower or lower protein content than previously disclosed in the prior art).
  • Claim 1 therefore claims a food or feed extrudate, which is characterized in that the food or feed extrudate contains a gel-forming fiber and a crystalline ingredient with a melting point of less than or equal to 150 ° C as the structure-forming ingredient, and the rest Ingredients as fillers are contained th, the extrudate according to the invention in the sum of all weight proportions has a total of 0.1% - 20% starch and 0.1% - 45% protein, the proportion of the crystalline ingredient in the food or Feed extrudate is 15% - 70% of the sum of all parts by weight and the expansion of the food or feed extrudate is over 300%. With over 70% proportion of crystalline, with up to
  • the gel-forming ingredient is psyllium husks and / or another natural or synthetic substance consisting of at least 10% of the polysaccharide arabinoxylan.
  • the invention is based on the knowledge that flea seed shells, with a suitable configuration of the extruder, are able to gelatinize, i. to form a gel-like structure that makes the extrusion more elastic. Such extrusion crates can then expand by 300% and more.
  • psyllium is that with a dough containing water, the extrusion result becomes rubbery and, in contrast to starch and proteins, psyllium husks are not able to sufficiently stabilize the structures formed by the expansion.
  • a crystalline ingredient that melts at up to 150 ° C is added to the food or feed extrudate with a proportion of 15% - 70% of the sum of all parts by weight, advantageously the crystalline ingredient that melts at up to 150 ° C
  • the ingredient is a polyol, polysaccharide or a type of sugar with a correspondingly low melting point, or a mixture made from them.
  • Claim 4 defines the polyol as a sugar alcohol.
  • the crystalline ingredient which melts at up to 150 ° C., is erythritol and / or xylitol.
  • the crystalline ingredient which melts at up to 150 ° C, is heated in the extruder to a temperature above the melting point, liquefies and is then distributed very evenly in the extrusion dough due to the action of the extruder. After expansion through the nozzle and induced by the evaporation cold of the water, the crystalline ingredient, which melts at up to 150 ° C, crystallizes out and stabilizes the expanded dough.
  • the proportion of gel-forming dietary fiber in the food or feed extrudate is 8% -40% of the sum of all proportions by weight, since otherwise expansion does not take place.
  • the proportion of gel-forming dietary fiber in the food or feed extrudate is 8% -40% of the sum of all proportions by weight, since otherwise expansion does not take place.
  • Psyllium husks make the extrusion dough so unstable that the extrudate immediately collapses again after exiting the nozzle.
  • the psyllium husks After the food or feed extrudate has dried, the psyllium husks also lose their rubber-like consistency and the food or feed extrudate produced retains a crispy consistency.
  • At least one crystalline ingredient with a melting point of less than or equal to 150 ° C preferably a sugar alcohol, in particular erythritol and / or xylitol, whose crystals are melted in the extruder, is essential for the inventive food or feed extrudate and stabilize the expansion of the food or feed extrudate during the recrystallization.
  • carbohydrate-free foods can be produced by the invention, highly puffed snack and breakfast products can be produced for the increasingly popular low-carb diet.
  • the invention enables highly puffed food or animal feed extrudates with a fiber content of up to 70%, although not all fiber content also act as structure-forming ingredients.
  • the starch at concentrations above 25% in the food or feed extrudate is the most frequently used structure-forming ingredient for expansion.
  • Starch enables high concentrations (> 50%) ) Very high expansions.
  • the present invention concerns food or feed extrudates without starch fractions or extrudates with starch fractions of less than 20%, so that these starch fractions have no or only a slight effect on the expansion to have.
  • Proteins are suitable as structure-forming ingredients depending on the type and concentration of the protein in the food or feed extrudate (usually> 45%). Vegetable proteins can lead to expansion in high concentrations, animal proteins can also contribute to expansion in special processes. In contrast to the prior art, however, the present invention relates to food or feed extrudates without protein components or extrudates with protein components below 45%, so that these protein components have little or no effect on the expansion.
  • dietary fiber powder In the case of further food or feed extrudates according to the invention, dietary fiber powder, Wheat bran, fiber products relevant for the food or feed sector (e.g. potato fibers, apple fibers, wheat fibers, pea fibers, cocoa fibers from the shell of the cocoa bean or liquorice), cereal products, seed products, nut products, dried fruits, dried vegetables, herbs, spices , Yeasts, mushrooms, minerals, sweeteners, sweeteners, swelling substances relevant for the food or feed sector, mucilage relevant for the food or feed sector, bones, emulsifiers, gelatine, raising agents, dyes, flavors, inulin, resistant starches, Modifi ed starch, dextrose, polysaccharides, oligosaccharides, pectins, synthetic food ingredients, protein flours, protein concentrates, protein isolates (all protein sources of both animal and vegetable origin) either alone or in combination as other ingredients that are not relevant to expansion, whereby However, the condition from claim 1 remains fulfilled, the
  • the extrusion dough consists of a mixture of 10% psyllium husks, 30% erythritol, 30% fiber products and 30% protein flour and 10% weight fraction of water.
  • a mixture of 10% psyllium husks, 30% erythritol, 30% cocoa fibers and 30% de-oiled pumpkin seed flour was extruded on a 2 screw extruder. Within the extruder, 10% weight percent water was added and a temperature temperature of 140 ° C. The pressure was 60-80 bar.
  • the discharge took place via a 2.5 mm nozzle.
  • the food or feed extrudate expanded to 6 mm, which was a radial expansion of almost 600%.
