WO2022073529A1 - Glutenfreier essbarer extrusionskörper und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen glutenfreien essbaren Extrusionskörper. Dieser enthält glutenfreie Stärke und/oder glutenfreies Mehl und mindestens 0,05 Gew.-% mindestens eines Hydrokolloids.
Description
Glutenfreier essbarer Extrusionskörper und Verfahren zu seiner Her- stellung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen glutenfreien essbaren Extrusionskör- per, insbesondere einen essbaren Trinkhalm oder ein Essstäbchen. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des gluten- freien essbaren Extrusionskörpers.
Stand der Technik
Aufgrund des Klimawandels und der zunehmenden Umweltverschmutzung spielt nachhaltiger Konsum eine immer größer werdende Rolle in unserem Alltag. Dazu zählt vor allem die Verringerung des Plastikverbrauchs. Nach der aktuellen Richtlinie der Europäischen Union sind Einwegprodukte aus Kunst- stoff ab 2021 nicht mehr zugelassen.
Es hat bereits verschiedene Ansätze gegeben Trinkhalme, anstat aus Kunst- stoffen, aus biologisch abbaubaren und sogar essbaren Materialien herzustel- len. So beschreibt die US 2006/0286214 A1 einen essbaren Trinkhalm, des- sen Material zu 56 Gew.-% aus pürierten Früchten und zu 40 Gew.-% aus ei- nem Verdickungsmittel besteht. Aus diesen Bestandteilen wird eine Folie her- gestellt, die dann in mehreren Lagen zu dem Trinkhalm geformt wird. Die Oberfläche des Trinkhalms wird mit Zein beschichtet. Hierbei handelt es sich um eine Gruppe von Proteinen aus Zea mays.
In der US 2004/0013772 A1 wird ein essbarer Trinkhalm beschrieben, der zu 91 Gew.-% aus Fruchtpulver besteht Das Material wird zu einem endlosen rohrförmigen Strang extrudiert aus dem Trinkhalme geschnitten werden kön- nen. Diese werden dann an Ihrer Oberfläche mit Carnaubawachs oder mit ei- nem Schellack beschichtet.
Ein essbarer Trinkhalm auf der Basis frischer Früchte ist aus der DE 202016 005545 U1 bekannt. Dieser besteht zumindest zu 70 Gew.-% aus frischer Frucht und kann mittels Extrusion hergestellt werden. Seine Oberfläche wird mit einem Überzug aus Alginat oder Carnaubawachs versehen.
Die voranstehend beschriebenen essbaren Trinkhalme weisen nur eine ge- ringe mechanische Stabilität auf. Die Materialien der genannten Dokumente würden bei der Nutzung schnell erweichen und beginnen sich im Getränk auf- zulösen. Deshalb ist es erforderlich, sie mit einer wasserundurchlässigen Schutzschicht zu überziehen. Aber auch wenn durch die Beschichtung ein Aufweichen verhindert werden kann, bleibt die geringe mechanische Stabilität der Trinkhalme dennoch ein Problem, sodass diese im Vergleich zu Kunst- stofftrinkhalmen mit einer sehr hohen Wandstärke hergestellt werden müs- sen.
Die DE 20 2018 004 337 U1 beschreibt einen essbaren Trinkhalm, dessen Struktur stabilisiert ist und dessen Außendurchmesser auch ohne Verwen- dung einer wasserundurchlässigen Schutzschicht in einem Getränk nicht auf- quillt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Trinkhalm 17 bis 40 Gew.-% Glu- ten enthält. Gluten weist sehr gute Bindeeigenschaften auf. Allerdings zählt es zu den 12 Hauptallergenen.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung einen essbaren Extrusionskörper bereitzustellen, der als Trinkhalm oder Essstäbchen ausgeführt werden kann und der zwar ähnlich einem glutenhaltigen Trinkhalm oder Essstäbchen eine hohe Stabilität und eine geringe Quellung in einem Getränk oder Nahrungs- mittel aufweist, der jedoch kein Gluten enthält. Außerdem ist es wünschens- wert, dass der Extrusionskörper den Geschmack und das Aussehen eines Getränks, in welches er eingeführt wird, nicht verändert und somit dieselben Vorteile wie ein Kunststofftrinkhalm oder -essstäbchen aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines der- artigen Extrusionskörpers bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt der Erfindung durch einen gluten- freien essbaren Extrusionskörper gelöst, welcher glutenfreie Stärke und/oder glutenfreies Mehl und außerdem mindestens 0,05 Gew.-%, bevorzugt min- destens 0,5 Gew.-%, mindestens eines Hydrokolloids bezogen auf 100 Gew.- % der Trockenmasse des Extrusionskörpers enthält. Gluten stellt in glutenhal- tigen Trinkhalmen ein wesentliches Bindemittel dar und sorgt unter anderem durch das entstehende Gluten-Netzwerk für die nötige Stabilität im Endpro- dukt. Für die Herstellung eines glutenfreien Extrusionskörpers muss dieses Klebeeiweiß deshalb spezifisch durch Stoffe mit ähnlichen funktionalen Ei- genschaften ersetzt werden. Dies wird erfindungsgemäß durch die Verwen- dung mindestens eines Hydrokolloids erreicht. Das Hydrokolloid erhöht die
Viskosität sowie den Zusammenhalt eines Teiges aus dem der Extrusionskör- per hergestellt wird. Dadurch kann sowohl die Stabilität als auch das Quell- verhalten des Extrusionskörpers optimiert werden. Der Einsatz mindestens ei- nes Hydrokolloids wirkt außerdem der Bildung von gelösten Partikeln bezie- hungsweise Schwebstoffen beim Einbringen des Extrusionskörpers in eine Flüssigkeit entgegen und verhindert so eine optische und geschmackliche Veränderung eines Getränks, wenn der Extrusionskörper als Trinkhalm ver- wendet wird. Zudem wird eine glatte Oberfläche des Extrusionskörpers er- reicht, durch die dieser ein angenehmes Mundgefühl aufweist und nicht kleb- rig wirkt. Dabei sollte der Anteil des mindestens einen Hydrokolloids an dem Extrusionskörper 3,0 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-% der Trockenmasse des Extrusionskörpers vorzugsweise nicht überschreiten.
