WO2022112083A2 - Proteinpräparat aus hanfsamen und verfahren zur herstellung - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a sensorially appealing protein preparation from hemp seeds as an ingredient for food, pet food and animal feed, and a method for obtaining such hemp protein ingredients.
  • soybean proteins which can be mixed with soybean and pea proteins as a blend component in order to compensate for the methionine deficit in these protein preparations. This can be achieved, for example, with proteins from oilseeds.
  • a cost-effective source of protein for food, feed and pet food is the pressing and extraction residues from the extraction of edible oil from hemp seeds.
  • Hemp seeds have a firm husk with predominantly dark green and brown pigmentation and contain an oily pulp.
  • the shells have not been completely or largely separated to date, as they have a considerable deterioration of the oil yield and speed of pressing would result.
  • the seeds are used without peeling or partially peeled with a peel content of significantly more than 10% by mass, usually more than 20% by mass, when pressing to obtain hemp oil.
  • press cakes with an oil content of less than 15% by mass, in many cases less than 10% by mass are then obtained. These can be ground into a powder and added to food and animal feed. Due to the harsh treatment at high temperatures, the techno-functional properties such as the gelation of the protein are inferior. In addition, the high shell content leads to a green-brown color of the press cake, which reduces acceptance in food applications. Due to the content of unsaturated fatty acids, the oily press cake also tends to oxidize the residual fat, which very quickly impairs the sensory properties during storage.
  • hemp preparations In comparison to isolates from soya (protein content >90%) or pea (protein content >80%), such hemp preparations also only have a protein concentration below 60% by mass, sometimes even significantly below 50% by mass (cf. e.g. Potin et al., "Hemp (Cannabis sativa L.) Protein Extraction Conditions Affect Extraction Yield and Protein Quality", Journal of Food Science 2019,
  • hemp preparations are known whose fat content is reduced to values below 2% by mass after pressing using supercritical CO2, which improves their storage stability.
  • this method causes very high costs.
  • the extraction takes place at high pressure of several 100 bar in very expensive plants, the production and operation of which are associated with high CO2 emissions. Since the process requires a lot of energy and large amounts of CO2 are released from the de-oiled flour after expansion, protein flours extracted using supercritical CO2 have no clear ecological advantages compared to animal proteins and also cause similarly high costs for the provision.
  • the object of the present invention was to provide a neutral-tasting, light-colored and high-quality plant-based protein preparation and a cost-effective method for producing it, which is suitable for color-demanding food applications such as plant-based dairy alternatives (drinks, yoghurt, cheese) or light-colored plant-based meat, Poultry meat or fish alternatives are suitable.
  • the preparation should advantageously have as high a protein content as possible in order to contribute to protein enrichment in foodstuffs even when used in small quantities, or to compensate for the deficit in methionine even in small doses when mixed with legume protein.
  • the raw material used for the production of the protein preparation according to the invention is cleaned and partially or completely peeled hemp seeds, which have a hull proportion of less than 18% by mass, better less than 10% by mass, advantageously less than 5% by mass, based on the raw material mass. even better less than 2% by mass, particularly advantageously less than 1% by mass.
  • the preparation according to the invention is characterized by the following properties (the methods of determination are given at the end of the description):
  • the fat content of the preparation is less than 6% by mass, advantageously less than 4% by mass, better less than 3% by mass, particularly advantageously less than 2% by mass, in each case based on the dry matter or dry substance (TS) of the preparation .
  • the protein content of the preparation is greater than 65% by mass, advantageously greater than 70% by mass, better greater than 75% by mass, particularly advantageously greater than 80% by mass (based on
  • the preparation is light to white in color both in dry form and in aqueous suspension, the L* value after grinding to a particle size d90 (d90: proportion of 90% by mass of all particles smaller than the specified value) below 250pm greater than 70, advantageously greater than 80, better greater than 90, particularly advantageously greater than 92.
  • the L* value for a 10% aqueous suspension is greater than 70, advantageously greater than 80, better still greater than 90, particularly advantageously greater than 92 (see Table 1).
  • the preparation has a residual hull content of the hemp seeds of less than 36% by mass, better less than 20% by mass, preferably less than 10% by mass, particularly preferably less than 4% by mass or less than 2% by mass. -% on.
  • the preparation contains a proportion of water-soluble carbohydrates. Since sucrose makes up the largest proportion of water-soluble carbohydrates, these are given below as the sucrose content.
  • the sucrose content is less than 8% by mass, advantageously less than 3% by mass, better less than 1% by mass, particularly advantageously less than 0.65% by mass.
  • the preparation has an ash content (based on TS, after treatment at 550° C.) of more than 5% by mass, preferably more than 10% by mass, particularly advantageously more than 15% by mass. This shows that the proportion of carbohydrates is very low. Thus, preventing the formation of gels in food due to high proportions of carbohydrates and roughage can be largely avoided.
  • the particle size of the preparation has a d90 value of less than 500 gm, better less than 250 gm, advantageously less than 150 gm, particularly advantageously less than 100 gm.
  • the preparation has techno-functional properties, in particular an emulsifying capacity greater than 125 mL/g, advantageously greater than 200 mL/g, better greater than 300 mL/g, particularly advantageously greater than 400 mL/g.
  • the preparation has a protein solubility of between 8% and 50%, advantageously between 9% and 20%, particularly advantageously between 9% and 15%.
  • preparations according to the invention are extremely suitable as an ingredient for extruded plant proteins, e.g. as a wet-textured meat substitute or dry texturate.
  • the preparation contains alcohol, in particular ethanol, greater than 0.001% by mass, better than >0.01% by mass., advantageously >0.1% by mass, particularly advantageously >0.4% by mass but in each case less than 1% by mass. This shows that even with a content of 0.5% by mass, the functional properties of the preparation are at a very high level.
  • the preparation contains proportions of hexane greater than 0.0005% by mass, better >0.001% by mass, but less than 0.005% by mass. Preparations with such hexane levels exhibit better functional properties compared to lower hexane level preparations.
  • Table 1 Color values for the hemp protein preparation of the exemplary embodiment as flour and in a 10% suspension
  • solvent-containing preparations still show very good properties in terms of technical functionality at the specified levels of solvent, such as very good texturing in the extruder with the formation of solid gel structures, although the protein content is in the same order of magnitude as protein isolates (such as pea protein isolates), which in the presence of solvents such as ethanol show a significant loss of functionality.
  • the preparation has additional properties that can be of great use in different food applications. For example, the content of the sucrose originally contained in the seeds can be reduced after the use of suitable processes, so that the ratio of proteins to soluble carbohydrate content in the protein preparation is significantly higher than in dehulled hemp seeds.
  • the hemp protein preparation according to the invention in this case also sucrose-reduced, is particularly suitable for the production of light-colored foods such as plant-based dairy, poultry or fish alternatives, where the consumer expects a light color.
  • the method according to the invention has several sub-steps, in which cleaned hemp seeds are freed from shells and seed coats or correspondingly cleaned and shelled hemp seeds are provided, then mechanical de-oiling, preferably with a continuous or quasi-continuous press, such as a screw press, an extruder or a hydraulic press, are subjected to the obtained press cake or partially de-oiled hemp seeds then by means of solvent extraction using alcohol and water, in particular mixtures thereof, or hexane and water, advantageously after setting a defined particle size and setting a defined water content of the press cake or the partially de-oiled hemp seeds largely from oil and Sucrose to be freed. The solvent or solvents are then separated from the preparation.
  • a continuous or quasi-continuous press such as a screw press, an extruder or a hydraulic press
  • the preparation is preferably ground to a defined particle size distribution.
  • the process can advantageously be accompanied by sieving, classifying and sorting processes that enable parts of the shells and seed coat to be separated before, during or after processing the seeds.
  • the partial steps of the proposed method are explained in more detail below.
  • Cleaning In a first step, cleaned hemp seeds are provided or foreign matter such as stones, straw, foreign grains or other contaminants are removed from hemp seeds using mechanical processes. The proportion of trimmings is reduced to less than 0.5% by mass, advantageously less than 0.2% by mass, better less than 0.1% by mass, particularly advantageously less than 0.05% by mass, or it hemp seeds are provided with a correspondingly low percentage of stock.
  • Shelling In the next step, the cleaned hemp seeds are shelled or shelled hemp seeds are provided. After peeling and before further processing to achieve the color of the preparation according to the invention, the proportion of shells and seed coats is less than 18% by mass, preferably less than 10% by mass, advantageously less than 5% by mass, better less than 2% by mass, particularly advantageously less than 1% by mass. Even if this extensive separation of the shell makes pressing, as the preferred form of mechanical partial deoiling, very difficult, this step creates the basis for the finished preparation to achieve a lightness value L* of over 90. Sorting is also preferably performed as part of the dehulling step to separate individual (darker) seeds or remaining hull fractions from the flow of dehulled seeds by air blast or suction.
  • the oil is mechanically separated from the seeds, advantageously with continuous devices for de-oiling
  • continuous devices for de-oiling examples of such aggregates are presses such as screw presses, extruders or quasi-continuous hydraulic presses, but other mechanical devices for oil separation such as centrifugal separation techniques can also be used.
  • the pressing is carried out in such a way that the residual oil content after pressing is greater than 8% by mass but less than 40% by mass; the residual oil content is advantageously between 8 and 30% by mass, better between 8 and 25% by mass and particularly advantageously between 8 and 20% by mass.
  • the lower limit of 8% by mass of residual oil content is chosen because further oil separation requires significantly higher temperatures, which can contribute to damage to the proteins.
  • Shelled hemp seeds have a high oil content of up to 60% and are not easy to mechanically de-oil due to the lack of shells for drainage.
  • attempts will be made to achieve a residual oil content of less than 20% by mass in the press cake after pressing or in the partially de-oiled hemp seeds. It may therefore be necessary to press the press cake again with a press or to carry out another mechanical partial de-oiling. This can be done during pressing, for example, by adding the press cake to the inlet of the first press together with unpressed seeds, or in a further second press, which only further de-oils the press cake.
  • the press cake can also be pressed several times in order to achieve the desired residual oil content.
  • the desired low residual oil content can be achieved without having to set temperatures that are too high.
  • pressing or mechanical partial de-oiling takes place at moderate temperatures.
  • the hemp seeds are pressed or partially mechanically de-oiled at an average temperature below 100°C, advantageously less than 80°C, better still less than 60°C.
  • the mean temperature is understood to be the arithmetic mean of the temperature of the seeds in the intake and the temperature of the press cake or the partially de-oiled hemp seeds at the outlet of the press or the device for mechanical partial de-oiling.
  • the seeds before the mechanical partial deoiling, are conditioned by adjusting the temperature and humidity of the seeds.