  • the food or feed extrudate had a soft but stable structure. After drying to less than 5% water content, a crispy consistency was established.

Abstract

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein expandiertes Lebens- oder Futtermittelextrudat zu schaffen, bei welchem die Bedeutung von Stärke- und/oder Proteinanteilen als wesentliche strukturbildende Ingredienzien entfällt. Erreicht wird dies nach der Erfindung durch ein expandiertes Lebens- oder Futtermittelextrudat, bei welchem das Lebens- oder Futtermittelextrudat als wesentliche strukturbildende Ingredienz einen gelbildenden Ballaststoff und eine kristalline Zutat mit einem Schmelzpunkt kleiner bis gleich 150 Grad Celsius enthält und die übrigen Inhaltsstoffe als Füllstoffe oder nicht expansionsrelevante Inhaltsstoffe enthalten sind.

Description

Expandiertes Lebens - oder Futtermittelextrudat
Die Erfindung betrifft ein expandiertes Lebens- oder Futtermittelextrudat gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Im Stand der Technik ist die Herstellung gepuffter Lebens- oder Futtermittel mit einem Extruder bekannt.
Schneckenextrusion ist seit den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts ein gängiges Verfahren zur Verarbeitung von Le bensmitteln. Dazu wird das Lebensmittel (das Extrudat) einem mit einer oder zwei Extrusionsschnecken versehenen Bearbei- tungsraum zugeführt, in dem die durch einen Motor angetriebe nen Extrusionsschnecken den Druck und durch Reibung und Sche rung induziert die Temperatur im Bearbeitungsraum erhöhen.
Gängige Extruder für Lebens- oder Futtermittel kön nen Drücke bis zu 1000 bar und darüber erzeugen und das Le- bens- oder Futtermittel dabei bis zu 300°C erhitzen. (Für technische Anwendungen gibt es Extruder mit noch höheren Wer ten . )
Hat das Extrudat durch die Extrusionsschnecken be fördert den Bearbeitungsraum durchlaufen, wird es durch eine Düse wieder ausgetragen.
Moderne Extruder haben unter anderem die Möglich keit, während der Durchganges die Temperatur zu erhöhen oder zu mindern und zusätzliche Stoffe zu- oder abzuführen. Neben gängigen Nutzanwendungen der Extrusion wie Ga ren, Mischen, Konfektionieren, Textuieren oder Sterilisieren wird die Extrusion im Lebensmittelbereich häufig zum sogenann ten "puffen", d.h. der Expansion des Lebensmittels, einge setzt. Je nach Zusammensetzung des Extrudats und Einstellung der Extrusionsparameter lassen sich Expansions- bzw. Puff- Raten von wenigen Prozent (man spricht in diesem Fall oft von "Textuieren") bis zu mehreren 1000 % (z.B. bei aus Maisstärke bestehende Erdnussflips) erreichen. Bei Expansionsraten von bis zu 300% wird im Folgenden von geringer Expansion gespro chen, bei mehr als 300% von hoher Expansion.
Beim Puffen werden Wasser enthaltende Extrudate (Extrusionsteige) bei Temperaturen über 100°C extrudiert.
Durch den durch den Extruder aufgebauten Druck kann das Wasser trotz Temperaturen über 100°C nicht in eine gasförmige Phase übergehen, es überhitzt.
Wird der Extrusionsteig durch die Düse ausgetragen, findet die innerhalb des Extruders nicht mögliche Phasenum wandlung des Wassers von flüssig zu gasförmig schlagartig statt .
Liegt ein geeignetes Extrudat vor, das heißt ein Extrudat, das in geeigneter Menge eine strukturbildende Ingre dienz aufweist, entweicht der expandierende Dampf nicht in die Umgebung, sondern bleibt im Extrudat fein verteilt enthalten: Das Volumen des Extrudats nimmt bis zu mehreren tausend Pro zenten zu.
Wird ein geeignetes strukturbildendes Ingredienz ge nutzt, bleibt diese aufgeblähte Form des Lebensmittels auch nach Abkühlung und der Kondensation des Wasserdampfes (mit einem entsprechenden Druckabfall) erhalten. Das Extrudat ist gepufft .
Durch Puffen verarbeitete Lebensmittel spielen eine große Rolle im Snack Bereich (in Produkten wie Erdnussflips) und bei Frühstücksprodukten (z.B. gepuffte Cerealien). Eiweiß haltige Extrudate werden als Fleischersatz eingesetzt. Extru- dieren und Puffen sind auch häufig eingesetzte Methoden zur Konfektionierung von Futtermitteln.
Folgende Gründe machen das Puffen von Lebensmitteln für Lebensmittelprodukte attraktiv: Hohes Volumen (=geringe Dichte) , in der Regel gutes Saugvermögen für Flüssigkeiten und auch für Fette, gut trockenbar, lange Haltbarkeit, für den Konsumenten einfach zu kauen und ein gutes Mundgefühl ("Cris- py") ·
Für das Verständnis der Expansion sind die stoffli chen Eigenschaften der zu extrudierenden Zutaten besonders wichtig. Der Mechanismus erfolgt allgemein in 3 Schritten:
1. Um eine Expansion zu erreichen, ist ein Extrudat nötig, das beim Durchgang durch den Verarbeitungs prozess (meist innerhalb des Extruders, es gibt aber auch Verfahren mit einer Vorverkleisterung) verkleistert, so dass ein elastischer Teig ent steht .