Grundsätzlich kann der Extrusionskörper die Form diverser Einwegartikel auf- weisen, die beim Verzehr von festen Nahrungsmitteln oder Getränken ver- wendet werden, wie beispielsweise Rührstäbchen, Löffel, Gabeln, Messer o- der Tassen. Durch die erreichbaren Eigenschaften kann der Extrusionskörper jedoch vorzugsweise als Trinkhalm oder Essstäbchen verwendet werden, welcher als Ersatz für Kunststofftrinkhalme oder -essstäbchen geeignet ist. Um eine ausreichende Stabilität und Beständigkeit gegen Auflösung in einem Getränk zu erreichen, ohne den Trinkhalm dabei im Vergleich zu einem Kunststofftrinkhalm unnötig groß zu dimensionieren, liegt seine Wandstärke vorzugsweise im Bereich von 0,1 mm bis 2,0 mm.
Das mindestens eine Hydrokolloid ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, die aus Agar, Alginaten, Carrageenananen, Cellulose, Cellulose- derivaten, Galactomannanen, Gelten, Gummi Arabicum, modifiziertem Gummi Arabicum, Inulin, Konjak-Gummi, Pektinen, Traganth und Xanthan besteht. Unter diesen Hydrokolloiden sind das Cellulosederivat Hydroxyp- ropylcellulose und das Gallactomannan Johannisbrotkernmehl besonders bevorzugt.
Agar, Alginate, Carrageenanane, Cellulosen, Inulin und Pektine sind Aus- züge aus Landpflanzen und Meeresalgen:
Agar ist ein Sammelbegriff für eine komplexe Mischung von Polysachari- den, die aus den Rotalgenarten Gelidium und Gracilaria extrahiert werden. Agar-Agar besteht aus zwei Hauptfraktionen: Agarose, einem neutralen Polymer, und Agaropectin, einem geladenen sulfatierten Polymer. Diese liegen in Abhängigkeit des ursprünglichen Rohstoffs und des Herstellungs- verfahrens in variablen Anteilen vor. Agar bildet beim Abkühlen feste spröde Gele und zeigt eine thermische Hysterese. Darunter versteht man eine Abweichung zwischen der Schmelz- und Erstarrungstemperatur in ei- ner Lösung. Typischerweise schmilzt Agar-Agar bei 85ÖC und härtet bei ca. 38°C aus.
Carrageenane sind eine Gruppe langkettiger Kohlenhydrate, die in Rotalgen- zellen vorkommen. Es handelt sich um lineare anionische Hydrokolloide, die sich nach ihrer chemischen Struktur unterscheiden lassen und unterschiedli- che Eigenschaften aufweisen.
Cellulose ist der Hauptbestandteil der Zellwände höherer Pflanzen. Es handelt es sich um ein lineares Polymer aus ß-(1 ,4)-D-Anhydroglucose, welches wasserunlöslich ist und vom menschlichen Körper nicht verdaut werden kann.
Gallactomannane, wie insbesondere Bockshornklee, Johannisbrotkern- mehl, Guarkernmehl und Tara, sind Samenmehle. In Wasser gelöste Ga- lactomannane entfalten ihre lange Mannankette zu einer offenen, flexib- len, ungeordneten Konformation, die als zufällige Spiralen bezeichnet wer- den. Bei geringer Konzentration der Hydrokolloide liegen diese Spiralen
getrennt vor. Sie können sich frei in der Lösung bewegen und ihre Orien- tierung oder Form innerhalb der Lösung ändern. Dies kann als verdünnte Domäne bezeichnet werden. In dieser verdünnten Domäne nimmt die Vis- kosität der Lösung linear mit der Konzentration des Gallactomannans zu. Mit zunehmender Konzentration steigt die statistische Wahrscheinlichkeit, dass die Mannanketten in Kontakt kommen. Dies führt schließlich zu ihrer gegenseitigen Verflechtung. Der Konzentrationsbereich, in dem die Visko- sität exponentiell mit der Konzentration ansteigt, wird Verschränkungsdo- mäne genannt. Je länger das Molekül und je länger seine Konformation ist, desto geringer ist die Konzentration, bei der ein Verflechtung einsetzt und desto festere Gele sind möglich.
Inulin ist ein Gemisch von Polysacchariden aus Fructosebausteinen mit ei- ner Kettenlänge von bis zu 100 Monomeren und einem endständigen Glu- coserest. Es zählt zu den Fructanen.