  • the water content in the seeds is adjusted to between 2 and 8% by mass, better between 3 and 6% by mass, particularly advantageously between 4 and 5.5% by mass, and the temperature to values between 30° C. and 80 °C, advantageously between 40 and 60°C, particularly advantageously between 45°C and 55°C.
  • Optional pre- or intermediate cooling In a further embodiment of the method, the seeds before or during the mechanical pre-treatment (consisting of peeling, sorting, pressing or mechanical partial de-oiling) to a temperature below 20 ° C, advantageously below 10 ° C, better below 0°C, even better below -10°C, particularly advantageously below -15°C. It turns out that by lowering the temperature, the mechanical steps such as peeling and sorting can be carried out more easily, so that the yield in the process can be increased, for example by reducing the losses of already peeled hemp seeds when blowing out during sorting or the seeds not form such large deposits on the system parts. In addition, after lowering the temperature, there can be significant quality improvements due to less lipid oxidation come.
  • Cooling tunnels can be used to cool the seeds, or the seeds can be cooled with cold air, cold inert gas or liquid nitrogen.
  • Optional conditioning of the press cake or the partially de-oiled hemp seeds Before further processing to separate the remaining oil and to reduce the proportion of sucrose from the press cake or partially de-oiled hemp seeds, in an advantageous embodiment of the method according to the invention, the press cake or of the partially de-oiled hemp seeds. It turns out that lowering the moisture in the press cake or the partially de-oiled hemp seeds, which can be up to 15% by weight after mechanical partial de-oiling, to a residual moisture content of less than 8% by weight, advantageously less than 5% by weight , better less than 3% by mass, particularly advantageously less than 2% by mass, e.g. with the help of dryers, which makes de-oiling using organic solvents more efficient in the subsequent step, since more oil can be separated with less solvent at lower moisture levels. This can be used advantageously to reduce costs and contribute to protecting the proteins.
  • the press cake or the partially de-oiled hemp seeds are comminuted to particle sizes with a d90 value of less than 2 mm, advantageously less than 1 mm, better less than 0.5 mm, particularly advantageously less than 0.2 mm, during the drying and extraction process significantly accelerated.
  • This acceleration leads to an improvement in the functional properties in the preparations, since the dwell time in the dryer and the Contact time between solvent and proteins is shortened.
  • the proportion of fines with a particle size of less than 100 ⁇ m in the comminuted bed of press cake or hemp seed should be less than 50% by mass, advantageously less than 25% by mass, particularly advantageously less than 10% by mass.
  • the flake thickness is advantageously set to less than 2 mm, preferably less than 0.5 mm, particularly advantageously less than 0.2 mm.
  • Flake thickness is understood to mean the average thickness of the particles emerging from the roller mill or another flaking unit. The average thickness can be determined, for example, by measuring with a caliper or a micrometer screw, it then corresponds to the average of 50 measurements.
  • the particle size and shape of the press cake in mechanical partial de-oiling with a press can be adjusted using different methods. Mills or crushers with appropriate sieve inserts or roller mills with defined roller spacing can be used. In this way, particle size distributions with a defined size spectrum can be obtained. These can be equalized after or during the grinding by separating them according to size, for example by means of sieving, with regard to the particle size distribution.
  • Fast-flowing liquids in the form of a pressure jet or suspensions containing solids can also be used to crush the press cake particles.
  • conveyor units, stirrers or mixers with a shearing load on the press cake can also be used.
  • aggregates that are already used in the process for conveying the extraction agent are also used for this purpose. This makes it possible to use aggregates for the comminution that actually are designed for pumping or stirring, such as
  • Centrifugal pumps or other forms of conveying units or agitators By means of a suitable residence time in these units or by circulation, it will be possible to set the comminution in the devices mentioned in such a way that the particle size distribution according to the invention is obtained.
  • Solvent extraction For the separation of residual oil and sucrose from the press cake or mechanically partially de-oiled hemp seeds, mixtures of alcohols with water are preferably used as solvents. Combinations of alcohol as one solvent and water as the other solvent can also be used. The use of alcohol or hexane, in each case with the presence of water, is also possible.
  • the treatment with the organic solvent and the treatment with water can take place simultaneously in the same extraction step (e.g. in the form of an alcohol-water mixture) or can be arranged one after the other. Alcohols such as ethanol, propanol, isopropanol or others can be used.
  • the proportion by mass of organic solvent relative to the mass proportion of press cake or partially de-oiled hemp seeds should be greater than 1.5 to 1, advantageously greater than 3 to 1, preferably greater than 5 1, even better greater than 7 to 1, particularly advantageously greater than 10 to 1 can be selected. In this way, a far-reaching reduction in oil to below 2% by mass and a reduction in sucrose to below 1% by mass can be achieved.
  • the water content in the extraction is selected to be greater than 6% by mass, advantageously greater than 7% by mass, particularly advantageously greater than 8% by mass, better still greater than 10% by mass.
  • the water content should be greater than 6% by mass but less than 14% by mass in order to prevent the oil from being able to be adequately dissolved. This limitation makes it possible to obtain a techno-functional protein preparation that has a particularly light color and a very high protein content.
  • the water can be added to the organic solvent by providing water-containing solvent, for example an alcohol-water mixture, by adding sufficiently moist press cake or moist hemp seeds or by adding water directly before or during the solvent extraction. Combinations of the measures mentioned can also be selected.
  • water-containing solvent for example an alcohol-water mixture
  • the temperature of the solvent during the extraction will be between 30°C and 75°C, advantageously between 45°C and 65°C, particularly advantageously between 50°C and 65°C. At this temperature, the selected mixtures of water and organic solvent are able to separate both oil and sucrose from the hemp seeds without causing excessive denaturation of the proteins at the same time.
  • the duration of contact between organic solvent and the press cake or the protein preparation at temperatures above 45° C. is between 30 minutes and 12 hours, advantageously between 1 hour and 5 hours, particularly advantageously 1 to 2 hours.
  • the temperature ranges mentioned above should also be selected if hexane is used in order to largely avoid thermal damage to the proteins.
  • a conventional percolation extraction can be used for the extraction, in which the solvent flows over a bed of press cake particles or particles that have been conditioned with regard to particle size/shape or moisture, so that oil and sucrose are discharged into the organic solvent or can take place in the water. Since fine particles are detached from the hemp press cake during this process and can be discharged with the solvent, extensive filtration devices must be provided in order to avoid clogging of pumps and pipes or loss of product. In order to prevent or at least limit this process, it can be advantageous to press the conditioned or unconditioned press cake into pellets before extraction, from which significantly fewer fine particles are released during extraction. As a result, the effort for filtration can be significantly reduced.
  • Percolation extraction cannot be completely avoided, it is advantageous to carry out an immersion extraction preferably, for example, in a mixing-settling process.
  • a multi-stage immersion extraction is particularly advantageous.
  • the press cakes or the conditioned press cakes are completely immersed in the solvent.
  • an immersion extractor it is possible to crush the particles simultaneously with the extraction, as described above, using a stirrer. This also makes it possible to gradually crush the press cakes in perform several extraction vessels arranged one behind the other.
  • solvent and raffinate can be separated mechanically, advantageously by sedimentation. The oil-containing miscella in the supernatant can then be distilled and rectified and the recovered solvent can be used again for the extraction of press cake particles with a finer particle size distribution.
  • the press cake (raffinate) that has been separated from the solvent can be mixed with fresh solvent and thus be de-oiled again.
  • the excess solvent from the treatment of a raffinate loaded with less oil can be used again for the extraction of a raffinate loaded with more oil to reduce the total amount of solvent, and so on.
  • a countercurrent extraction can also be implemented in a screw, chamber or belt extractor.
  • a particular advantage of using sedimentation results from the possibility of setting the sedimentation time for setting the solid-liquid separation shafts.
  • a sedimentation takes place in the earth's gravity field up to a defined volume ratio of raffinate and supernatant.
  • This process can advantageously be supported by a filter or sieve bottom that accelerates or sinks the sedimentation of the particles from above or by applying a vacuum below a filter below the sedimentation layer (e.g. nutsche).
  • a vacuum below a filter below the sedimentation layer e.g. nutsche
  • the raffinate In countercurrent, the raffinate can again be charged with solvent and the suspension is stirred until due The shear during stirring sets a new particle size distribution. The sedimentation process then takes place again.
  • the process of mixing and settling the raffinate can be repeated several times; the process is advantageously carried out more than 2 times, better more than 3 times, particularly advantageously more than 4 times, so that the extraction is particularly advantageously carried out as a multi-stage extraction in countercurrent becomes.
  • the water content can be lower to make de-oiling more efficient, since, for example, a solvent such as ethanol or propanol with less water can dissolve more oil.
  • a solvent such as ethanol or propanol with less water
  • this procedure also has the advantage that the water content is only high for a short time in the first extraction stage, so that protein denaturation can be minimised. It has been shown that denaturation of the proteins in hemp seeds can be reduced if solvents or solvent mixtures with different polarities are used in different extraction stages.
  • Post-treatment and desolventization of the preparation Following the extraction with the organic solvent(s). and water, the preparation can optionally be further treated with aqueous enzyme solutions or by fermentation or dried directly to improve the functional properties. Drying is advantageously carried out at low temperatures below 120° C., better below 100° C., particularly advantageously below 80° C., in order to protect the proteins and to keep the color of the preparation as light as possible.
  • a dryer that can be operated in a vacuum and whose pressure is reduced again at the end of the drying process to separate the solvent residues is advantageously used for this purpose.
  • the pressure is reduced to values below 500 mbar, better below 200 mbar, particularly advantageously below 100 mbar. This reduction in pressure at the end of drying can result in a further reduction in temperature and thus further protection of the proteins.
  • the dried protein preparations are advantageously ground to adjust the functionality, because preparations that have been ground to different degrees show clear differences in the technofunctional properties, such as the emulsifying capacity.
  • the grinding is therefore carried out to d90 particle sizes of less than 500 gm, advantageously less than 250 gm, better less than 150 gm, particularly advantageously less than 100 gm.
  • a mixture of the preparation according to the invention with protein fractions from legume proteins from the group pea, lentil, bean, broad bean, peanut or soya is advantageous, particularly advantageously only from the group pea and soya, particularly advantageously only soya.
  • the reason for soy as an additive to the preparation according to the invention lies in the light color of soy protein isolates, since the particularly light according to the invention Preparation cannot come into its own in a mixture with darker legume proteins.
  • a mixture according to the invention should have a protein content of >60%, advantageously >70, particularly advantageously >80% by mass.