2. Direkt nach dem Austritt aus der Extruderdüse ent stehen innerhalb des Teiges aus überhitztem Wasser Dampfblasen, die den Extrusionsteig expandieren.
3. Durch den Phasenübergang des im Extrusionsteig enthaltenen Wassers zu Wasserdampf entsteht Ver dunstungskälte. Der Teig muss sich nun bei der Ab kühlung verfestigen, damit die durch den Dampf entstandenen Blasen auch nach vollständiger Abküh lung und Wiederverflüssigung des Wasserdampfes stabil bleiben.
Ob und in welchem Maß es bei der Extrusion zu einer Expansion kommt, ist zwar auch von der geeigneten Einstellung des Extruders (Schraubengeschwindigkeit, Materialzuführung, Düsenkonfiguration, Wasserzugabe, Temperaturverlauf etc.) ab hängig. Entscheidend sind jedoch die stofflichen Eigenschaften und die Zusammensetzung des Extrudats und der darin enthalte nen strukturbildenden Ingredienzen, die zum einen verkleistern und zum anderen nach der Expansion stabile Strukturen ausbil den müssen.
In besonders guter Weise erfüllen diese Vorausset zung Extrudate, die als strukturbildende Ingredienz Stärke (Mais, Getreide, Reis, Quinoa o.ä. und besonders auch die dar aus erzeugten Stärke-Isolate) enthalten. Die zugrunde liegen den chemischen Details der Verkleisterung und Strukturbildung von Stärke sind seit den 40er Jahren des 19ten Jahrhunderts wohlbekannt. Der Mindestgehalt von Stärke in einem Extrudat, so dass noch eine Expansion möglich ist, ist 20% (Caroline Joy Steel, Maria Gabriela Vernaza Leoro, Marcio Schmiele, Reinaldo Eduardo Ferreira and Yoon Kil Chang: InTECH, Thermoplastic Extrusion in Food Processing) .
Seit den 1970er Jahren beschäftigen sich viele Pa tente mit der Änderung der NährstoffZusammensetzung gepuffter Extrudate .
Zum einen wurde eine sehr hohe Anzahl von Verfahren zur Erhöhung des Anteils an pflanzlichem Eiweiß entwickelt, da diese Eiweiße die Anforderungen einer strukturbildenden Ingre dienz erfüllen können. Hier eine kleine Auswahl dazu:
- US000004044159A vom 23.08.1977: beschreibt die Herstel lung von proteinreichen Flakes mit Soja.
- DD000000155133A1 vom 19.05.1982: beschreibt, wie man durch eine Vorab-Denaturierung aus Leguminosenprotein ein gepufftes Extrudat hersteilen kann.
- US020050064079A1 vom 24.03.2005: beschreibt die Produk tion eines ballaststoffreichen gepufften Extrudats mit mindestens 50% Protein und mindestens 5% Stärke, wobei die Expansion durch eine hohe Expansionsdrehzahl und ho he Drücke erreicht wird.
US 2013/0040040 Al vom 14.02.2013 und CAO00002413951A1 vom 06.11.2004: beschreiben die Produktion gepuffter Le bensmittel auf Basis von Proteinen als strukturbildende Ingredienz, bevorzugt Soja Protein. Dafür werden zum Er reichen eines guten Expansionsergebnisses Eiweißanteile am Extrudat von bis zu 45% bis 90% vorgeschlagen, bevor zugter Weise entöltes Sojamehl bzw. Sojaproteinisolat.
Im Falle niedrigerer Proteinkonzentrationen (< 80%) wird zusätzlich die Verwendung stärkehaltiger Lebensmittel (Mais, Reis, Getreide) vorgeschlagen, um die gewünschte Expansion zu erreichen.
- EP000003395181A1 vom 31.10.2018: beschreibt die Her stellung fleischähnlicher Texturen aus Sojaprotein, wo bei ein erhöhter Fettanteil ermöglicht wird.
Andere Patente beschäftigen sich mit weiteren Modi fikationen der Extrudat-Zusammensetzung unter Nutzung tieri scher Eiweiße, z.B. mit Milchpulver, Schlachtabfällen oder Proteinkombinationen
- CA000002364693A1 vom 28.09.2000: beschreibt die Produk tion eines puffenden Extrudats mit Milchpulver, bis zu 12% Milchfett, bis zu 15% Zucker und 50% Stärke bzw. Ge treide .
- DE000003879601T2 vom 01.07.1993: beschreibt, wie aus 80% tierischen (Schlachtabfälle) und 20% pflanzlichen Proteinen durch Limitierung der Gelatinebildung während der Extrusion ein texturiertes, leicht gepufftes Extru- dat hergestellt werden kann.
- DE000003039348A1 vom 22.04.1982: beschreibt, wie aus Ca sein, Caseinnat, Gluten, Sojaisolat ein gepufftes Snack produkt hergestellt werden kann.
Aus diesen Patenten und der Fachliteratur ergibt sich eine Untergrenze von 45% Protein, unter der eine erkenn bare Expansion des Extrudats nicht mehr zu beobachten ist. Ho he Expansionsraten werden fast ausschließlich mit Extrudaten mit teilweise oder vorwiegend Sojaprotein oder Molkeeiweiß er zielt. Zum anderen beschäftigen sich viele Patente mit der Erhöhung des Ballaststoffanteils in gepufften Extrudaten, vor allem um gesundheitlich wertvollere Produkte zu entwickeln (gesundheitlich positive Effekte von Ballaststoffen selbst und Reduktion von Stärkeanteil und damit dem Brennwert) :
- JP000H03262461A vom 22.11.1991: beschreibt, wie man
durch die Nutzung von Chitosan trotz bis zu 30% Ballast stoff ein gepufftes Lebensmittel hersteilen kann. Der vorgeschlagene Stärkeanteil als strukturbildende Ingre dienz liegt bei 40% - 70%.