Pektine sind pflanzliche Polysaccharide, genauer gesagt Polyuronide, die im Wesentlichen als a-1 ,4-glycosidisch verknüpften D-Galacturonsäureeinheiten bestehen. Ernährungsphysiologisch betrachtet sind Pektine für den Men- schen Ballaststoffe. Sie kommen in allen höheren Landpflanzen vor. Bei der Extraktion von Pektinen aus den pflanzlichen Geweben werden diese che- misch verändert. Darum werden die nativen pflanzlichen Pektine Protopektine genannt, um so von den veränderten Pektinen abzugrenzen. Protopektine sollen nicht als Geliermittel im Sinne dieser Erfindung verstanden werden. Al- len Pektinen ist gemein, dass es sich hierbei um Polysaccharide handelt, de- ren Hauptbestandteil zu mindestens 65 Gew.-% a-D- Galacturonsäure (pKa- Wert: 2,9) als Monomer ist. Diese Galacturonsäuremonomere sind über a- 1 ,4-, meist auch zu einem geringen Anteil über ß-1,4-glycosidische Bindun- gen miteinander verbunden und bilden so das Rückgrat des Pektinmoleküls. Neben den Verzweigungen der Hauptkette finden sich weitere Merkmale des
Pektinmakromoleküls. Die Hydroxygruppen am C2- oder C3-Atom der Galac- turonsäureeinheiten sind zu geringen Teiien acetyliert und durch weitere Neutralzucker wie D-Galactose, D-Xylose, L-Arabinose oder L-Rhamnose substituiert. Die Carboxylgruppen der Polygalacturonsäure sind oft mit Metha- nol verestert. Der Grad der Veresterung und Acetylierung schwankt mit der Herkunft des Pektins, hat aber entscheidenden Einfluss auf die chemischen Eigenschaften. Deshalb werden Pektine anhand ihres mittleren Veresterungs- grades klassifiziert. Dabei wird zwischen hochveresterten Pektinen mit einem Veresterungsgrad von mehr als 50 %, niederveresterten Pektinen mit einem Veresterungsgrad im Bereich von 5 bis 50 % und Pektinensäuren mit einem Veresterungsgrad von weniger als 5 % unterschieden. Als Hydrokolloide für den Extrusionskörper bevorzugt sind niederveresterte Pektine. Diese können in Anwesenheit von mehrwertigen Kationen auch ohne Zucker Gele bilden. Dies kann insbesondere in einem pH-Wert-Bereich von 1 - 7 erzielt werden. Auch amidierte Pektine, die in der Gruppe der niedrig veresterten Pektine fal- len, wobei ein Anteil der Carbonsäuregruppen durch die Umsetzung Ammo- niak als Amid vorliegt und die als eine eigene Klasse von Pektinen angese- hen werden, sind als Geliermittel bevorzugt.
Bei Gummi Arabicum (Akaziengummi) und Traganth handelt es sich um Exsudate:
Gummi Arabicum ist das Gummiexsudat der Akazienbäume Senegalia Se- negal und Acacia seyal. Gummi Arabicum kann die Viskosität von Lösun- gen erhöhen und deren Konsistenz verbessern. Im Vergleich zu anderen Hydrokolloiden hat es eine niedrigere Viskosität und wird erst bei hohen Konzentrationen viskos.
Traganth ist das Gummiexsudat der Schmetterlingsblütler-Gattung Tragant (Astragalus). Es besteht zu 60-70 % aus Tragacanthin und zu 30-40 % aus Bassorin.
Gelten und Xanthan sind mikrobielle beziehungsweise bakterielle Poly- sacharide:
Gelten ist ein bakteriell erzeugtes Polysaccharid. Es ist linear aufgebaut, be- steht aber im Gegensatz zu bekannteren linearen Polysacchariden, wie Cellu- lose oder Amylose, die nur aus einem einzigen identischen Baustein beste- hen, aus mehreren verschiedenen Bausteinen. Es besteht aus einer Rham- nose-Grundeinheit einer Glucuronsäure-Grundeinheit und zwei Glucose- Grundeinheiten, die mit Essigsäure und Glycerinsäure verestert sind. Die Glucuronsäure liegt als gemischtes Kalium-, Calcium-, Natrium- und Magnesi- umsalz vor. Gellen wird durch Fermentation von Kohlenhydraten durch den Bakterienstamm Pseudomonas elodea hergestellt.
Xanthan wird durch aerobe Fermentation von Xanthomonas camprestis gewonnen. Die Moleküle weisen einen ß-(1 ,4)- verknüpftes Glucopyra- nose-Gerüst mit einer Trisaccharid-Seitenkette an jedem zweiten Glucose- Rest auf, der über die C3-Position verknüpft ist. Die Seitenkette besteht aus zwei Mannopyranosyl-Resten, die auf beiden Seiten an eine Glucuro- pyranosyl-Uronsäuregruppe gebunden sind. Die Xanthan-Moleküle neh- men in Lösung einen thermoreversiblen Spiralhelixübergang an, der sich bei Zugabe von Elektrolyten zu höheren Temperaturen verschiebt. Auf diese Weise können Xanthan-Gele auch bei höheren Temperaturen stabil bleiben. Xanthan ist in kaltem Wasser löslich und stellt insbesondere in Verbindung mit Konjak-Gummi oder Johannisbrotkernmehl ein äußerst wirksames Verdickungsmittel dar. Seine Gelierung wird durch andere Hyd- rokolloide insbesondere durch Johannisbrotkernmehl induziert. Dabei ent- steht eine Verknüpfung der Xanthan- und Polymannanenketten nach dem Spiralhelixübergang. Eine besondere Eigenschaft von Xanthan ist seine pseudoplastische Rheologie. Dies hat den Vorteil, dass die Viskosität bei- spielsweise durch Lagerung nicht verringert wird. Zudem weist Xanthan
eine gute Säure-, Wärme- und Enzymstabilität auf. Dies begünstigt eine konstante Viskosität über die Haltbarkeitsdauer des Extrusionskörpers.
Konjak-Gummi wird aus der Knolle (Wurzel) der Teufelszunge (Amorphphallus konjak) gewonnen und stellt ein gutes Bindemittel dar, das langsam ein festes und irreversibles Gel bildet. Diese Gele sind in kal- tem sowie heißem Wasser unlöslich. Die hohe Viskosität von Konjak in Lö- sung ist durch das hohe Molekulargewicht von Konjak zu begründen.