  • the ratio of the protein according to the invention to the total mass of the mixture should be greater than 5% by mass and less than 95% by mass, advantageously greater than 10% by mass and less than 90% by mass, particularly advantageously greater than 25% by mass. -% and less than 75% by mass, preferably greater than 40% by mass and less than 60% by mass. This makes it particularly possible to combine the functionality of the legume proteins with the good sensory properties and color of the preparation according to the invention.
  • the protein content is defined as the content calculated by determining the nitrogen according to Dumas and multiplying it by a factor of 6.25. In the present patent application, the protein content is given in percent by mass, based on the dry substance (TS), ie the anhydrous sample.
  • TS dry substance
  • the perceivable color is defined using CIE-L*a*b* color measurement.
  • the L* axis indicates the brightness, with black having the value 0 and white having the value 100.
  • the a* axis describes the green or red component and the b* axis describes the blue or yellow component.
  • the protein solubility is determined using the determination method according to Morr et al. Determined 1985, see journal article: Morr C.V., German, B., Kinsella, J.E., Regenstein, J.M.,
  • the protein solubility can be given for a defined pH value, if no pH value is given, the data refer to a pH value of 7.
  • the emulsifying capacity is determined by means of a determination method (hereinafter referred to as EC determination method), in which 100 ml of a 1% suspension of the protein preparation with a pH of 7 and corn oil is added until the phase inversion of the oil-in-water emulsion occurs.
  • EC determination method a determination method in which 100 ml of a 1% suspension of the protein preparation with a pH of 7 and corn oil is added until the phase inversion of the oil-in-water emulsion occurs.
  • the emulsifying capacity is defined as the maximum oil absorption capacity of this suspension, determined via the spontaneous decrease in conductivity during phase inversion (cf. the journal article by Wäsche,
  • the fat content is determined by the Soxhlet method using hexane as a solvent.
  • sucrose content is determined using a modified measurement in accordance with DIN 10758:1997-05 (including correction 1 from Sep. 2018) using HPLC methods.
  • the sugars are extracted from the sample matrix with hot water. After separating interfering substances, the extracts are made up to a defined volume with water, filtered and the filtrates are fed to the HPLC measurement.
  • the preparation had a protein content of 78.6%, an oil or fat content of 3.8%, a sucrose content of 0.6%, a protein solubility of 13.2% at pH 7 and an emulsifying capacity of 223 mL /G.
  • An L* value of 92 was determined in the L*a*b measurement. This makes the preparation suitable for very light food applications. Tables 2 and 3 below give the composition and functional properties of this preparation. Table 2: Composition of the hemp protein preparation compared to the composition of the hemp seeds before treatment
  • Example of use 1 10 g of the hemp preparation from the exemplary embodiment were mixed with 200 mL of water using a Turrax. 8 mL corn oil, 10 g maltodextrin and 1 g sugar were added and the suspension was homogeneously mixed with the Turrax. The emulsion obtained had the consistency of a drink and a very light, milk-like color and had a largely neutral taste.
  • 400 g of the hemp preparation produced as in the exemplary embodiment were mixed with 600 g of water, 50 g of starch and 10 g of salt, extruded in a small extruder at 150° C. and then conveyed through a cooling nozzle and cooled.
  • the extrudate was very light in color and had a firm gel structure and a bland taste.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Proteinpräparat aus Hanfsamen und ein kostengünstiges Verfahren zu dessen Herstellung. Das Proteinpräparat weist einen Proteingehalt von mehr als 65 Mass.-%, einen Fettgehalt unter 6 Mass.-% und eine Helligkeit L* von größer als 70 auf. Das Proteinpräparat ist geschmacklich neutral, hell und qualitativ hochwertig, so dass es sich für farblich anspruchsvolle Lebensmittelapplikationen wie pflanzliche Molkereialternativen (Drinks, Joghurt, Käse) oder helle pflanzliche Fleisch-, Geflügelfleisch- oder Fischalternativen eignet.

Description

Proteinpräparat aus Hanfsamen und Verfahren zur Herstellung
Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft ein sensorisch ansprechendes Proteinpräparat aus Hanfsamen als Zutat für Lebensmittel, Heimtiernahrung und Futtermittel sowie ein Verfahren zur Gewinnung derartiger Hanfproteinzutaten.
Stand der Technik
Vor dem Hintergrund knapper werdender Agrarflachen, Phosphorvorkommen und steigender CCh-Emissionen aus der Landwirtschaft gewinnen pflanzliche Proteinpräparate für die Ernährung des Menschen und für den Einsatz in Tierfutter immer mehr an Bedeutung. Die zunehmende Nachfrage nach hochwertigen Lebensmitteln führt zu einem steigenden Bedarf an ernährungsphysiologisch und technofunktionell optimierten Proteinpräparaten, die einfach und kostengünstig bereitgestellt werden können.
Von zunehmender Bedeutung sind dabei pflanzliche Proteine, die als Blendkomponente mit Soja- und Erbsenproteinen gemischt werden können, um das Methionindefizit in diesen Proteinpräparaten zu kompensieren. Dies kann z.B. mit Proteinen aus Ölsamen erreicht werden.
Eine kostengünstige Quelle von Proteinen für Lebens- und Futtermittel und Heimtiernahrung sind Press- und Extraktions rückstände aus der Gewinnung von Speiseöl aus Hanfsamen. Hanfsamen haben eine feste Schale mit überwiegend dunkelgrüner und brauner Pigmentierung und enthalten ein ölhaltiges Fruchtfleisch. Ein Abtrennen der Schalen ist bei diesen Rohstoffen vor der Ölgewinnung nur zu einem Teil möglich, eine vollständige oder weitgehende Abtrennung der Schalen erfolgt bislang nicht, da sie eine erhebliche Verschlechterung der Ölausbeute und Geschwindigkeit der Pressung zur Folge hätte. Aus diesem Grund werden beim Pressen zur Gewinnung von Hanföl nach Stand der Technik die Samen ohne Schälung oder teilgeschält mit einem Schalenanteil von deutlich über 10 Mass.-%, meist über 20 Mass.-% verwendet. Bei hohen Temperaturen von über 100°C werden dann Presskuchen mit einem Ölgehalt kleiner 15 Mass.-%, vielfach kleiner 10 Mass.-% erhalten. Diese können zu einem Pulver vermahlen werden und Lebensmitteln und Tierfutter zugesetzt werden. Aufgrund der harschen Behandlung bei hohen Temperaturen sind dabei die technofunktionellen Eigenschaften wie z.B. die Gelbildung des Proteins minderwertig. Zudem führt der hohe Schalenanteil zu einer grün-braunen Farbe des Presskuchens, was die Akzeptanz in Lebensmittelapplikationen reduziert. Aufgrund des Gehaltes an ungesättigten Fettsäuren neigt der ölhaltige Presskuchen auch zur Oxidation des Restfettes, was die sensorischen Eigenschaften während der Lagerung sehr schnell verschlechtert. Derartige Hanfpräparate weisen im Vergleich zu Isolaten aus Soja (Proteingehalt >90%) oder Erbse (Proteingehalt >80%) zudem nur Protein konzentration unter 60 Mass.-%, teilweise sogar deutlich unter 50 Mass.-% auf (vgl. z.B. Potin et al., „Hemp (Cannabis sativa L.) Protein Extraction Conditions Affect Extraction Yield and Protein Quality", Journal of Food Science 2019,
Vol. 84, Iss. 12, Seiten 3682-3690; Q. Wang et al., "Processing, Nutrition, and Functionality of Hempseed Protein: A Review", Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 2019, Vol. 18, Iss. 4, Seiten 936-952 ; Teh et al., "Effect of the defatting process, acid and alkali extraction on the physicochemical and functional properties of hemp, flax and canola seed cake protein isolates", Journal of food measurement & characterization 2014, Vol.8 No.2, Seiten 92-104), was eine Anwendung in vielen Lebensmittel anwendungen erschwert oder ausschließt.
Nach Stand der Technik bekannt sind außerdem Präparate aus teilweise geschälten Hanfsamen, deren Farbe nicht ganz so dunkel ausfällt (L* < 50; Teh et al. 2014, s.o.). Aufgrund des hohen Restölgehaltes wird aber auch hier keine gute Lagerstabilität erreicht.
Zudem sind Hanfpräparate bekannt, deren Fettgehalt nach der Pressung mittels überkritischem CO2 auf Werte unter 2 Mass.-% reduziert wird, was deren Lagerstabilität verbessert. Dieses Verfahren verursacht aber sehr hohe Kosten. Zudem erfolgt die Extraktion bei hohem Druck von mehreren 100 bar in sehr teuren Anlagen, deren Herstellung und Betrieb mit hohen CO2- Emissionen einhergeht. Da der Prozess viel Energie benötigt und nach der Entspannung große Mengen an CO2 aus dem entölten Mehl freigesetzt werden, haben Proteinmehle, die mittels überkritischem CO2 extrahiert werden, keine deutlichen ökologischen Vorteile gegenüber tierischen Proteinen und verursachen für die Bereitstellung auch ähnlich hohe Kosten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein geschmacklich neutrales, helles und qualitativ hochwertiges pflanzliches Proteinpräparat und ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung bereit zu stellen, das sich für farblich anspruchsvolle Lebensmittelapplikationen wie pflanzliche Molkereialternativen (Drinks, Joghurt, Käse) oder helle pflanzliche Fleisch-, Geflügelfleisch- oder Fischalternativen eignet. Das Präparat sollte vorteilhaft einen möglichst hohen Proteingehalt aufweisen, um auch in geringen Einsatzmengen zu einer Proteinanreicherung in Lebensmitteln beizutragen oder beim Mischen mit Leguminosen protein bereits in geringeren Dosen einen Ausgleich des Defizites an Methionin zu erreichen.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Proteinpräparat nach Anspruch 1 und dem Verfahren zu dessen Herstellung nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Proteinpräparats können den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und dem Ausführungsbeispiel entnommen werden.
Als Rohstoff für die Herstellung des erfindungsgemäßen Proteinpräparats kommen gereinigte und teilweise oder vollständig geschälte Hanfsamen zum Einsatz, die einen Schalenanteil bezogen auf die Rohstoffmasse von kleiner 18 Mass.-%, besser kleiner 10 Mass.-%, vorteilhaft kleiner 5 Mass.-%, noch besser kleiner 2 Mass.-%, besonders vorteilhaft kleiner 1 Mass.-% aufweisen. Das erfindungsgemäße Präparat zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus (die Bestimmungsmethoden sind am Ende der Beschreibung angeführt):
• Der Fettgehalt des Präparats ist kleiner 6 Mass.-%, vorteilhaft kleiner 4 Mass.-%, besser kleiner 3 Mass.-%, besonders vorteilhaft kleiner 2 Mass.-%, jeweils bezogen auf die Trockenmasse bzw. Trockensubstanz (TS) des Präparats .