- US000005151283A vom 29.09.1992: schlägt die Nutzung von Gerstenextrakt zur Verbesserung der sensorischen Eigen schaften eines expandierten Lebensmittels mit einem Bal laststoffanteil von bis zu 50% vor.
- JP0000H0723739A vom 26.01.1995: beschreibt eine Mischung aus Proteinen, Stärke und Ballaststoffen zur Produktion eines ballaststoffreichen expandierten Lebensmittels.
- US000005591471A vom 07.01.1997: beschreibt die Produkti on eines expandierten Extrudats mit Sojaprotein, Stärke und Ballaststoffen, wobei die Relation Sojaprotein zu Ballaststoff mindestens 1:0,4 ist. Zu Erreichung einer guten Expansion wird die Nutzung eines Schäumungsmittels vorgeschlagen .
- CA000002068166C vom 30.12.2003: extrudiert ein Extrudat mit bis zu 40% Ballaststoffen ohne es dabei zu expandie ren. Nach einer speziellen Formung und Trocknung erfolgt dann eine Expansion nur durch Hitze als Kissenexpansion (pillow puffing) .
- US020070054029A1 vom 08.03.2007: beschreibt die Produk tion einer Reis-Cerealie mit einem Ballaststoffanteil von bis zu 25%. Um eine negative Beeinflussung weiterer Bearbeitungsschritte (inkl. Expansion durch Extrusion) durch den Ballaststoff zu minimieren, wird eine Vorbe handlung der Ballaststoffe durch mehrere Kochschritte vorgeschlagen . - W0002006138705A1 vom 28.12.2006: beschreibt die Her stellung eines ballaststoffreichen Lebensmittels, indem eine gepuffte, vor allem stärkehaltige Cerealie mit ei ner ballaststoffreichen Schicht gecoatet wird.
- WO 002007124427 A2 vom 01.11.2007: beschreibt die Her stellung möglichst ballaststoffreicher Puff-Produkte mit speziellen Extrudereinstellungen und der zusätzlichen Zugabe von Backtriebmitteln. Der Ballaststoffanteil kann damit über 10% erhöht werden.
- W0002009094421A1 vom 30.07.2009: beschreibt eine Metho de, expandierte Extrudate mit die Expansion hindernden oder hitzeempfindlichen Zutaten zu produzieren, indem 25% - 75% vorverkleisterte Stärke genutzt wird.
- W0002010124922A1 vom 04.11.2010: beschreibt die Her
stellung einer gepufften Cerealie auf Basis von 20% Rog genkleie und 50% Maisstärke.
- CN000103238777A vom 14.08.2013: beschreibt die Herstel lung eines Reisersatzes mit hohem Ballaststoffanteil, mit 30% bis 40% stärkehaltigem Reispulver sowie anderen stärkehaltigen Lebensmitteln als Bestandteil des Extru- dats .
- US020170181462A1 vom 29.07.2017: beschäftigt sich damit, wie die die Expansion hindernde Wirkung von Ballastoffen durch Pellettierung dieser reduziert werden kann und dadurch gepuffte Frühstückscerealien hergestellt werden können, die einen höheren Ballaststoffanteil, aber dafür weniger Stärke aufweisen. Erfindungsgemäß wird aber auch hier ein Stärkeanteil von mindestens 50% als struktur bildende Ingredienz vorgeschlagen.
In keinem der ermittelten Verfahren wurde ein Bal laststoff als strukturbildende Ingredienz genutzt, sondern in allen Fällen wurde ausschließlich das Problem gelöst, dass Ballaststoffe potentiell eine Expansion hindern, d.h. die strukturbildenden Eigenschaften von Stärke oder Proteinen re- duziert oder zu nicht vorteilhaften Eigenschaften des gepuff ten Extrudats beiträgt.
Kombinationen aus Protein und Stärke pufften nur, wenn der Proteinanteil bei mindestens 45% lag. In keinem Pa- tent wurde beispielhaft berichtet, dass ein hoch gepufftes Re sultat mit einem Ballaststoffanteil von über 40% erzeugt wer den konnte.
Bei Kombinationen von Stärke und Ballaststoffen konnte eine theoretisch mögliche Reduktion des Stärkegehaltes auf unter 25% trotz hoher Forschungsaufwendungen bei weitem nicht erreicht werden, da Ballaststoffe die Verkleisterung der Stärke hemmen. Auch hier existieren keine Beispiele von hoch gepufften Resultaten mit einem Ballaststoffanteil über 40%.
Die Ingredienz Flohsamen in extrudierten Lebensmitteln
Flohsamenschalen (engl. Psyllium Husks) sind die Sa menschalen der Wegerich-Art Plantago ovata.
Flohsamenschalen bestehen zu 80% aus wasserlöslichen Ballast- offen und sind in der Lage, große Mengen Wasser zu binden (Quellzahl > 40) .
In zahlreichen medizinischen Studien wurden Flohsa menschalen positive gesundheitliche Wirkungen nachgewiesen.