Cellulose und Gummi Arabicum können chemisch und/oder physikalisch modifiziert werden. Insbesondere wasserunlösliche Cellulose kann hier- durch in eine wasserlösliche Form überführt werden. Das Aufbrechen der Wasserstoffbrückenbindung kann beispielsweise durch die Bildung von Celluloseethern erreicht werden. Cellulose-Derivate werden hergestellt, in- dem Alkalicellulose mit variierenden Reagenzien umgesetzt wird. Bei- spielsweise wird Methylcellulose durch die Reaktion von Alkalicellulose mit Methylchlorid hergestellt. Erfolgt die Umsetzung der Alkalicellulose mit Propylenoxid wird Hydroxypropylcellulose gebildet, wäre die Umsetzung durch Natriumchloracetat zur Bildung von Natriumcarboxymethylcellulose führt.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die Verwendung von Hydroxypro- pylcellulose die Struktur und Textur des Extrusionskörpers vorteilhaft verän- dert. Diese Veränderungen können auf ein Netzwerk von Hydroxypropylcel- lulose mit Stärkekörnern an der Oberfläche des Extrusionskörpers zurück- geführt werden. Insbesondere für die Verwendung als Trinkhalm bestehen andere Anforderungen an den Extrusionskörper als sie beispielsweise an Pasta gestellt werden. Während bei Pasta eine raue Oberfläche bevorzugt wird, um mehr Soße aufnehmen zu können, wird bei Trinkhalmen eine möglichst glatte Oberfläche angestrebt, um die Abgabe an Schwebstoffen
an das Getränk zu verringern. Außerdem führt eine raue Oberfläche zu ei- ner geringeren Stabilität, da die poröse Struktur das Eindringen von Flüs- sigkeit durch Kapillarkräfte unterstützt. Während dies bei Pasta für eine schnell kochende Eigenschaft erwünscht ist, sollen Trinkhalme in Flüssig- keit für eine möglichst lange Zeit stabil und bissfest bleiben. Eine solche glate Oberfläche kann insbesondere bei Verwendung von Hydroxypropy- lcellulose als Hydrokolloid einfach erreicht werden. Außerdem wirkt sich die Verwendung von Hydroxypropylcellulose vorteilhaft auf das Quellver- halten des Extrusionskörpers aus.
Johannisbrotkernmehl ist deshalb besonders bevorzugt, weil es schon bei niedrigen Konzentrationen eine hohe Viskosität bewirkt. Die entstehende Viskosität bildet außerdem eine gute Wärme- und pH~Stabilität im basi- schen bis leicht sauren Bereich aus. Es wirkt sich ebenso wie Hydroxypro- pylcellulose vorteilhaft auf das Quellverhalten des Extrusionskörpers aus. Außerdem bewirkt Johannisbrotkernmehl mit verschiedenen anderen Hyd- rokolloiden synergistische Effekte. Es macht die möglicherweise spröden Gele anderer Hydrokolloide elastischer. Beispielsweise durch das Mischen von Johannisbrotkernmehl mit Xanthan entsteht ein thermoreversibles, elastisches Gel. Xanthan besitzt ein 13-D-Glucan-Grundgerüst, während das Galactomannan Johannisbrotkernmehl ein Mannan-Grundgerüst auf- weist. Glucose und Mannose unterscheiden sich nur in der Orientierung von HO-2. Die Interaktion zwischen dem Cellulose- und dem Mannan- Grundgerüst bietet somit eine stereochemisch akzeptable Basis für die Xanthan-Galactomannan-Bindung.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Extrusionskörper bezogen auf 100 Gew.-% seiner Trockenmasse mindestens 50 Gew.-% besonders bevor- zugt mindestens 55 Gew.-% glutenfreie Stärke und/oder glutenfreies Mehl enthält. Stärke, welche ebenso in Mehl vorliegt, fungiert als Bindemittel
und bewirkt aufgrund der Ausbildung eines Stärkenetzwerks und der Erhö- hung der Viskosität eine hohe Festigkeit des Extrusionskörpers.
Stärke besteht aus zwei Polysacchariden, nämlich zu 20 - 30 Gew.-% aus Amylose und zu 70 - 80 Gew.-% aus Amylopektin. Die physikalischen Ei- genschaften von Stärke unterschiedlicher Pflanzen werden durch das Ver- hältnis von Amylose zu Amylopektin beeinflusst. Durch Erhitzen, wie es in einem Extruder erfolgen kann, quellen die Stärkekörner in Wasser um circa 30 - 40 % auf. Die Gelierungstemperatur liegt in der Regel zwischen 60 - 70°C. Hierbei bilden sie durch gegenseitige Wechselwirkungen tem- poräre Netzwerke wodurch die Stärke eine hohe Viskosität ausbildet. Im Allgemeinen ist das gequollene Granulat mit Amylopektin angereichert, während die lineare, leichter lösliche Amylose aus dem gequollenen Gra- nulat diffundiert und die kontinuierliche Phase außerhalb des Granulats bildet. Es ist deshalb bevorzugt, dass die verwendete Stärke einen Amy- loseanteil von mindestens 25 Gew.~% aufweist.
Ein weiterer Grund für die Verwendung eines hohen Gehaltes an Amylose ist die zu beobachtende hohe Retrogradation, welche bei Amylopektin kaum eintritt. Der Begriff Retrogradation beschreibt die Veränderungen, die beim Abkühlen und Lagern von gelatinierter Stärke auftreten. Diese Veränderungen zeigen eine Rückbildung von verkleisterter Stärke in den granulären Zustand. Retrogradierte Stärke erhöht die Festigkeit des Stär- kegels.