• Der Proteingehalt des Präparats ist größer 65 Mass.-%., vorteilhaft größer 70 Mass.-%, besser größer 75 Mass.-%, besonders vorteilhaft größer 80 Mass.-% (bezogen auf
TS) .
• Das Präparat hat eine helle bis weiße Farbe sowohl in trockener Form als auch in wässriger Suspension, wobei der L*-Wert nach Vermahlen auf eine Partikelgröße d90 (d90: Anteil von 90% der Masse aller Partikel kleiner als der angegebene Wert) unter 250pm größer 70, vorteilhaft größer 80, besser größer 90, besonders vorteilhaft größer 92 beträgt. Der L*-Wert bei einer 10%-igen wässrigen Suspension ist größer 70, vorteilhaft größer 80, besser größer 90, besonders vorteilhaft größer 92 (s. Tabelle 1).
Bevorzugte (jeweils optionale) weitere Eigenschaften des Präparats : • Das Präparat weist einen Restschalengehalt der Hanfsamen von weniger als 36 Mass.-%, besser weniger als 20 Mass.- %, vorzugsweise weniger als 10 Mass.-%, besonders bevorzugt weniger als 4 Mass.-% oder weniger als 2 Mass.-% auf.
• Das Präparat enthält einen Anteil wasserlöslicher Kohlenhydrate. Da Saccharose den höchsten Anteil an den wasserlöslichen Kohlenhydraten ausmacht, werden diese im Folgenden als Gehalt an Saccharose angegeben. Der Gehalt an Saccharose ist kleiner 8 Mass.-%, vorteilhaft kleiner 3 Mass.-%, besser kleiner 1 Mass.-%, besonders vorteilhaft kleiner 0,65 Mass.-%.
• Das Präparat weist einen Aschegehalt (bezogen auf TS, nach Behandlung bei 550 °C) von größer 5 Mass.-% auf, besser größer 10 Mass.-%, besonders vorteilhaft größer 15 Mass.-%. Das zeigt, dass der Anteil an Kohlenhydraten sehr gering ist. Somit kann eine Hinderung der Gelbildung in Lebensmitteln aufgrund von hohen Anteilen an Kohlenhydraten und Ballaststoffen weitgehend vermieden werden.
• Die Partikelgröße des Präparats hat einen d90-Wert kleiner 500 gm, besser kleiner 250 gm, vorteilhaft kleiner 150 gm, besonders vorteilhaft kleiner 100 gm.
• Das Präparat weist technofunktionelle Eigenschaften auf, insbesondere eine Emulgierkapazität größer 125 mL/g, vorteilhaft größer 200 mL/g, besser größer 300 mL/g besonders vorteilhaft größer 400 mL/g. Zudem hat das Präparat bei pH 7 eine Proteinlöslichkeit zwischen 8% bis 50%, vorteilhaft zwischen 9% und 20%, besonders vorteilhaft zwischen 9% und 15%. Überraschenderweise zeigen erfindungsgemäße Präparate trotz einer Löslichkeit von teilweise kleiner 15% eine hervorragende Eignung als Zutat für extrudierte Pflanzenproteine, z.B. als nasstexturierter Fleischersatz oder Trockentexturat.
• Das Präparat enthält Anteile an Alkohol, insbesondere an Ethanol, größer 0,001 Mass.-%, besser >0,01 Mass-%., vorteilhaft >0,1 Mass-%, besonders vorteilhaft >0,4 Mass.-% aber jeweils kleiner 1 Mass.-%. Dabei zeigt sich, dass auch bei einem Gehalt von 0,5 Mass.-% die funktionellen Eigenschaften des Präparats auf einem sehr hohen Niveau liegen. Optional enthält das Präparat Anteile an Hexan größer 0,0005 Mass.-%, besser >0,001 Mass%, aber kleiner 0,005 Mass-%. Präparate mit derartigen Hexangehalten zeigen besser funktionelle Eigenschaften im Vergleich zu Präparaten mit niedrigerem Hexangehalt .
Die in Mass.-% angegebenen Werte beziehen sich bei den Eigenschaften des Präparats in der vorliegenden Patentanmeldung jeweils bezogen auf die Trockenmasse bzw. Trockensubstanz des Proteinpräparats, soweit nicht anders angegeben, mit Ausnahme der Anteile an Lösemitteln, die als absoluter Mass.-Anteil angegeben werden.
Tabelle 1: Farbwerte für das Hanf-Proteinpräparat des Ausführungsbeispiels als Mehl und in einer 10%-igen Suspension
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Überraschenderweise zeigen lösemittelhaltige Präparate bei den angegebenen Gehalten an Lösemittel hinsichtlich der Technofunktionalität noch immer sehr gute Eigenschaften wie z.B. eine sehr gute Texturierbarkeit im Extruder mit der Ausbildung fester Gelstrukturen, obwohl der Proteingehalt in der gleichen Größenordnung wie bei Proteinisolaten (wie z.B. Erbsenproteinisolaten) liegt, die bei Anwesenheit von Löse mitteln wie Ethanol deutliche Funktionalitätseinbußen zeigen. In vorteilhaften Ausgestaltungen weist das Präparat zusätzliche Eigenschaften auf, die in unterschiedlichen Lebensmittelapplikationen von großem Nutzen sein können. So kann zum Beispiel der Gehalt der ursprünglich in den Samen enthaltenen Saccharose nach Anwendung geeigneter Verfahren reduziert sein, so dass im Proteinpräparat das Verhältnis von Proteinen zu löslichen Kohlenhydratgehalten deutlich höher ist als in geschälten Hanfsamen. Dies kann Vorteile bringen zur Vermeidung der Bildung von unerwünschten Maillard- reaktionen bei der Herstellung von Lebensmitteln, da Maillardprodukte die Farbe des mit den Proteinen hergestellten Lebensmittels verändern und das Lebensmittel ein dunkleres Erscheinungsbild erhält. Dies ist im Besonderen bei hellen Lebensmitteln wie Milch- oder Joghurtalternativen oder Geflügel- und Fischalternativen unerwünscht. Somit eignet sich das erfindungsgemäße, in diesem Fall auch Saccharose-reduzierte Hanfproteinpräparat in besonderer Weise für die Herstellung von hellen Lebensmitteln wie pflanzlichen Molkerei-, Geflügel- oder Fischalternativen, bei denen der Konsument eine helle Farbe erwartet.
Es zeigt sich, dass bereits eine Reduktion des Gehaltes an Saccharose im Proteinpräparat bezogen auf den Gehalt an Saccharose im Rohstoff auf Werte kleiner 50% die Verfärbungen z.B. bei einer Extrusion des Proteins bei Temperaturen über 130 °C erheblich reduziert und das extrudierte Produkt heller ausfällt, als wenn ein Präparat mit dem ursprünglich in den Samen enthaltenen Gehalt an Saccharose extrudiert wird. Damit gelingt es, sehr helle Extrudate herzustellen, die als Geflügel- oder Fischalternativen genutzt werden können. Der Effekt des Farbvorteils ist sogar bereits bei einer Reduktion des Gehaltes an Saccharose im Proteinpräparat bezogen auf den Gehalt an Saccharose im Rohstoff auf Werte von kleiner 80% zu erkennen, besonders vorteilhaft ist es, wenn dieses Verhältnis auf unter 25%, besser unter 10% reduziert wird.
Überraschenderweise kann man im erfindungsgemäßen Präparat - nach vorteilhafter Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens - Proteingehalte über 80 Mass.-% erreichen und das ohne vorheriges Auflösen der Proteine in Wasser, wie es bei der Herstellung von Proteinisolaten nach Stand der Technik erforderlich ist. Damit können mit Hilfe eines sehr einfachen, kostengünstigen und sehr nachhaltigen Verfahrens ohne ein Herauslösen der Proteine aus der Presskuchen-Matrix Proteingehalte erhalten werden, die sonst nur von Isolaten wie z.B. von Erbsenproteinisolaten bekannt sind.
Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung des Proteinpräparats :
Das erfindungsgemäße Verfahren weist mehrere Teilschritte auf, wobei gereinigte Hanfsamen von Schalen und Samenhäutchen befreit oder entsprechend gereinigte und geschälte Hanfsamen bereitgestellt werden, dann einer mechanischen Entölung vorzugsweise mit einer kontinuierlichen oder quasi kontinuierlichen Presse, wie z.B. einer Schneckenpresse, einem Extruder oder einer hydraulischen Presse, unterzogen werden, die erhaltenen Presskuchen bzw. teilentölten Hanfsamen dann mittels Lösemittelextraktion unter Nutzung von Alkohol und Wasser, insbesondere Mischungen davon, oder Hexan und Wasser vorteilhaft nach Einstellung einer definierten Partikelgröße und Einstellung eines definierten Wassergehalts des Presskuchens bzw. der teilentölten Hanfsamen weitgehend von Öl und Saccharose befreit werden. Anschließend werden das oder die Lösemittel aus dem Präparat abgetrennt. Am Ende erfolgt vorzugsweise eine Vermahlung des Präparats auf eine definierte Partikelgrößenverteilung. Begleitet werden kann der Prozess vorteilhaft von Sieb-, Sicht- und Sortier verfahren, die vor, während oder nach der Verarbeitung der Samen eine Separation von Anteilen an Schalen und Samenhäutchen ermöglichen. Im Folgenden werden die zum Teil optionalen Teilschritte des vorgeschlagenen Verfahrens näher ausgeführt . Reinigung: In einem ersten Schritt werden gereinigte Hanfsamen bereitgestellt oder Hanfsamen mittels mechanischer Verfahren von Fremdbesatz wie Steinchen, Stroh, Fremdkorn oder anderen Kontaminanten befreit. Der Anteil an Besatz wird dabei auf kleiner 0,5 Mass.-%, vorteilhaft kleiner 0,2 Mass.- %, besser kleiner 0,1 Mass.-% besonders vorteilhaft kleiner 0,05 Mass.-% reduziert, bzw. es werden Hanfsamen mit entsprechend geringem Anteil an Besatz bereitgestellt.