Flohsamenschalen bilden in Verbindung mit Wasser ein schleimiges Gel, was auf den Inhaltstoff Arabinoxylan zurück zuführen ist, der in indischem Flohsamen zu bis zu 30% enthal ten ist (Milton H. Fischer, a Nanxiong Yu, b Gary R. Gray, b John Ralph, c Laurens Andersond, * and Judith A. Marlett: The gel-forming polysaccharide of psyllium husk) . Der direkte Genuss von Flohsamenschalen in therapeu tischen Mengen (5g) gestaltet sich auf Grund der hohen Wasser bindungsfähigkeit schwierig. Deshalb gibt es viele Ansätze, Flohsamenschalen in Lebensmittel einzubauen: - US000005026689A vom 25.06.1991: beschreibt die Produkti on von Cerealien mit Flohsamenschalen, wobei explizit beschrieben wird, dass im Sinne dieses Patentes ein Ko chen solcher Teige mit Extrudern mit hohen Drücken zu vermeiden ist, da eine Expansion vermieden werden soll. Ein Extruder sollte, wenn überhaupt, nur zur Konfektion des Teiges eingesetzt werden (Mischen, Kochen, Portio nieren) . Das anschließende Puffen der dort beschriebenen Cerealien wird mittels Toasten bei 400°C erreicht. Es wird in dieser Veröffentlichung zudem ein Stärkeanteil des Cerealienteiges von 20 - 80 % vorgeschlagen.
- US5173296A vom 22.12.1992: beschreibt eine Flohsamen
schalen enthaltende, marzipanartige Masse, die geeignet ist, die medizinischen Wirkungen von Flohsamenschalen (als Laxativ, zur Cholesterinsenkung) in einer vom Ver braucher besser tolerierten Form anzubieten. Die dort beschriebene Masse wird extrudiert, expandiert jedoch nicht .
- US000000036067E vom 26.01.1999: beschreibt die Herstel lung gekochter Cerealien, denen wegen der gesundheitli chen Wirkungen Flohsamenschalenmehl in Kombination mit nicht wasserlöslichen Ballaststoffen hinzugefügt wird.
- KR102004074163A vom 23.08.2004: beschreibt die Produkti on ballaststoffreicher Nudeln mit bis zu 4% Flohsamen schalen. Der Hauptbestandteil des Teiges ist Weizenmehl. Die Extrusion erfolgt dann über einen Nudelextruder.
Auch bei extrudierten Lebensmitteln gibt es Erfin dungen, die die Verwendung von Flohsamenschalen beinhalten:
- EP000000144644A2 vom 19.06.1985: beschreibt die Produk tion von Riegeln oder Keksen mit einem Anteil von 10% - 80% Flohsamenschalen mit Hilfe eines Extruders. Zusätz lich werden zwingend 10% - 30% einer strukturbildenden Ingredienz (im Text: Streckmittel=„Expanders" , d.h.
Reispulver, Maispulver, modifizierte Stärke) eingesetzt, um die für einen Riegel oder Keks notwendige Expansion zu erreichen. Im Patent wird festgestellt, dass die hohe Menge Flohsamen unter geeigneter Wassermischung nicht wie erwartet die Expansion des Streckmittels verhindert, sondern fördert.
- GB000002201875A vom 14.09.1988: beschreibt die Herstel lung eines Lebensmittels, das hohe Mengen Flohsamenscha len sowie andere Ballaststoffe enthält. Um dieses zu ko chen und zu konfektionieren, wird als eine von mehreren Methoden ein Extruder vorgeschlagen. Eine mögliche Ex pansion dieser Mischung wird zwar als möglich erwähnt, jedoch nicht näher beschrieben.
- US000005223298A vom 29.06.1993: beschreibt die Herstel lung eines extrudierten Lebensmittels mit einem Flohsa menanteil von bis zu 10%. Inhalt dieser Erfindung ist es, die gelbildenden Eigenschaften der Flohsamenschalen durch einen Zwischenbehandlungsschritt zu deaktivieren, um die geschmacklichen und texturalen Eigenschaften des ansonsten vor allem Stärke enthaltenden Extrudats mög lichst nicht zu verändern.
- US000005382443A vom 17.01.1995: beschreibt die Herstel lung von mit Flohsamenschalen angereicherten Cerealien. Die Flohsamen werden in einem ersten Extrusionsprozess ohne Expansion behandelt und dann mit stärkehaltigen Zu taten als strukturbildende Ingredienz in einem zweiten Extrusionsschritt gepufft.
- WO 002007124427 A2 vom 01.11.2007: beschreibt die Her stellung möglichst ballaststoffreicher gepuffter Produk te. Es wird als mögliche Ballaststoffquelle auch Psylli um genannt. Inhalt der Erfindung ist es, bei höheren Ballaststoffkonzentrationen die Expansion durch Zusatz verschiedener Treibmittel zu unterstützen.
- CN000103960593A vom 06.08.2014: beschreibt die Herstel lung gepuffter Lebensmittel mit geringen Mengen Flohsa menschalen und nutzt als Hauptzutat und strukturbildende Ingredienz stärkehaltige Weizenkleie sowie Backpulver zur Unterstützung. Die meisten Patente beschäftigen sich damit, die durch die Flohsamenschalen im Extrudat entstehende gummiartige Konsistenz zu unterdrücken:
- EP000000144644A2 beschreibt schon mögliche positiven Eigenschaften von Flohsamenschalen für die Expansi on, setzt aber zur Verkleisterung als strukturbil dende Ingredienz Stärke ein, wodurch aber nur ge ringe Expansionen erreichbar sind, so dass als Pro dukte nur Riegel oder Kekse, aber keine hoch expan dierten Produkte erstellt werden können.