Das Mehl weist insbesondere eine zahlenmittlere Partikelgröße auf, die im Bereich von 80 pm bis 250 pm liegt. Diese Partikelgröße ist aufgrund ei- nes besonders guten Gelierverhaltens von feinerem Mehl zurückzuführen, da aufgrund der großen Oberfläche der Partikel größere Mengen an Was- ser und Wärme in den Kern der Stärkekörner eindringen können. Die
Größe der Stärkekörner wirkt sich außerdem auf die Freisetzung der Amy- lose aus. Umso kleiner die Partikelgröße des Reismehls, desto mehr Amy- lose wird in das Stärkegel freigesetzt.
Das Mehl kann ein Mehl einer glutenfreien Getreideart wie beispielsweise Teff, Hirse, Mais oder Reis sein, oder das Mehl einer glutenfreien Pseudo- getreideart wie beispielswese Quinoa, Amaranth oder Buchweizen oder Mehl aus Kartoffeln oder Süßkartoffeln.
Anstelle eines glutenfreien Mehls kann auch Stärke verwendet werden. Für die Gewinnung der Stärke ist der Stärkeanteil eines glutenhaltigen Mehls nicht ausgeschlossen. Bevorzugt werden Weizenstärke, Kartoffel- stärke, Maisstärke oder Reisstärke verwendet. Die Isolierung der Stärke aus glutenhaltigem Mehl erfolgt beispielsweise durch eine mehrstufige Aufreinigung in wässriger Aufschlämmung und Separierung mittels Zentri- fuge. Durch diese Separierung wird das wasserunlösliche Gluten von der Stärke getrennt, sodass ein glutenfreies Endprodukt vorliegt.
Besonders bevorzugt wird Reismehl verwendet. Reismehl hat eine durch- schnittliche Geliertemperatur zwischen 80,8°C und 82,3°C, was für die Herstellung des Extrusionskörpers besonders vorteilhaft ist. Außerdem weist es einen Amyloseanteil von mindestens 25 Gew.-% auf. Dieser be- trägt in Reismehl von Oryza sativa L. beispielsweise 26,7 Gew.-%. Es kann einfach mit einer zahlenmittleren Partikelgröße im Bereich von 100 pm bis 250 pm hergestellt werden.
Neben dem der Stärke und/oder dem Mehl sowie dem mindestens einen Hydrokolloid kann der Extrusionskörper weitere Bestandteile enthalten:
Insbesondere kann der Extrusionskörper Nahrungsfasern enthalten. Zu- sätzlich zu ihrem Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Extru- sionskörpers haben die Nahrungsfasern bei Verzehr des Extrusionskör- pers aufgrund ihres Anteils an Ballaststoffen eine positive verdauungsför- dernde und cholesterinspiegelsenkende Wirkung. Ein zu hoher Anteil der Nahrungsfasern würde dazu führen, dass der Extrusionskörper beim Ver- zehr zwischen den Zähnen klebt Deshalb enthält er bevorzugt maximal 40 Gew.-% Nahrungsfasern.
Unter Nahrungsfasern werden dabei Fasern verstanden, die Ballaststoffe der Kategorie a enthalten, insbesondere Obstfasern, Gemüsefasern, Nussfasern und Mischungen daraus. Bei Ballaststoffen der Kategorie a handelt es sich gemäß der Definition im Anhang I, Satz 12 der Verordnung (EU) Nr. 1169/2011 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 25. Oktober 2011 um Kohlenhydratpolymere mit drei oder mehr Monomerein- heiten, die im Dünndarm des Menschen weder verdaut noch absorbiert werden und die als essbare Kohlenhydratpolymere in Lebensmitteln, wenn diese verzehrt werden, auf natürliche Weise vorkommen.
Unter Fasern werden Objekte verstanden, die länger als breit sind. Sie können als einzelne Fasern oder als Faserbündel voriiegen. Insbesondere weisen die Fasern ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge im Bereich von 1:2 bis 1:10 auf. Die Länge der Nahrungsfasern liegt vorzugsweise im Bereich von 10 - 100 pm. Je kürzer die Fasern sind, umso positiver wirkt sich dies auf eine glatte Oberflächenbeschaffenheit, Haltbarkeit und ge- ringe Klebrigkeit des Extrusionskörpers aus. Dies ist darauf zurückzufüh- ren, dass das Netzwerk der Fasern beim Extrudieren umso engmaschiger wird, je kürzer die einzelne Faser ist. Da sehr kurze Fasern allerdings schwierig zu dosieren sind, wird die Verwendung von Fasern, die kürzer als 10 pm sind, vorzugsweise vermieden.
Weiterhin werden als Fasern lediglich solche getrockneten Fasern ver- standen werden, die als solche isoliert vorliegen und nicht Teil von Press- rückständen, wie beispielsweise Trester, sind. Fasern als Teil von Press- rückständen sind im Extrusionskörper vorzugsweise nicht enthalten.
Der Extrusionskörper kann außerdem ein Säuerungsmittel, wie beispiels- weise Zitronensäure enthalten. Das Säuerungsmittel mindert den pH-Wert des Extrusionskörpers und wirkt sich so vorteilhaft auf seine Haltbarkeit aus. Sein Anteil an 100 Gew.-% der Trockenmasse des Extrusionskörpers überschreitet jedoch 5 Gew.-% vorzugsweise nicht.
Weiterhin kann der Extrusionskörper ein Süßungsmittel enthalten, wie bei- spielsweise Xylit, Maltodextrin, Saccharose, Fructose, Glucose oder Ste- via. Das Süßungsmittel trägt maßgeblich zum Geschmack des Extrusions- körpers bei. Sein Anteil an 100 Gew.-% der Trockenmasse des Extrusions- körpers überschreitet jedoch 10 Gew.-% vorzugsweise nicht.
Weiterhin kann der Extrusionskörper einen Aromastoff enthalten, dessen Anteil an 100 Gew.-% der Trockenmasse des Extrusionskörpers jedoch 8 Gew.-% vorzugsweise nicht überschreitet.