Schälung: Im folgenden Schritt werden die gereinigten Hanfsamen geschält oder es werden geschälte Hanfsamen bereitgestellt. Der Anteil der Schalen und Samenhäutchen beträgt nach dem Schälen und vor der Weiterverarbeitung zum Erreichen der erfindungsgemäßen Farbe des Präparates weniger als 18 Mass.-%, vorzugsweise weniger als 10 Mass.-%, vorteilhaft weniger als 5 Mass.-%, besser weniger als 2 Mass.-%, besonders vorteilhaft weniger als 1 Mass.-%. Auch wenn diese weitgehende Schalenabtrennung ein Pressen als bevorzugte Form der mechanischen Teilentölung sehr erschwert, wird durch diesen Schritt die Grundlage geschaffen, dass das fertige Präparat einen Helligkeitswert L* von über 90 erreichen kann. Als Teil des Schrittes des Schälens erfolgt vorzugsweise auch ein Sortieren, um einzelne (dunklere) Samen oder verbliebene Schalenanteile mittels Luftdruckstoß oder mittels Absaugung aus dem Strom der geschälten Samen abzutrennen. Dies kann auch mit einem optischen oder einem anderen kontinuierlichen automatischen Sortierer erfolgen, der auf der Erkennung von Reflektionen elektromagnetischen Strahlung von der Samenoberfläche basiert. Auch wenn dieses Verfahren die Ausbeute reduziert, da viele geschälte Partikel mit abgetrennt werden, verbessert die automatische Sortierung vor der weiteren Verarbeitung die Helligkeit und Homogenität des fertigen Präparates und dessen Akzeptanz noch weiter.
Mechanische Teilentölung: Nach dem Schälen, ggf. inkl. Sortieren, erfolgt eine mechanische Abtrennung des Öls aus den Samen, vorteilhaft mit kontinuierlichen Vorrichtungen zur Entölung. Beispiele für derartige Aggregate sind Pressen wie Schneckenpressen, Extruder oder quasi-kontinuierliche hydraulische Pressen, es können aber auch andere mechanische Vorrichtungen zur Ölabtrennung zum Einsatz kommen wie zentrifugale Trenntechniken. Beim besonders vorteilhaften Abpressen der Samen zu Presskuchen und Öl mittels Schneckenpressen oder Extruder wird die Pressung so ausgeführt, dass der Restölgehalt nach der Pressung größer als 8 Mass.-% ist aber kleiner als 40 Mass.-%, vorteilhaft liegt der Restölgehalt zwischen 8 und 30 Mass.-%, besser zwischen 8 und 25 Mass.-% und besonders vorteilhaft zwischen 8 und 20 Mass.-%. Die Limitierung der unteren Grenze von 8 Mass.-% an Restölgehalt wird gewählt, da eine weitere Ölabtrennung deutliche höhere Temperaturen erfordert, die zu einer Schädigung der Proteine beitragen können. Diese Werte gelten auch, falls keine Pressen sondern andere Arten der mechanischen Teilentölung eingesetzt werden.
Geschälte Hanfsamen weisen einen hohen Ölgehalt bis zu 60% auf und sind aufgrund fehlender Schalen als Drainage nicht einfach mechanisch zu entölen. Zur Reduktion des benötigten Lösemittels bei der Entölung wird man aber versuchen, einen Restölgehalt unter 20 Mass.-% im Presskuchen nach der Pressung bzw. in den teilentölten Hanfsamen zu erreichen. Daher kann es erforderlich sein, den Presskuchen mit einer Presse erneut abzupressen bzw. eine erneute mechanische Teilentölung durchzuführen. Dies kann beim Pressen bspw. durch Zugabe des Presskuchens in den Zulauf der ersten Pressung zusammen mit ungepressten Samen erfolgen oder in einer weiteren zweiten Presse, die nur den Presskuchen weiter entölt. Die Pressung des Presskuchens kann auch mehrfach durchgeführt werden, um den gewünschten Restölgehalt zu erreichen. Durch mehrmaliges Pressen von Presskuchen bzw. mehrfache mechanische Teilentölung kann am Ende der gewünscht niedrige Restölgehalt erreicht werden, ohne zu hohe Temperaturen einstellen zu müssen. Um zu vermeiden, dass die Proteine durch die wiederholte mechanische Teilentölung zu sehr geschädigt werden, erfolgt erfindungsgemäß ein Pressen bzw. die mechanische Teilentölung bei moderaten Temperaturen. Die Hanfsamen werden bei einer mittleren Temperatur unter 100°C, vorteilhaft bei weniger als 80°C, besser bei weniger als 60°C, gepresst bzw. mechanisch teilentölt. Unter der mittleren Temperatur wird dabei der arithmetische Mittelwert der Temperatur der Samen im Einzug und der Temperatur des Presskuchens bzw. der teilentölten Hanfsamen am Auslass der Presse bzw. der Einrichtung zur mechanischen Teilentölung verstanden. Dies ermöglicht eine schonende Abpressung bzw. Abtrennung des Öls trotz mehrfacher Press- oder mechanischer Teilentölungsdurchgänge, ohne deutliche Farbveränderungen im Präparat in Kauf nehmen zu müssen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt vor der mechanischen Teilentölung eine Konditionierung der Samen mit Einstellung der Temperatur und Feuchte der Samen. Hierfür wird der Wassergehalt in den Samen zwischen 2 und 8 Mass.-% eingestellt, besser zwischen 3 und 6 Mass.-%, besonders vorteilhaft zwischen 4 und 5,5 Mass.-% und die Temperatur auf Werte zwischen 30°C und 80°C, vorteilhaft zwischen 40 und 60°C besonders vorteilhaft zwischen 45°C und 55°C.
Optionale Vor- oder Zwischenkühlung: In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die Samen vor oder während der mechanischen Vorbehandlung (bestehend aus Schälen, Sortieren, Pressen bzw. mechanischer Teilentölung) auf eine Temperatur unter 20°C, vorteilhaft unter 10°C, besser unter 0°C, noch besser unter -10°C, besonders vorteilhaft unter -15°C gekühlt. Es zeigt sich, dass durch die Absenkung der Temperatur die mechanischen Schritte wie Schälen und Sortieren einfacher durchführbar werden, so dass die Ausbeute im Prozess gesteigert werden kann, indem z.B. die Verluste an bereits geschälten Hanfsamen beim Ausblasen während des Sortieren geringer ausfallen oder die Samen nicht so große Anhaftungen an den Anlagenteilen ausbilden. Zudem kann es nach der Absenkung der Temperatur zu erheblichen Qualitätsverbesserungen aufgrund geringerer Lipidoxidation kommen. Auch für den ersten Schritt der mechanischen Teilentölung können sich im Falle einer Pressung durch ein Abkühlen der Samen vor der Presse Vorteile ergeben, da der Einzug in die Presse bei niedrigen Temperaturen weniger zum Verstopfen neigt. Für die Kühlung der Samen können Kühltunnel zum Einsatz kommen oder die Samen werden mit kalter Luft, kaltem Inertgas oder flüssigem Stickstoff gekühlt.
Optionale Konditionierung des Presskuchens bzw. der teilentölten Hanfsamen: Vor einer Weiterverarbeitung zur Abtrennung des restlichen Öls und zur Reduktion des Anteils an Saccharose aus den Presskuchen bzw. teilentölten Hanfsamen kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs gemäßen Verfahrens vor einer Extraktion eine Konditionierung der Presskuchen bzw. der teilentölten Hanfsamen erfolgen. Dabei zeigt sich, dass ein Absenken der Feuchte in den Presskuchen bzw. den teilentölten Hanfsamen, die nach der mechanischen Teilentölung bis zu 15 Mass.-% betragen kann, auf eine Restfeuchte kleiner 8 Mass.-%, vorteilhaft kleiner 5 Mass.-%, besser kleiner 3 Mass.-%, besonders vorteilhaft kleiner 2 Mass.-%, z.B. mit Hilfe von Trocknern, die Entölung mittels organischer Lösemittel im Folgeschritt effizienter macht, indem mit weniger Lösemittel bei niedrigerer Feuchte mehr Öl abgetrennt werden kann. Dies kann vorteilhaft zur Kostensenkung genutzt werden und zur Schonung der Proteine beitragen .
Weiterhin kann es von Vorteil sein, die Presskuchen bzw. teilentölten Hanfsamen vor der Extraktion in ihrer Partikelgröße und -form zu verändern. Es zeigt sich, eine Zerkleinerung des Presskuchens bzw. der teilentölten Hanfsamen auf Partikelgrößen mit einem d90-Wert kleiner 2 mm, vorteilhaft kleiner 1 mm, besser kleiner 0,5 mm, besonders vorteilhaft kleiner 0,2 mm den Vorgang des Trocknens und die Extraktion deutlich beschleunigt. Diese Beschleunigung führt zur Verbesserung der funktionellen Eigenschaften in den Präparaten, da die Verweilzeit im Trockner und die Kontaktzeit zwischen Lösemittel und Proteinen verkürzt wird. In der zerkleinerten Presskuchen- bzw. Hanfsamenschüttung sollte erfindungsgemäß der Anteil an Feinkorn mit einer Partikelgröße kleiner 100 gm aber unter 50 Mass.-% liegen, vorteilhaft unter 25 Mass.-%, besonders vorteilhaft unter 10 Mass. .
Es ist auch möglich und für eine Perkolationsextraktion von Vorteil, wenn der Presskuchen oder die teilentölten Hanfsamen nicht vermahlen, sondern flockiert wird bzw. werden. Vorteilhaft wird die Flockendicke dabei auf unter 2 mm eingestellt, bevorzugt unter 0,5 mm, besonders vorteilhaft unter 0,2 mm. Unter Flockendicke wird dabei die mittlere Dicke der aus dem Walzenstuhl oder einem anderen Flockieraggregat austretenden Partikel verstanden. Die mittlere Dicke kann z.B. über Messung mit einem Messschieber oder einer Mikrometerschraube ermittelt werden, sie entspricht dann dem Mittelwert aus 50 Messungen.
Die Partikelgröße und -form des Presskuchens bei mechanischer Teilentölung mit einer Presse kann mit unterschiedlichen Verfahren eingestellt werden. So können Mühlen oder Brecher mit entsprechenden Siebeinsätzen oder Walzenstühle mit definierten Walzenabständen Verwendung finden. Dabei können Partikelgrößenverteilungen mit einem definierten Größenspektrum erhalten werden. Diese können nach oder während der Vermahlung durch Trennung nach Größe z.B. mittels Siebung hinsichtlich der Partikelgrößenverteilung vergleichmäßigt werden. Auch schnell strömende Flüssigkeiten als Druckstrahl oder feststoffhaltige Suspensionen können zum Zerkleinern der Presskuchenpartikel verwendet werden. Dabei können neben Flüssigkeitsdüsen auch Förderaggregate, Rührer oder Mischer mit einer Scherbelastung des Presskuchens genutzt werden. Vorteilhaft werden hierfür Aggregate mitgenutzt, die im Prozess ohnehin zum Fördern des Extraktionsmittels verwendet werden. Damit gelingt es, Aggregate für die Zerkleinerung einzusetzen, die eigentlich zum Pumpen oder Rühren konzipiert sind, wie z.B.