Zuckeralkohole (Polyole) in extrudierten Lebensmitteln
Zuckeralkohole (Polyole) werden in der Lebensmittel- herstellung als Zuckeraustauschstoffe eingesetzt. Beispiele für derartige Zuckeralkohole sind Sorbitol, Maltitol, Isomalt, Erythritol, Xylitol, Lactitol und Mannitol. Alle Zuckeralko hole bilden zuckerähnliche Kristalle und haben gegenüber Zu cker eine etwas reduzierte Süßkraft. Sorbitol, Erythritol, Xylitol, Lactitol haben einen Schmelzpunkt von unter 120°C, also einen im Vergleich zum Schmelzpunkt von Zucker niedrige ren Wert.
Auch zu Zuckeralkoholen gibt es Erfindungen im Zu sammenhang mit gepufften Lebensmitteln. Diese werden aber nicht funktionell für den Extrusionsprozess, sondern nur zur Reduktion des Zuckers und des Brennwertes in eingesetzt:
- EP000001858349B1 vom 26.05.2010: beschreibt die Verwen dung von Isomalt in extrudierten Cerealien-Produkten .
- CN000105614682A vom 22.10.2015: setzt den Zuckeralkohol Erythritol in gepufften Cerealien ein, um den glykämi- schen Index zu reduzieren. Der Zuckeralkohol ersetzt Zu cker als Süßungsmittel, hat jedoch keine funktionellen Wirkungen . Beschreibung der Erfindung
Während in bisher beschriebenen Verfahren die Er stellung eines gepufften Lebensmittels entweder mit einem Stärkeanteil von mindestens 20% oder einem Anteil an Eiweiß von mindestens 45% möglich ist, da bisher nach Stand der Tech nik nur diese Inhaltsstoffe als strukturbildende Ingredienzien geeignet sind, wird in der vorgeschlagenen Erfindung ein Le bens- oder Futtermittelextrudat offenbart mit einem Stärkean- teil, der zwischen 0 - 20 % liegt (also entweder stärkefrei ist oder nur einen geringen Stärkeanteil aufweist) und einem Eiweißanteil von 0-45% (also entweder proteinfrei ist oder nur einen ebenfalls geringen bzw. geringer als im Stand der Tech nik bisher offenbarten Proteinanteil besitzt) . Die Bedeutung von Stärke- und/oder Proteinanteilen am erfindungsgemäßen Le bens- oder Futtermittelextrudat als wesentliche strukturbil dende Ingredienzien entfällt damit.
In Anspruch 1 wird daher ein Lebens- oder Futtermit telextrudat beansprucht, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Lebens- oder Futtermittelextrudat als strukturbilden de Ingredienz einen gelbildenden Ballaststoff und eine kris talline Zutat mit einem Schmelzpunkt kleiner bis gleich 150°C enthält, und die übrigen Inhaltsstoffe als Füllstoffe enthal ten sind, das erfindungsgemäße Extrudat in der Summe aller Ge- wichtsanteile insgesamt einen Stärkeanteil von 0,1% - 20% und einen Proteinanteil von 0,1% - 45 % aufweist, der Anteil der kristallinen Zutat am Lebens- oder Futtermittelextrudat 15% - 70% der Summe aller Gewichtsanteile beträgt und die Expansion des Lebens- oder Futtermittelextrudats bei über 300% liegt. Bei über 70% Anteil der kristallinen, bei bis zu
150°C schmelzenden Zutat im Extrusionsteig wird dieser nach dem Aufschmelzen dieser Zutat im Extruder so flüssig, dass keine Expansion mehr stattfindet. Dabei ist gemäß Anspruch 2 die gelbildende Zutat Flohsamenschalen und/oder eine sonstige zu mindestens 10% aus dem Polysaccharid Arabinoxylan bestehende natürliche oder syn thetische Substanz.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Floh samenschalen bei geeigneter Konfiguration des Extruders in der Lage sind zu verkleistern, d.h. eine gelartige, den Extrusion steig elastisch machende Struktur auszubilden. Solche Ex trusionsteige können dann um 300% und mehr expandieren.
Die „Verkleisterung" ist hierbei ein Vorgang, der durch mechanische und/oder thermische Behandlung die Elastizi tät eines Extrusionsteiges (=dickflässiges Extrudat nach Was serzugabe) zu einer gelartigen Struktur verändert. Während in der einschlägigen Literatur der Begriff „Verkleisterung" vor wiegend für Prozesse angewandt wird, die auf Stärke basieren, wird hier der Begriff sinngemäß auch auf Protein- und Ball stoff- basierte vergleichbare Reaktionen angewendet (der eng lische Begriff "Gelatinize" beschreibt den Vorgang exakter und unabhängig von der Stoffklasse, eine deutsche Übersetzung in "Gelanitisieren" wäre jedoch missverständlich.) .
Der Nachteil von Flohsamen ist jedoch, dass bei ei nem Wasser enthaltenden Teig das Extrusionsergebnis gummiartig wird und Flohsamenschalen im Gegensatz zu Stärke und Eiweißen nicht in der Lage ist, die durch die Expansion gebildeten Strukturen ausreichend zu stabilisieren.
Deshalb besteht die Gefahr, dass, nachdem der Was serdampf nach Erkaltung kondensiert, das expandierte Lebens oder Futtermittelextrudat wieder kollabiert.