Schließlich kann der Extrusionskörper einen Farbstoff enthalten, wie bei- spielsweise Pflanzenkohle. Sein Anteil an 100 Gew.-% der Trockenmasse des Extrusionskörpers überschreitet jedoch 5 Gew.-% vorzugsweise nicht.
Der Extrusionskörper weist vorzugsweise eine Restfeuchte im Bereich von 5 Gew.-% bis 17 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-% der Trockenmasse des Extrusionskörpers auf. Diese Restfeuchte gewährleistet einerseits eine
mechanische Stabilität des Extrusionskörpers während andererseits die Bildung von Trocknungsrissen vermieden wird.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstel- lung des giutenfreien essbaren Extrusionskörpers. In diesem wird ein Teig mit einem Wassergehalt in einem Bereich von 25 Gew.-% bis 45 Gew.-% Wasser bezogen auf die Trockenmasse des Teiges bereitgestellt. Der Teig wird extrudiert und der erhaltene Extrusionskörper getrocknet.
Zur Herstellung des Teiges ist es bevorzugt, dass das mindestens eine Hydrokolloid zunächst in mindestens 60°C warmem Wasser dispergiert wird. Dieses wird anschließend auf eine Temperatur von unter 40°C abge- kühlt. Dabei kommt es bereits zu einer Viskositätserhöhung der Disper- sion. Anschließend werden die trockenen Rohstoffe, also zumindest glu- tenfrei Stärke, mit der Dispersion vermischt.
Ein Vorverkleistern von Stärke als Bestandteil des Extrusionskörpers ist vorzugsweise durch Bedampfen des Teiges mit Wasserdampf möglich. Vorverkleisterte, d.h. bereits gelierte Stärkekörner stellen ein gutes Binde- mittel dar, da sie ein Vielfaches ihres Gewichtes an Wasser aufnehmen und binden können. Auf diese Weise erhöhen sie die Festigkeit und Stabi- lität des Extrusionskörpers. Die Behandlung mit Wasserdampf ist unmittel- bar vor der Extrusion im Extruder umsetzbar, weshalb die kostengünsti- gere native Stärke anstelle einer bereits vorverkleisterten Stärke in dem Verfahren verwendet werden kann.
Die erhöhte Temperatur der Wasserdampfbehandlung führt in Kombina- tion mit dem erhöhten Druck im Extruder zur Bildung von Netzwerkstruktu- ren des hochverzweigten Amylopektins. Darüber bildet sich ein Netzwerk
aus retrog radierter Stärke das im glutenfreien Extrusionskörper als Alter- native zur Glutenvernetzung fungiert.
Der Teig wird insbesondere in einem Doppelschneckenextruder durch eine Matrize extrudiert. Um eine besonders glatte Oberfläche des Extrusi- onskörpers zu erhalten ist es bevorzugt, dass das Extrudieren in einer mit Polytetrafluorethylen (PTFE) beschichteten Matrize erfolgt. Weiterhin kann eine besonders glatte Oberflächenbeschaffenheit des Extrusionskörpers vorzugsweise dadurch erreicht werden, dass im Extruder gegenüber sei- ner Umgebung ein Unterdrück herrscht. Hierdurch kann die Bildung von Lufteinschlüssen im Extrusionskörper verringert oder vermieden werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Extrudieren vertikal erfolgt. Das Extrudat kann dann direkt an der Matrize geschnitten und für die darauffol- gende Trocknung über Stäbe gehängt werden.
Das Extrudieren erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 70 °C bis 100 °C und das Trocknen erfolgt vorzugsweise bei einer Tempe- ratur im Bereich von 40 °C bis 80 °C. Die Trocknungszeit liegt vorzugs- weise insgesamt im Bereich zwischen 6 Stunden und 10 Stunden. Dabei erfolgt die Wahl von Trocknungstemperatur und Trocknungszeit insbeson- dere in Abhängigkeit vom Außendurchmesser des Extrusionskörpers.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
In einem ersten Ausführungsbeispiel (B1) der Erfindung wird ein essbarer glutenfreier Trinkhalm mittels Extrusion hergestellt. 50 g Hydroxypropylcel- lulose werden bei einer Temperatur von 70°C in 2.850 g Wasser disper- giert und dann auf eine Temperatur von 35°C abgekühlt. Die Dispersion wird mit 9.950 g Reismehl (Oryza sativa L.) versetzt. Der so erhaltene Teig
mit einem Wasseranteil von 28,5 Gew.-% der Trockenmasse wird in einem Elica Pellets PASTA Schneckenextruder mit Wasserdampf mit einer Be- schickungsrate von 15 kg/h und einem Wasserdampfdruck von 2,75 bar bedampft, bis eine Teigfeuchtigkeit von 34,8 Gew.-% erreicht wurde. Es folgt eine Extrusion bei einer Teigtemperatur von 93°C und einem Extrusi- onsdruck von 70 bar. Die Schneckengeschwindigkeit beträgt 14 Rpm. Ein Unterdrück im Extruder beträgt 620 Torr gegenüber dem Umgebungs- druck.