Kreiselpumpen oder andere Formen von Förderaggregaten oder Rührwerke. Durch geeignete Verweilzeit in diesen Aggregaten oder durch Kreislaufführung wird es gelingen, die Zerkleinerung in den genannten Geräten so einzustellen, dass die erfindungsgemäße Partikelgrößenverteilung erhalten wird.
Lösemittelextraktion: Für die Abtrennung von Restöl und Saccharose aus den Presskuchen bzw. mechanisch teilentölten Hanfsamen kommen vorzugsweise Mischungen von Alkoholen mit Wasser als Lösemittel zum Einsatz. Es können auch Kombinationen von Alkohol als ein Lösungsmittel und Wasser als anderes Lösungsmittel eingesetzt werden. Auch der Einsatz von Alkohol oder Hexan, jeweils unter Anwesenheit von Wasser, ist möglich. Dabei können die Behandlung mit dem organischen Lösemittel und die Behandlung mit Wasser simultan im selben Extraktionsschritt erfolgen (z.B. in Form einer Alkohol- Wasser-Mischung) oder hintereinander angeordnet werden. Als Alkohole können z.B. Ethanol, Propanol, Iso-Propanol oder andere eingesetzt werden. Um eine weitgehende Abtrennung des Öls aus den Presskuchen bzw. teilentölten Hanfsamen sicher zu stellen, sollte der Massenanteil an organischem Lösemittel bezogen auf den Massenanteil an Presskuchen bzw. teilentölten Hanfsamen größer 1,5 zu 1, vorteilhaft größer 3 zu 1, besser größer 5 zu 1, noch besser größer 7 zu 1, besonders vorteil haft größer 10 zu 1 gewählt werden. Damit kann eine weit gehende Reduktion des Öls bis unter 2 Mass.-% und eine Reduktion der Saccharose unter 1 Mass.-% erreicht werden.
Bei Einsatz des organischen Lösemittels bei der Extraktion ist von Vorteil, dass neben dem organischen Lösemittel ein Teil Wasser zugegeben wird oder ein organisches Lösemittel mit einem definierten Wassergehalt verwendet wird. Der Einsatz des Wassers kann dabei während der Lösemittel extraktion erfolgen oder erst im Anschluss. Im Falle des simultanen Einsatzes von organischem Lösemittel und Wasser und Wahl eines geeigneten Wassergehaltes gelingt es, sowohl das Fett aus den Presskuchen bzw. Hanfsamen weiterstgehend abzutrennen als auch simultan die Saccharose zu entfernen. Dafür wird der Wassergehalt in der Extraktion bezogen auf das organische Lösemittel größer 6 Mass.-% gewählt, vorteilhaft größer 7 Mass.-%, besonders vorteilhaft größer 8 Mass.-%, besser größer 10 Mass.-%. Im Falle des Einsatzes von Alkoholen als organisches Lösemittel sollte der Wassergehalt größer 6 Mass.-% aber kleiner als 14 Mass.-% gewählt werden, um zu vermeiden, dass das Öl nicht mehr hinreichend gelöst werden kann. Durch diese Begrenzung gelingt es, ein techno funktionelles Proteinpräparat zu erhalten das eine besonders helle Farbe und einen sehr hohen Proteingehalt aufweist.
Der Zusatz des Wassers zum organischen Lösemittel kann durch Bereitstellung von wasserhaltigem Lösemittel, bspw. einer Alkohol-Wasser-Mischung erfolgen, durch Zusatz von ausreichend feuchtem Presskuchen bzw. feuchten Hanfsamen oder durch einen direkten Zusatz von Wasser vor oder während der Lösemittel-Extraktion. Es können auch Kombinationen aus den genannten Maßnahmen gewählt werden.
Es kann während der Behandlung von proteinreichen Presskuchen aus Hanf mit Wasser-Alkohol-Mischungen parallel zur Abtrennung des Öls und der Saccharose auch zu einer Denaturierung der Proteine kommen. Um diesen Effekt weitgehend zu umgehen, steht nur ein kleines Prozessfenster für diesen simultanen Trennschritt zur Verfügung. Dies umfasst nicht nur den festgelegten Wassergehalt, sondern auch die Temperatur und die Verweilzeit. Die Temperatur des Lösemittels während der Extraktion wird erfindungsgemäß zwischen 30°C und 75°C liegen, vorteilhaft zwischen 45°C und 65°C, besonders vorteilhaft zwischen 50°C und 65°C. Bei dieser Temperatur sind die gewählten Mischungen aus Wasser und organischem Lösemittel in der Lage, sowohl Öl als auch Saccharose aus den Hanfsamen abzutrennen ohne gleichzeitig eine zu weitgehende Denaturierung der Proteine zu bewirken. Die Dauer des Kontakts zwischen organischem Lösemittel und dem Presskuchen bzw. dem Proteinpräparat bei Temperaturen oberhalb 45°C liegt beim erfindungsgemäßen Verfahren zwischen 30 Minuten und 12 Stunden, vorteilhaft zwischen 1 Stunde und 5 Stunden, besonders vorteilhaft 1 bis 2 Stunden. Die oben genannten Temperaturbereiche sollten aber auch gewählt werden, wenn Hexan zum Einsatz kommt, um eine thermische Schädigung der Proteine weitgehend zu vermeiden.
Für die Extraktion kann eine konventionelle Perkolations- extraktion zum Einsatz kommen, bei der eine Schüttung aus Presskuchenpartikeln oder Partikeln, die hinsichtlich Partikelgröße/form oder -feuchte konditioniert wurden, mit dem Lösemittel überströmt wird, damit ein Austrag von Öl und Saccharose in das organische Lösemittel bzw. in das Wasser erfolgen kann. Da bei diesem Vorgang aus den Hanfpresskuchen feine Partikel abgelöst werden und mit dem Lösemittel ausgetragen werden können, sind umfangreiche Filtrations vorrichtungen vorzusehen, um ein Verstopfen von Pumpen und Rohrleitungen oder Produktverluste zu vermeiden. Um diesen Vorgang zu unterbinden oder zumindest zu begrenzen kann es von Vorteil sein, den konditionierten oder nicht konditionierten Presskuchen vor der Extraktion in Pellets zu pressen, aus denen sich während der Extraktion deutlich weniger Feinpartikel herauslösen. Dadurch kann der Aufwand zur Filtration deutlich reduziert werden.
Da ein Verlust an Feinpartikeln bei der
Perkolationsextraktion nicht vollständig vermieden werden kann, ist es von Vorteil, eine Immersionsextraktion vorzugsweise z.B. in einem Mixing-Settling-Verfahren durchzuführen. Besonders vorteilhaft gestaltet sich eine mehrstufige Immersionsextraktion. Bei diesem Verfahren tauchen die Presskuchen bzw. die konditionierten Presskuchen ganz in das Lösemittel ein. In einem Immersionsextrakteur ist es möglich, die Partikel wie oben beschrieben mit einem Rührer simultan zur Extraktion zu zerkleinern. Damit gelingt es zudem, eine stufenweise Zerkleinerung der Presskuchen in mehreren hintereinander angeordneten Extraktionsbehältern durchzuführen. Im Anschluss an den ersten Extraktionsschritt können Lösemittel und Raffinat mechanisch getrennt werden, vorteilhaft durch Sedimentation. Die ölhaltige Miscella im Überstand kann im Anschluss destilliert und rektifiziert werden und das rückgewonnene Lösemittel kann erneut für die Extraktion einer von Presskuchenpartikeln mit einer feineren Partikelgrößenverteilung zum Einsatz kommen. Der von Lösemittel getrennte Presskuchen (Raffinat) kann mit frischem Lösemittel versetzt werden und damit nochmals entölt werden. Der Lösemittelüberstand aus der Behandlung eines mit weniger Öl belasteten Raffinats kann zur Reduktion der gesamten Lösemittelmenge erneut für die Extraktion eines mit mehr Öl belasteten Raffinats genutzt werden und so weiter. Damit erhält man eine Gegenstromextraktion mit Rührbehältern. Alternativ kann eine Gegenstromextraktion auch in einem Schnecken-, Kammer- oder Bandextrakteur realisiert werden.
Ein besonderer Vorteil des Einsatzes der Sedimentation ergibt sich aus der Möglichkeit, die Sedimentationsdauer zur Einstellung der Trennschäfte Fest-Flüssig-Trennung festzu legen. Hierbei findet im Anschluss an eine Extraktion, die mit definierten Partikelgrößen durchgeführt wird, nach Stoppen des Rührens eine Sedimentation im Erdschwerefeld bis zu einem definierten Volumenverhältnis aus Raffinat und Überstand statt. Dieser Vorgang kann vorteilhaft unterstützt werden durch einen von oben die Sedimentation der Partikel beschleunigenden oder absinkenden Filter- oder Siebboden oder durch ein Anlegen eines Vakuums unterhalb eines Filters unter der Sedimentationsschicht (z.B. Nutsche). Bei der Sedimentation ist es sinnvoll, bei einem vorher festgelegten Volumenanteil des Überstands von mindestens 50%, vorteilhaft größer 60%, besonders vorteilhaft größer 70% den Überstand vom Raffinat z.B. durch ein Absaugen abzutrennen.
Im Gegenstrom kann das Raffinat erneut mit Lösemittel beauf schlagt und die Suspension gerührt werden, bis sich aufgrund der Scherung während des Rührens eine neue Partikelgrößen verteilung einstellt. Im Anschluss findet der Sedimentations vorgang erneut statt. Der Vorgang des Vermischens und Absetzens des Raffinats kann mehrfach wiederholt werden, vorteilhaft erfolgt der Vorgang häufiger als 2-mal, besser häufiger als 3-mal, besonders vorteilhaft häufiger als 4-mal, so dass die Extraktion als mehrstufige Extraktion besonders vorteilhaft im Gegenstrom durchgeführt wird. Dabei ist es in einer Ausgestaltung des Verfahrens von Vorteil, in verschie denen Stufen der mehrstufigen Extraktion unterschiedliche Mischungsverhältnisse aus organischem Lösemittel und Wasser zu verwenden. So kann in der ersten Extraktionsstufe ein höherer Wassergehalt genutzt werden, um wasserlösliche Komponenten gezielt abzutrennen, in weiteren
Extraktionsschritten kann der Wassergehalt niedriger gewählt werden, um die Entölung effizienter zu machen, da z.B. ein Lösemittel wie Ethanol oder Propanol mit weniger Wasseranteil mehr Öl lösen kann. Dieses Vorgehen hat z.B. bei Einsatz von Ethanol als Lösemittel zudem den Vorteil, dass der Wasser gehalt nur für kurze Zeit in der ersten Extraktionsstufe hoch ist, so dass die Proteindenaturierung minimiert werden kann. Es zeigt sich, dass bei Hanfsamen eine Denaturierung der Proteine reduziert werden kann, wenn in verschiedenen Extraktionsstufen Lösemittel oder Lösemittelmischungen mit unterschiedlichen Polaritäten zum Einsatz kommen.