Deshalb wird erfindungsgemäß nach Anspruch 3 dem Le bens- oder Futtermittelextrudat mit einem Anteil von 15% - 70% der Summe aller Gewichtsanteile eine kristalline, bei bis zu 150° C schmelzende Zutat hinzugefügt, wobei vorteilhafterweise die kristalline, bei bis zu 150°C schmelzende Zutat ein Po lyol, Polysaccharid oder eine Zuckerart mit entsprechend nied rigem Schmelzpunkt oder eine daraus erstellte Mischung ist. Anspruch 4 definiert das Polyol als einen Zuckeral- kohol .
In einer besonderen Aus führungs form der Erfindung gemäß Anspruch 5 ist die kristalline, bei bis zu 150°C schmel- zende Zutat Erythritol und/oder Xylithol.
Die kristalline, bei bis zu 150° C schmelzende Zutat wird im Extruder auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunk tes erhitzt, verflüssigt sich und verteilt sich dann durch die Extruderwirkung sehr gleichmäßig im Extrusionsteig. Nach der Expansion durch die Düse und induziert durch die Verdunstungs kälte des Wassers kristallisiert die kristalline, bei bis zu 150° C schmelzende Zutat aus und stabilisiert damit den expan dierten Teig.
Gemäß Anspruch 6 beträgt der Anteil des gelbildenden Ballaststoffes am Lebens- oder Futtermittelextrudat 8% - 40% der Summe aller Gewichtsanteile, da ansonsten eine Expansion nicht stattfindet. Bei über 40% Anteil von z.B. Flohsamenscha len wird der Extrusionsteig so labil, dass das Extrudat nach dem Austritt aus der Düse sofort wieder kollabiert. Nach Trocknung des Lebens- oder Futtermittelextru- dats verlieren auch die Flohsamenschalen ihre gummiartige Kon sistenz und das erzeugte Lebens- bzw. Futtermittelextrudat er hält eine knusprige Konsistenz.
Wesentlich für das erfindungsgemäße Lebens- oder Futtermittelextrudat ist insofern neben der gelbildenden Zutat als ein Bestandteil mindestens eine kristalline Zutat mit ei nem Schmelzpunkt kleiner bis gleich 150°C, vorzugsweise ein Zuckeralkohol, insbesondere Erythritol und/oder Xylithol, des sen Kristalle im Extruder aufgeschmolzen werden und bei der Rekristallisierung die Expansion des Lebens- oder Futtermit telextrudat stabilisieren.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen expandierten, extru dierten, gepufften Lebens- oder Futtermittels auf Basis von Flohsamenschalen und mit z.B. Erythritol als strukturbildende Ingredienzenkombination lassen sich fast zucker-, fett- und stärkefreie hoch gepuffte Lebens- oder Futtermittelextrudate hersteilen, die einen sehr geringen Brennwert aufweisen.
Da durch die Erfindung im Prinzip kohlenhydratfreie Lebensmittel herstellbar sind, können hoch gepuffte Snack- und Frühstücks-Produkte für die immer populärer werdende Low-Carb- Ernährung hergestellt werden.
Des Weiteren sind durch die Erfindung hoch gepuffte Lebens- oder Futtermittelextrudate mit einem Ballaststoffan teil von bis zu 70% möglich, wobei nicht alle Ballaststoffan teile auch als strukturbildende Ingredienzien wirken.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass beim soge nannten „Puffing" von Lebens- oder Futtermitteln die Stärke bei Konzentrationen über 25% im Lebens- oder Futtermitte- lextrudat die meist genutzte strukturbildende Ingredienz für die Expansion darstellt. Stärke ermöglicht in hohen Konzentra tionen (>50%) sehr hohe Expansionen. In der vorliegenden Er findung geht es im Gegensatz zum Stand der Technik jedoch um Lebens- oder Futtermittelextrudate ohne Stärkeanteile bzw. um Extrudate mit Stärkeanteilen von unter 20%, so dass diese Stärkeanteile keine oder nur eine geringfügige Auswirkung auf die Expansion haben.
Proteine sind als strukturbildende Ingredienz unter schiedlich geeignet je nach Art und Konzentration des Proteins im Lebens- oder Futtermittelextrudat (üblicherweise > 45%) . Pflanzliche Proteine können in hohen Konzentrationen zu einer Expansion führen, tierische Proteine können in besonderen Ver fahren ebenfalls zu einer Expansion beitragen. In der vorlie genden Erfindung geht es im Gegensatz zum Stand der Technik jedoch um Lebens- oder Futtermittelextrudate ohne Proteinan teile bzw. um Extrudate mit Proteinanteilen von unter 45%, so dass diese Proteinanteile keine oder nur eine geringfügige Auswirkung auf die Expansion haben.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Lebens- oder Futter- mittelextrudaten sind gemäß Anspruch 7 Ballaststoffpulver, Ge- treidekleie, für den Lebens- oder Futtermittelbereich relevan te Faserprodukte (z.B. Kartoffelfasern, Apfelfasern, Weizen fasern, Erbsenfasern, Kakaofasern aus den Schalen der Kakao bohne oder auch Süßholz), Getreideprodukte, Saatenprodukte, Nussprodukte, getrocknete Früchte, getrocknete Gemüse, Kräu ter, Gewürze, Hefen, Pilze, Mineralien, Süßungsmittel, Süß stoffe, für den Lebens- oder -Futtermittelbereich relevante Quellstoffe, für den Lebens- oder Futtermittelbereich relevan te Schleimstoffe, Knochen, Emulgatoren, Gelatine, Backtrieb mittel, Farbstoffe, Aromen, Inulin, resistente Stärke, modifi zierte Stärke, Dextrose, Polysaccharide, Oligosaccharide, Pek tine, synthetische Lebensmittelzutaten, Proteinmehle, Protein konzentrate, Proteinisolate (alle Proteinquellen jeweils so wohl tierischen als auch pflanzlichen Ursprungs) entweder al lein oder in Kombination als weitere, nicht expansionsrelevan te Inhaltsstoffe enthalten, wobei jedoch die Bedingung aus An spruch 1 erfüllt bleibt, dass in der Summe aller Gewichtsan teile der Gesamt-Stärkeanteil des Lebens- oder Futtermitte- lextrudats zwischen 0,1% - 20% und/oder der Gesamt- Proteinanteil zwischen 0,1% - 45% liegt.