Der Teig wird anschließend vertikal durch 55 teflonbeschichtete Matrizen gepresst, bei einer Länge von 1 m geschnitten, über Stäbe gehängt und getrocknet. Die Trocknung der extrudierten Trinkhalme erfolgt durch Heiß- luft, die durch einen Wärmetauscher mittels 130°C heißem Wasser er- zeugt wird. Der Trockner beinhaltet Ventilatoren, die für eine Zirkulation der Heißluft sorgen. Die Trocknungstemperatur beträgt durchschnittlich 50°C bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 80 %. Die Geschwindigkeit der Ventilatoren beträgt 46 Hz. Die exakte Trocknungsdauer ist abhängig von dem produzierten Außendurchmesser und liegt zwischen 6 und 10 Stunden. Die Restfeuchte des Trinkhalms nach der Trocknung beträgt 11 ,8 Gew.-%.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel (B2) der Erfindung wird ein essba- rer glutenfreier Trinkhalm ebenfalls mittels Extrusion hergestellt. 50 g Hyd- roxypropylcellulose werden in 2.850 g Wasser bei einer Temperatur von 70°C dispergiert und dann auf eine Temperatur von 35°C abgekühlt. Die Dispersion wird mit 9.210 g Reismehl (Oryza sativa L.), 500 g Apfelfasern, 200 g Zitronensäure und 40 g Stevia versetzt. Die weitere Verarbeitung er- folgt wie im ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In einem ersten Vergleichsbeispiel (VB1) wird ein essbarer glutenfreier Trinkhalm hergestellt, der keine Hydrokolloide enthält. Ein Teig wird aus 2.850 g Wasser und 10.000 g Reismehl (Oryza sativa L.) hergestellt. Aus diesem werden in derselben Weise wie in den beiden Ausführungsbeispie- len der Erfindung Trinkhalme hergestellt.
In einem zweiten Vergleichsbeispiel (VB2) wird ein glutenhaltiger Trink- halm hergestellt. Ein Teig wird aus 2.850 g Wasser, 8.260 g Hartweizen- grieß, 1.000 g Gluten, 500 g Apfelfasern, 200 g Zitronensäure und 40 g Stevia hergestellt. Die weitere Verarbeitung erfolgt wie im Ausführungsbei- spiel der DE 202018 004 337 U1 beschrieben.
Zur Ermittlung des Quellverhaltens wird der Außendurchmesser der Trink- halme vor und nach dem Aufquellen durch Wasser ermitelt Die Trink- halme werden zu % der Länge für eine Stunde in Wasser mit einer Tem- peratur von 25°C gestellt. Die Differenz Ad gibt die Intensität des Quellver- haltens an und kann zwischen den Versuchen vergleichen werden. Zudem werden die Trinkhalme vor und nach der Positionierung in Wasser gewo- gen. Die Gewichtsdifferenz Am ist ebenso zwischen den Versuchen ver- gleichbar. Die arithmetischen Mittelwerte der Durchmesserdifferenz Ad und der Gewichtsdifferenz Am aus Messungen von zehn Trinkhalmen pro Rezeptur sind in Tabelle 1 aufgeführt:
Tabelle 1:
Wie anhand der Zunahme des Außendurchmessers nach der Positionie- rung der Trinkhalme in Wasser erkennbar ist, bewirkt die Zugabe von Hyd- rokolloiden (B1) ein stärkeres Aufquellen der Trinkhalme. Weiter wird das Aufquellen durch das Vorhandensein der Apfelfaser verstärkt. Das Quell- verhalten mit der geringsten Zunahme des Außendurchmessers zeigen die glutenhaltigen Trinkhalme. Der direkte Verglich zwischen den Trinkhal- men B1 und VB1 lässt darauf schließen, dass die Zugabe der Hydrokollide (B1) zwar eine verstärkte Zunahme des Außendurchmessers bewirkt, die Feuchtigkeit allerdings weniger stark in die Matrix eindringen kann und dadurch das Gewicht weniger stark zunimmt als das der Trinkhalme VB1. Dies wiederum begünstigt die Dauer der Stabilität in Flüssigkeit.
Die Festigkeit und Belastbarkeit der Trinkhalme in trockenem und nassem Zustand wird mit Hilfe eines Texture Analyser TA.Xt plus (T.A., Stable micro Systems, Surry, England) definiert. Die Trinkhalme werden zu % der Länge für eine Stunde in Wasser mit einer Temperatur von 25°C gestellt. Der Widerstand der feuchten Trinkhalme wird anschließend mit Hilfe des T.A., bei gleichbleibendem Aufbau, ermittelt.
Der T.A. ist mit einem Computer verbunden und wird über die Software Texture Exponent (TEE32 3.0.4.0, Stable Micro System, England) einge- stellt und bedient. Das Prüfgerät besitzt eine 50 kg Kraftmesszelle, die sich elektrisch vertikal bewegt. Darunter wird eine Zylindersonde befestigt, deren Fläche einen Durchmesser von 35 mm besitzt. Um zuverlässige Messwerte zu erreichen, ist eine Kalibrierung notwendig. Hierzu wird auf die Kalibrierfläche, die sich oberhalb der Kraftmesszelle befindet, ein ge- eichtes Gewicht von 2 kg platziert.
In der zum T.A. zugehörigen Texturanalyse-Software Texture Exponent ist eine Vielzahl von Voreinstellungen für verschiedene Produktkategorien in- tegriert. Hierunter finden sich unter anderem einige Pasta- und Reispro- dukt-Testmethoden (einschließlich AACC- und ISO-Normen). Davon wird die Testmethode Noodle compression (Stahle Micro Systems, Surrey, England) ausgewählt. Diese Voreinstellungen des Makros wurden zur Festigkeitsprüfung von Pasta entworfen und eignen sich ebenso für die Festigkeitsprüfung der Trinkhalme. Dabei bewegt sich die Kraftmesszelle mit einer Geschwindigkeit von 2 mm/s und einer Auslösekraft von 3 g auf den Messtisch mit der darauf befindlichen Probe zu. Bei dem Messvor- gang wird bei gleichbleibender Geschwindigkeit die notwendige Kraftan- passung zur Durchdringung der Probe dokumentiert.