Neben der Mischung von Wasser und einem Alkohol wie Ethanol in einem Extraktionsschritt kann es auch von Vorteil sein, zunächst ein lipophiles Lösemittel einzusetzen und nach teilweiser Abtrennung des Lösemittels oder vollständiger Desolventierung des Raffinats ein hydrophiles oder wasserhaltiges Lösemittel zu verwenden. Dies kann die Belastung der Proteine bei Anwesenheit von Wasser und Alkohol weiter reduzieren.
Nachbehandlung und Desolventieren des Präparats: Im Anschluss an die Extraktion mit dem oder den organischen Lösemitteln und Wasser kann das Präparat optional, zur Verbesserung der funktionellen Eigenschaften, mit wässrigen Enzym-Lösungen oder mittels Fermentation weiter behandelt oder direkt getrocknet werden. Die Trocknung wird vorteilhaft bei geringen Temperaturen unter 120 °C erfolgen, besser unter 100 °C, besonders vorteilhaft unter 80 °C, um die Proteine zu schonen und die Farbe im Präparat möglichst hell zu erhalten. Dafür wird vorteilhaft ein Trockner genutzt werden, der im Vakuum betrieben werden kann und dessen Druck am Ende der Trocknung zur Abtrennung der Lösemittelreste nochmal abgesenkt wird. Vorteilhaft erfolgt eine Absenkung des Drucks auf Werte kleiner 500 mbar, besser kleiner 200 mbar, besonders vorteilhaft kleiner 100 mbar. Durch diese Druckabsenkung am Ende der Trocknung kann eine weitere Temperaturreduktion und damit eine weitere Schonung der Proteine erreicht werden.
Nach der Trocknung erfolgt vorteilhaft eine Vermahlung der getrockneten Proteinpräparate zur Anpassung der Funktiona lität, denn unterschiedlich fein vermahlene Präparate zeigen deutliche Unterschiede in den technofunktionellen Eigenschaften, wie z.B. in der Emulgierkapazität. Die Vermahlung erfolgt daher je nach Applikation auf d90- Partikelgrößen kleiner 500 gm, vorteilhaft kleiner 250 gm, besser kleiner 150 gm, besonders vorteilhaft kleiner 100 gm.
Beschreibung eines Einsatzes des Präparates:
Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Proteinpräparates aus Hanfsamen zeigen sich besondere Vorteile bei der Herstellung von Proteinmischungen für Lebensmittel oder Heimtiernahrung. Vorteilhaft ist eine Mischung des erfindungsgemäßen Präparates mit Proteinanteilen aus Leguminosenprotein aus der Gruppe Erbse, Linse, Bohne, Ackerbohne, Erdnuss oder Soja, besonders vorteilhaft nur aus der Gruppe Erbse und Soja, besonders vorteilhaft nur Soja. Der Grund für Soja als Zusatz zum erfindungsgemäßen Präparat liegt in der hellen Farbe von Sojaproteinisolaten, da das besonders helle erfindungsgemäße Präparat in einer Mischung mit dunkleren Leguminosenproteinen nicht so zur Geltung kommen kann. Eine erfindungsgemäße Mischung sollte >60%, vorteilhaft >70, besonders vorteilhaft >80 Mass.-% Proteingehalt aufweisen. Das Verhältnis des erfindungsgemäßen Proteins zur gesamten Masse der Mischung sollte größer sein als 5 Mass.-% und kleiner 95 Mass.-%, vorteilhaft größer als 10 Mass.-% und kleiner als 90 Mass.-%, besonders vorteilhaft größer 25 Mass.-% und kleiner 75 Mass.- %, am besten größer 40 Mass.-% und kleiner 60 Mass.-%. Damit gelingt es in besonderem Maße, die Funktionalität der Leguminosenproteine mit der guten Sensorik und Farbe des erfindungsgemäßen Präparates zu kombinieren.
Nachfolgend wird zur quantitativen Charakterisierung der hergestellten Proteinpräparate auf folgende Bestimmungsverfahren zurückgegriffen:
- Proteingehalt:
Der Proteingehalt ist definiert als der Gehalt, der sich aus der Bestimmung des Stickstoffs nach Dumas und dessen Multiplikation mit dem Faktor 6,25 errechnet. Der Proteingehalt wird in der vorliegenden Patentanmeldung in Massenprozent angegeben, bezogen auf die Trockensubstanz (TS), also die wasserfreie Probe.
- Farbe:
Die wahrnehmbare Farbe ist mittels CIE-L*a*b*- Farbmessung definiert. Dabei gibt die L*-Achse die Helligkeit an, wobei Schwarz den Wert 0 und Weiß den Wert 100 hat. Die a*-Achse beschreibt den Grün- oder Rotanteil und die b*-Achse den Blau- oder Gelbanteil.
- Proteinlöslichkeit:
Die Proteinlöslichkeit ist mittels Bestimmungsverfahren nach Morr et al. 1985 bestimmt, siehe den Zeitschriftenartikel: Morr C. V., German, B., Kinsella, J.E., Regenstein, J. M.,
Van Buren, J. P., Kilara, A., Lewis, B. A., Mangino, M.E, "A Collaborative Study to Develop a Standardized Food Protein Solubility Procedure. Journal of Food Science", Band 50 (1985) Seiten 1715-1718). Die Proteinlöslichkeit kann für einen definierten pH-Wert angegeben werden, falls kein pH- Wert genannt ist, beziehen sich die Daten auf einen pH-Wert von 7.
- Emulgierkapazität:
Die Emulgierkapazität wird mittels Bestimmungsverfahren (nachfolgend EC-Bestimmungsverfahren genannt) bestimmt, bei dem 100 ml einer 1 %igen Suspension des Proteinpräparats mit pH 7, Maiskeimöl zugegeben wird bis zur Phaseninversion der Öl-in-Wasser-Emulsion . Die Emulgierkapazität ist definiert als das maximale Ölaufnahmevermögen dieser Suspension, bestimmt über die spontane Abnahme der Leitfähigkeit bei der Phaseninversion (vgl. den Zeitschriftenartikel von Wäsche,
A., Müller, K., Knauf, U., "New processing of lupin protein isolates and functional properties". Nahrung/Food, 2001, 45, 393-395) und ist z.B. angegeben in ml Öl/g Proteinpräparat, d.h. Milliliter emulgiertes Öl pro Gramm Proteinpräparat.
- Fettgehalt:
Der Fettgehalt wird bestimmt nach der Soxhlet Methode unter Verwendung von Hexan als Lösemittel.
- Saccharose:
Der Gehalt an Saccharose wird mittels modifizierter Messung gemäß DIN 10758:1997-05 (inkl. Berichtigung 1 von Sep. 2018) mit HPLC-Verfahren bestimmt. Zur Probenvorbereitung werden die Zucker mit heißem Wasser aus der Probenmatrix extrahiert. Nach Abtrennung von Störstoffen werden die Extrakte mit Wasser auf ein definiertes Volumen aufgefüllt, filtriert und die Filtrate der HPLC-Messung zugeführt. Ausführungsbeispiel :
200 g eines Hanf-Presskuchens mit einem Schalenanteil von 0,5 Mass.-% und einem Ölgehalt von 25 Mass.-%, der mit Hilfe einer Presse bei einer mittleren Temperatur von 65 °C durch 3-maliges Pressen gewonnen wurde, wurde in einem Trockner auf eine Wasserfeuchte von 3 Mass.-% getrocknet und der Presskuchen in einem Mörser in Stückchen von ca. 1 mm grob zerkleinert. Der zerkleinerte Presskuchen wurde mit jeweils 800 mL Lösemittel (Ethanol-Wasser-Mischung mit 7 Mass.-% Wassergehalt) 5-mal extrahiert. Dafür wurden in der ersten Stufe zu den 200 g Presskuchen 800 mL zugesetzt, 5 Minuten bei 50°C gerührt, danach der Rührer ausgeschaltet. Der Feststoff sedimentierte über 30 Minuten, im Anschluss wurden 500 mL an Überstand abgezogen und erneut 800 mL Lösemittel zugesetzt. Die folgenden Extraktionsschritte erfolgten analog, es wurden jeweils 800 mL zugegeben und 800 mL abgezogen. Im Anschluss wurde das letzte Raffinat bzw. Sediment in einem Trockenschrank für 24 Stunden getrocknet und anschließend mit einem Sieb mit 1 mm Maschenweite gesiebt. Bei der Siebung gelang es, weitere Schalenteile abzutrennen, die vor der Pressung nicht entfernt werden konnten und so die Helligkeit des Präparats weiter zu verbessern. Nach der Siebung erfolgte eine Vermahlung auf kleiner 250 pm.
Das Präparat wies einen Proteingehalt von 78,6 % auf, einen Öl- bzw. Fettgehalt von 3,8 %, einen Gehalt an Saccharose von 0,6 %, eine Proteinlöslichkeit von 13,2% bei pH 7 und eine Emulgierkapazität von 223 mL/g. Bei der L*a*b-Messung konnte ein L*-Wert von 92 ermittelt werden. Damit eignet sich das Präparat für sehr helle Lebensmittelapplikationen. Die nachfolgenden Tabellen 2 und 3 geben die Zusammensetzung und funktionelle Eigenschaften dieses Präparats an. Tabelle 2: Zusammensetzung des Hanf-Proteinpräparates im Vergleich zur Zusammensetzung der Hanfsamen vor der Behandlung
Figure imgf000024_0001
Tabelle 3: Funktionelle Eigenschaften des Hanf- Proteinpräparates
Figure imgf000024_0002
Anwendungsbeispiel 1: 10 g des Hanf-Präparates aus dem Ausführungsbeispiel wurden mit Hilfe eines Turrax mit 200 mL Wasser vermischt. Es wurden 8 mL Maiskeimöl, 10 g Maltodextrin und 1 g Zucker zugesetzt und die Suspension mit dem Turrax homogen vermischt. Die dabei erhaltene Emulsion hatte die Konsistenz eines Drinks und eine sehr helle, milchähnliche Farbe und wies einen weitgehend neutralen Geschmack auf.
Anwendungsbeispiel 2:
400 g des Hanf-Präparates hergestellt wie in dem Ausführungs beispiel wurden mit 600 g Wasser, 50 g Stärke und 10 g Salz vermischt, in einem kleinen Extruder bei 150 °C extrudiert und im Anschluss durch eine Kühldüse gefördert und abgekühlt. Das Extrudat hatte eine sehr helle Farbe und eine feste Gelstruktur und wies einen neutralen Geschmack auf.