Als konkrete Aus führungs form der Erfindung wird in Anspruch 8 beansprucht, dass der Extrusionsteig aus einer Mi schung aus 10% Flohsamenschalen, 30% Erythritol, 30% Faserpro dukten und 30% Proteinmehl sowie 10% Gewichtsanteil an Wasser besteht .
Nachfolgend ist eine vorteilhafte Kombination von Inhaltsstoffen des erfindungsgemäßen Lebens- oder Futter- mittelextrudats beschrieben nebst der Herstellung eines Extru sionsteiges nach bekanntem Herstellungsverfahren:
Beispiel :
Eine Mischung aus 10% Flohsamenschalen, 30% Erythri- tol, 30% Kakaofasern und 30% entöltem Kürbiskernmehl wurde auf einem 2 Schneckenextruder extrudiert. Innerhalb des Extruders wurden 10% Gewichtsprozent Wasser zugegeben und eine Tempera- tur von 140°C eingestellt. Der Druck war 60-80 bar. Die
Durchlaufzeit durch den Extruder betrug ca. 30 Sekunden.
Die Austragung erfolgte über eine 2,5 mm Düse. Das Lebens- oder Futtermittelextrudat expandierte auf 6 mm, was eine radiale Expansion um fast 600% darstellte. Direkt nach der Expansion hatte das Lebens- oder Futtermittelextrudat eine weiche, jedoch stabile Struktur. Nach Trocknung auf unter 5% Wassergehalt stellte sich eine knusprige Konsistenz ein.

Claims

Patentansprüche
1. Expandiertes Lebens- oder Futtermittelextrudat, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Lebens- oder Futtermittelextrudat als strukturbil dende Ingredienz einen gelbildenden Ballaststoff und ei ne kristalline Zutat mit einem Schmelzpunkt kleiner bis gleich 150°C enthält,
- und die übrigen Inhaltsstoffe als Füllstoffe enthalten sind,
- das Lebens- oder Futtermittelextrudat in der Summe aller Gewichtsanteile einen Stärkeanteil von 0,1% - 20% und/oder einen Proteinanteil von 0,1% - 45% aufweist,
- der Anteil der kristallinen Zutat am Lebens- oder Fut termittelextrudat 15% - 70% der Summe aller Gewichtsan teile beträgt
- und die Expansion des Lebens- oder Futtermittelextrudats bei über 300% liegt.
2. Expandiertes Lebens- oder Futtermittelextrudat nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gelbildende Zutat Flohsamenschalen und/oder eine zu mindest zu 10% aus dem Polysaccharid Arabinoxylan beste hende natürliche oder synthetische Substanz ist.
3. Expandiertes Lebens- oder Futtermittelextrudat nach An
spruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kristalline, bei bis zu 150°C schmelzende Zutat ein Polyol, Polysaccharid oder eine Zuckerart mit einem ent- sprechend niedrigen Schmelzpunkt oder eine daraus erstell te Mischung ist.
4. Expandiertes Lebens- oder Futtermittelextrudat nach An
spruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyol ein Zuckeralkohol ist.
5. Expandiertes Lebens- oder Futtermittelextrudat nach An
spruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuckeralkohol Erythritol und/oder Xylithol ist.
6. Expandiertes Lebens- oder Futtermittelextrudat nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des gelbildenden Ballaststoffes am Lebens- oder Futtermittelextrudat 8% - 40% der Summe aller Gewichtsan teile beträgt.
7. Expandiertes Lebens- oder Futtermittelextrudat nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Ballaststoffpulver, Getreidekleie, für den Lebensmittel oder Futtermittelbereich relevante Faserprodukte, Getrei deprodukte, Saatenprodukte, Nussprodukte, getrocknete Früchte, getrocknete Gemüse, Kräuter, Gewürze, Hefen, Pil ze, Mineralien, Süßungsmittel, Süßstoffe, für den Lebens oder Futtermittelbereich relevante Quellstoffe, für den Lebens- oder Futtermittelbereich relevante Schleimstoffe, Emulgatoren, Gelatine, Backtriebmittel, Farbstoffe, Aro men, Inulin, resistente Stärke, modifizierte Stärke, Dext rose, Polysacharide, Oligosacharide, Pektine, synthetische Lebensmittelzutaten, Proteinmehle, Proteinkonzentrate, Proteinisolate entweder allein oder in Kombination als weitere Füllstoffe enthalten sind.
8. Expandiertes Lebens- oder Futtermittelextrudat nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Bestandteile 10% Flohsamenschalen, 30% Erythritol, 30% Faserprodukte und 30% entöltes Proteinmehl der Summe aller Gewichtsanteile aufweist.
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