Die Stabilität der getrockneten Trinkhalme wird pro Rezeptur von zehn Trinkhalmen geprüft. Hierbei wird darauf geachtet, dass diese in einwand- freien Zustand und frei von sichtbaren Trocknungsrissen sind, da diese die Stabilität erheblich negativ beeinflussen, de ein Halm wird waagerecht auf den Messtisch des T.A. gelegt. Die Zylindersonde wird durch den Kraftauf- nehmer stetig senkrecht auf den Messtisch bewegt und übt Druck auf den Trinkhalm aus, bis dieser zerbricht. Die hierfür erforderliche Kraft wird in der Software Texture Exponent verzeichnet. Die Stabilität im trockenen Zustand der Trinkhalme gibt Aufschluss über die allgemeine Festigkeit. Diese kann dazu beitragen Brüche, die beispielsweise durch den Trans- port entstehen können, zu reduzieren. Der Medianwert der Kraft Fi der ge- trockneten Trinkhalme ist in Tabelle 2 dargestellt. Außerdem wurde die Prüfung mit zehn Trinkhalmen pro Rezeptur geprüft, die jeweils 60 Minu- ten in Wasser eingeweicht wurden. Der Medianwert der Kraft Fz der ge- trockneten Trinkhalme ist ebenfalls in Tabelle 2 dargestellt:
Tabelle 2:
Die Ergebnisse zeigen, dass die Stabilität von giutenhaltigen Trinkhalmen VB2 sowohl im trockenen als auch im feuchten Zustand über der Stabilität der erfindungsgemäßen glutenfreien Trinkhalme B1 und B2 liegt, die erfin- dungsgemäßen Trinkhalme den glutenhaltigen Trinkhalmen jedoch nahe- kommen. Der Vergleich der erfindungsgemäßen glutenfreien Trinkhalme B1 und B2 mit Zugabe von Hydroxypropylcellulose mit den glutenfreien Trinkhalmen VB1 ohne Zugabe von Hydroxpropylcellulose zeigt, dass die Hydroxpropylcellulose eine Zunahme der Stabilität im trockenen Zustand begünstigt. Auch im feuchten Zustand ist zu erkennen, dass die Stabilität durch die Zugabe der Hydroxpropylcellulose deutlich erhöht ist. Die erfin- dungsgemäßen glutenfreien Trinkhalme VB1 beinhalten neben der Hydro- xpropylcellulose außerdem Apelfasern, Zitronensäure und Stevia. Hierbei ist im trockenen Zustand ein Anstieg der Stabilität zu verzeichnen. Dieser ist auf die Apfelfasern zurückzuführen. Im feuchten Zustand wirken sich die Fasern dagegen negativ auf die Stabilität aus, was durch eine deutli- che Abnahme der Kraft Fz zu erkennen ist. Dadurch ist gezeigt, dass die Apfelfasern aufgrund der Textur und des Geschmackes verwendet und nicht zur Erhöhung der Stabilität zugefügt werden.
Claims
1. Glutenfreier essbarer Extrusionskörper, enthaltend glutenfreie Stärke und/oder glutenfreies Mehl und mindestens 0,05 Gew.-% mindestens eines Hydrokolloids bezogen auf 100 Gew.-% der Trockenmasse des Extrusionskörpers.
2. Glutenfreier essbarer Extrusionskörper nach Anspruch 1 , dadurch ge- kennzeichnet, dass es sich um einen Trinkhalm oder um ein Essstäb- chen handelt
3. Glutenfreier essbarer Extrusionskörper nach Anspruch 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Wandstärke des Trinkhalms im Bereich von 0,1 mm bis 2,0 mm liegt.
4. Glutenfreier essbarer Extrusionskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er maximal 3,0 Gew.-% des min- destens eines Hydrokolloids bezogen auf 100 Gew.-% der Trocken- masse des Extrusionskörpers enthält.
5. Glutenfreier essbarer Extrusionskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Hydrokolloid ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Agar, Alginaten, Carra- geenananen, Cellulose, Cellulosederivaten, Galactomannanen, Gellan, Gummi Arabicum, modifiziertem Gummi Arabicum, Inulin, Konjak- Gummi, Pektinen, Traganth und Xanthan.
Glutenfreier essbarer Extrusionskörper nach Anspruch 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass das mindestens eine Hydrokolloid Hydroxypropy- lcellulose und/oder Johannisbrotkernmehl ist Glutenfreier essbarer Extrusionskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens 50 Gew.-% gluten- freie Stärke und/oder glutenfreies Mehl bezogen auf 100 Gew.-% der T rockenmasse des Extrusionskörpers enthält. Glutenfreier essbarer Extrusionskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehl eine zahlenmittleren Partikelgröße aufweist, die im Bereich von 80 pm bis 250 pm liegt. Glutenfreier essbarer Extrusionskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Restfeuchte im Bereich von 5 Gew.-% bis 17 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-% der Trocken- masse des Extrusionskörpers aufweist. Verfahren zur Herstellung eines glutenfreien essbaren Extrusionskör- pers nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfassend die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Teiges mit einem Wassergehalt im Bereich von 25 Gew.-% bis 45 Gew.-% Wasser bezogen auf die Trocken- masse des Teiges,
Extrudieren des Teiges, und
Trocknen des erhaltenen Extrusionskörpers. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Teig bereitgestellt wird, indem mindestens ein Hydrokolloid in mindestens
60°C warmem Wasser dispergiert wird, die Dispersion auf eine Tempe- ratur von unter 40°C abgekühlt wird und anschließend zumindest glu- tenfreie Stärke und/oder glutenfreies Mehl mit der Dispersion vermischt wird. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Teig vor dem Extrudieren mit Wasserdampf bedampft wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeich- net, dass das Extrudieren in einer mit Polytetrafluorethyien beschichte- ten Matrize erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeich- net, dass das Extrudieren bei einer Temperatur im Bereich von 70°C bis 100°C erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeich- net, dass das Trocknen bei einer Temperatur im Bereich von 40°C bis 80°C erfolgt.
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