Claims

Patentansprüche
1. Proteinpräparat, welches aus Hanfsamen hergestellt ist, mit einem
- Proteingehalt von mehr als 65 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse, und
- einem Fettgehalt unter 6 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse, bestimmt nach der Soxhlet Methode unter Verwendung von Hexan als Lösemittel,
- wobei das Proteinpräparat eine Helligkeit L* von größer als 70 aufweist, bestimmt gemäß CIE-L*a*b*- Farbmessung bei einer d90-Partikelgröße des Proteinpräparats unter 250 gm oder nach einem Vermahlen des Proteinpräparats auf eine d90-Partikelgröße unter 250 gm.
2. Proteinpräparat nach Anspruch 1, das eine Helligkeit L* von größer als 80, vorzugsweise größer als 90, besonders bevorzugt größer als 92 aufweist.
3. Proteinpräparat nach Anspruch 1 oder 2, das einen Restschalengehalt der Hanfsamen von weniger als 36 Mass.-%, vorzugsweise weniger als 20 Mass.-%, vorteilhaft weniger als 10 Mass.-%, besonders bevorzugt weniger als 4 Mass.-% oder weniger als 2 Mass.-%, bezogen auf die Trockenmasse aufweist.
4. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Proteingehalt mehr als 70 Mass.-% beträgt, vorzugsweise mehr als 75 Mass.-%, besonders bevorzugt mehr als 80 Mass.-%.
5. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Fettgehalt unter 4 Mass.-% liegt, vorzugsweise unter 3 Mass.-%, besonders bevorzugt unter 2 Mass. .
6. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Anteil von Saccharose weniger als 8 Mass.-%, vorzugsweise weniger als 3 Mass.-%, besonders bevorzugt weniger als 1 Mass.-% oder weniger als 0,65 Mass.-%, bezogen auf die Trockenmasse beträgt.
7. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Emulgierkapazität, bestimmt nach dem in der Beschreibung angegebenen EC-Bestimmungsverfahren, mehr als 125 ml/g beträgt, vorzugsweise mehr als 200 ml/g, besonders bevorzugt mehr als 300 ml/g oder mehr als 400 ml/g.
8. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das bei pH 7 eine Proteinlöslichkeit aufweist, die zwischen 8% und 50% beträgt, vorzugsweise zwischen 9% und 20%, besonders bevorzugt zwischen 9% und 15%, jeweils bestimmt nach der in der Beschreibung angegebenen Methode nach Morr et al. 1985.
9. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das einen Anteil an Alkohol, insbesondere Ethanol, von > 0,001 Mass.-%, bevorzugt > 0,01 Mass.-%., besonders bevorzugt > 0,1 Mass.-% oder > 0,4 Mass.-%, aufweist, der jedoch weniger als 1 Mass.-% beträgt.
10. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das einen Anteil an Hexan von > 0,0005 Mass.-%, bevorzugt > 0,001 Mass.-%. aufweist, der jedoch weniger als 0,005 Mass.-% beträgt.
11. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das eine d90-Partikelgröße von weniger als 500 gm aufweist, vorzugsweise weniger als 250 gm, vorteilhaft von weniger als 150 pm, besonders bevorzugt von weniger als 100 mpi.
12. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dasnach einer Behandlung bei 550°C einen Aschegehalt von größer 5 Mass.-%, vorzugsweise größer 10 Mass.-%, besonders bevorzugt größer 15 Mass.-%, bezogen auf die Trockenmasse aufweist.
13. Proteinpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dem zusätzlich Leguminosenproteine aus der Gruppe Erbse, Linse, Bohne, Ackerbohne, Erdnuss oder Soja, vorzugsweise nur aus der Gruppe Erbse und Soja, besonders bevorzugt nur aus Soja, zugemischt wurden.
14. Verwendung des Präparats nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Zutat in Lebensmitteln, Heimtiernahrung und Futtermitteln.
15. Verfahren zur Gewinnung eines Proteinpräparats aus Hanfsamen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit wenigstens folgenden Schritten:
- Schälen der Hanfsamen bis auf einen Restschalenanteil von weniger als 18 Mass.-% oder Bereitstellen von geschälten Hanfsamen mit einem Restschalenanteil von weniger als 18 Mass.-%, jeweils bezogen auf die Trockenmasse der Hanfsamen;
- mechanische Teilentölung der geschälten Hanfsamen, bei der eine mittlere Temperatur der geschälten Hanfsamen unter 100°C gehalten wird;
- Durchführung eines oder mehrerer Extraktionsschritte zur weiteren Entölung der teilentölten Hanfsamen, optional nach einer Vermahlung oder Flockierung, bis auf einen Restölgehalt von unter 6 Mass.-%, bei der auch ein Anteil an Saccharose abgetrennt wird, wobei der eine oder die mehreren Extraktionsschritte mit einer oder mehreren Alkohol-Wassermischungen oder mit Alkohol oder Hexan als Lösungsmittel unter Anwesenheit von Wasser durchgeführt werden, jeweils mit einem Wasseranteil im Bereich zwischen > 6 Mass.-% und < 14 Mass.-% bei Alkoholen und zwischen > 6 Mass.-% und < 10 Mass.-% bei Hexan, oder wobei die mehreren Extraktionsschritte mit Alkohol oder Hexan als einem ersten und mit Wasser als einem zweiten Lösungsmittel durchgeführt werden; und
- Trocknung des nach Durchführung des einen oder der mehreren Extraktionsschritte erhaltenen Raffinats.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Hanfsamen mit einem Restschalenanteil von weniger als 10 Mass.-%, vorzugsweise weniger als 5 Mass.-%, besonders bevorzugt weniger als 2 Mass.-% oder weniger als 1 Mass.-%, bereitgestellt oder bis auf diesen Restschalenanteil geschält werden.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die mittlere Temperatur der geschälten Hanfsamen bei der mechanischen Teilentölung unter 80°C, vorzugsweise unter 60° gehalten wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die weitere Entölung der teilentölten Hanfsamen bis auf einen Restölgehalt von unter 4 Mass.-%, vorzugsweise unter 3 Mass.-%, besonders bevorzugt unter 2 Mass.-% erfolgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem der eine oder die mehreren Extraktionsschritte mit einer oder mehreren Alkohol-Wassermischungen als Lösungsmittel oder mit Alkohol als Lösungsmittel unter Anwesenheit von Wasser durchgeführt werden, wobei der Wasseranteil jeweils im Bereich zwischen > 7 Mass.-% und < 14 Mass.-%, vorzugsweise zwischen > 10 Mass.-% und <
14 Mass.-% liegt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem der Wasseranteil bei einer mehrstufigen Extraktion bei der ersten Stufe am höchsten und bei einer oder mehreren nachfolgenden Stufen niedriger gewählt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei dem eine Temperatur des Lösungsmittels bei der Durchführung des einen oder der mehreren
Extraktionsschritte zwischen 30°C und 75°C gewählt wird, vorzugsweise zwischen 45°C und 65°C, besonders bevorzugt zwischen 50°C und 65°C.
22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem eine Dauer des Kontakts zwischen dem Lösungsmittel und den teilentölten, gegebenenfalls vermahlenen oder flockierten, Hanfsamen bei Temperaturen des Lösungsmittels von > 45°C zwischen 30 Minuten und 12 Stunden, vorzugsweise zwischen 1 Stunde und 5 Stunden, besonders bevorzugt zwischen 1 und 2 Stunden gewählt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, bei dem die mechanische Teilentölung bis auf einen Restölgehalt erfolgt, der zwischen > 8 Mass.-% und < 40 Mass.-%, vorzugweise zwischen > 8 Mass.-% und < 30 Mass.-%, besonders bevorzugt zwischen > 8 Mass.-% und < 25 Mass.-% oder zwischen > Mass.-% 8 und < 20 Mass.-% liegt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, bei dem die geschälten Hanfsamen vor der mechanischen Teilentölung durch Einstellung der Temperatur der Samen auf einen Wert zwischen 30°C und 80°C, vorteilhaft zwischen 40 und 60°C, besonders vorteilhaft zwischen 45°C und 55°C, und der Feuchte der Samen auf einen Wassergehalt in den Samen zwischen 2 und 8 Mass.-%, vorzugsweise zwischen 3 und 6 Mass.-%, besonders bevorzugt zwischen 4 und 5,5 Mass.-%, konditioniert werden.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, bei dem die Hanfsamen vor und/oder während mechanischer Behandlungsschritte auf eine Temperatur < 20°C, vorzugsweise < 10°C, vorteilhaft < 0°C, besonders bevorzugt < -10°C oder < -15°C, gekühlt werden.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, bei dem die teilentölten, gegebenenfalls vermahlenen oder flockierten, Hanfsamen vor der Durchführung des einen oder der mehreren Extraktionsschritte durch Absenken der Feuchte auf eine Restfeuchte von < 8 Mass.- %, vorzugsweise < 5 Mass.-%, besonders bevorzugt < 3 Mass.-% oder < 2 Mass.-%, konditioniert werden.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26, bei dem eine Partikelgröße der teilentölten Hanfsamen vor der Durchführung des einen oder der mehreren Extraktionsschritte auf einen d90-Wert von < 2 mm, vorzugsweise < 1 mm, besonders bevorzugt < 0,5 mm oder < 0,2 mm gebracht wird, wobei ein Anteil an Feinkorn mit einer Partikelgröße kleiner 100 pm < 50 Mass.-%, vorzugsweise < 25 Mass.-%, besonders bevorzugt < 10 Mass.-% beträgt.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26, bei dem die teilentölten Hanfsamen vor der Durchführung des einen oder der mehreren Extraktionsschritte auf eine Flockendicke von < 2 mm, vorzugsweise < 0,5 mm, besonders bevorzugt < 0,2 mm flockiert werden.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 28, bei dem die Trocknung des Raffinats bei einer Temperatur von < 120 °C, vorzugsweise < 100 °C, besonders bevorzugt < 80 °C erfolgt.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 29, bei dem die Trocknung des Raffinats ein einem Vakuumtrockner durchgeführt wird, wobei am Ende der
Trocknung eine Absenkung des Drucks auf < 500 mbar, vorzugsweise < 200 mbar, besonders bevorzugt < 100 mbar erfolgt.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 30, bei dem vor der Trocknung des Raffinats eine Behandlung des Raffinats mit wässrigen Enzym-Lösungen oder mittels Fermentation erfolgt.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 31, bei dem das Raffinat nach der Trocknung auf eine definierte Partikelgrößenverteilung mit einem d90-Wert von < 500 gm, vorzugsweise < 250 gm, besonders bevorzugt < 150 pm oder < 100 pm, vermahlen wird.
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