WO2022237938A1 - Wasserlösliches pflanzenprotein, verfahren zu seiner herstellung und verwendung - Google Patents
Wasserlösliches pflanzenprotein, verfahren zu seiner herstellung und verwendung Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to a water-soluble plant protein with a molecular weight (according to SDS-Page primary structure) between ⁇ 75 kDa and >5 kDa, preferably ⁇ 70 kDa and >7 kDa and particularly preferably ⁇ 68 kDa and >10 kDa; Process for its production and its use.
- proteins are in particular protein mixtures that have a wide variety of individual proteins
- Plant proteins, exemplified here using pea proteins, have hitherto been obtained using relatively simple processes.
- Pea proteins are isolated from pea fruit water, with a heat treatment denaturing water-soluble proteins, which drastically reduces their functionality and solubility.
- the soluble proteins in the pea fruit water fall here as a by-product of plant protein production - e.g. from soybean, oat, lupine and pea protein production - e.g. for animal feed.
- the side stream - i.e. the thermally non-coagulated smaller proteins with a molecular weight of ⁇ 75 kDa, salts, sugars, peptides, etc., is currently being concentrated with a high energy input and u. as livestock feed, although it still contains valuable ingredients with higher added value.
- Thermally coagulated proteins of higher molecular weight have a large loss of functionality in terms of water solubility and emulsification - i.e. they are no longer or poorly soluble in water, bind less water and their ability to form foams is reduced. Smaller proteins have proven to be less sensitive to temperature.
- pea proteins As plant-based proteins become more and more important in our daily diet, they become more and more important. Above all, pea proteins, on the basis of which the invention is explained below, are becoming increasingly important since the demand for non-GMO and allergen-free products has increased worldwide and peas are relatively unproblematic to grow. In addition, pea proteins offer important nutritional, functional and processing advantages.
- proteins are highly functional plant proteins, in particular those from legumes, and is in no way restricted to peas.
- Protein mixtures in particular which have a wide variety of individual proteins, are referred to below as proteins.
- a low-molecular, water-soluble plant protein with a molecular weight ⁇ 75 kDa and >5 kDa, preferably ⁇ 70 kDa and >7 kDa and particularly preferably ⁇ 68 kDa and >10 kDa, produced from protein-containing plant parts is obtained with a: a) protein content 60- 95% by weight b) Moisture content 4-8% c) Foam volume 1700-3100 ml d) Foam stability 80-100% e) Product solubility 100% (pH 7 - pH 9),
- the invention also relates to a method for producing this protein mixture, which is a low molecular weight pea protein fraction, which is produced with the following process steps: a) producing a pea mash from peas and water, mechanically separating the pea mash into insoluble starch and fibers and an aqueous solution with water-soluble proteins, peptides, sugars, salts, and amino acids (pea fruit water); b) Heat coagulation of the pea fruit water at 64 - 70°C and subsequent mechanical separation of the coagulated, denatured pea proteins with a molecular weight >75 kDa; c) phytate reduction by precipitation of phytate compounds, adsorption on phytate adsorbers or enzymatic degradation; d) centrifugation or filtration to separate the precipitated phytates to obtain a phytate-reduced, water-soluble, low molecular weight protein fraction; e) Optionally, nanofiltration of the centrifuge supernatant using
- a protein-rich nanofiltration retentate and a saline permeate f) ultrafiltration of the nanofiltration retentate with plastic ultrafiltration membranes with a cut-off of 5-50 kDa, preferably 5-30 kDa and particularly preferably 10 kDa or a pore size of 0.09-0.14 micrometers for a ceramic membrane, with production a more protein-rich ultrafiltration retentate; g) diafiltration of the ultrafiltration retentate with water; h) if necessary pasteurization of the ultrafiltration retentate and i) if necessary drying of the ultrafiltration retentate.
- the ultrafiltration permeate can be subjected to downstream reverse osmosis as a source of galactooligosaccharides (GOS), sugar and amino acids, and the water thus purified can be reused in the reverse osmosis permeate as process water or operating water or disposed of.
- GOS galactooligosaccharides
- the ultrafiltration retentate is cleaned by diafiltration with tap water, process water, industrial water or deionized water until the conductivity of the retentate solution is reduced by 20-80%, preferably 50-75% and particularly preferably by 60 - 73% is washed, because this removes unfavorable flavors and accompanying substances that hinder the emulsifying capacity.
- the protein according to the invention is isolated from starchy plants or their plant parts, which are selected from root and tuber plants; legume seeds selected from beans, peas, chickpeas, lentils, soya; tree fruits; perennials and perennials; sweet grasses and their fruits as well as algae.
- the low molecular weight protein is useful as a component of foods or supplements, as a dietetic food or food additive for human or animal consumption, aiding in emulsification.
- the starting material for peas is a water-soluble plant protein with a molecular weight between ⁇ 75 kDa and >5 kDa of high functionality and purity.
- the processing of the pea fruit water according to the invention makes more efficient use of the raw material peas and specifically the small proteins with a 5
- Vegetable foamable proteins also have the advantage of being more durable than those of animal origin, such as egg white, and are therefore of particular interest for dry mixes of ready-to-eat food (vegetable egg white substitute; vegetable foamable milk substitute products, addition to beers that are not based on the purity be brewed etc. etc.). They are in high demand, especially for allergy sufferers, but also for vegans. They are also well suited as emulsifiers - also as a substitute for animal proteins and as foaming agents and emulsifiers that can be processed between 5°C and 65°C and stored at room temperature for at least 1 year.
- the components starch, fibers and proteins are mainly obtained from the pea. To do this, dried or fresh peas are crushed and the pea flour or pea pulp is mashed with water (tap water or deionized water). In a manner known per se, the mash is separated into the water-insoluble starch-fiber fraction and protein-rich amniotic fluid using mechanical liquid/solid separating devices - e.g. decanters (see e.g. WO2008049385A1). The protein-containing liquid from the mechanical liquid/solid separator is heated to a temperature between 64°C and 70°C in order to flocculate larger, more temperature-sensitive proteins by heat coagulation.
- the flocculated, heat-denatured proteins are separated by another liquid/solid separator, e.g. another decanter, whereby an aqueous solution of low molecular weight proteins, amino acids, sugars and small peptides is obtained, hereinafter referred to as low molecular weight protein solution.
- another liquid/solid separator e.g. another decanter
- an aqueous solution of low molecular weight proteins, amino acids, sugars and small peptides is obtained, hereinafter referred to as low molecular weight protein solution.
- Water-soluble proteins remain in the aqueous low-molecular protein solution (e.g. from the decanter overflow), some water-insoluble, suspended light components, e.g. B. various colloids and small proteins, peptides, sugars, nucleotides and salts.
- This fraction has hitherto been unused as a protein source for a special protein fraction and used in animal feed.
- This aqueous, low-molecular protein solution also contains anti-nutritional protein components, e.g. PAb1, but also undesirable sugars and GOS. Although it can be foamed, the quality of the foam could be improved. The emulsifying ability of such protein mixtures and the taste could also be improved.
- these undissolved components can be separated using a further mechanical separation process, for example centrifugation, as can be seen from the attached FIGS. 1a and 1b.
- the performance of a nanofiltration is optional.
- the remaining liquid, for example the centrifuge overflow can be subjected to crossflow nanofiltration with a cut-off of 150-300 Da, preferably 180-220 Da.
- the nanofiltration retentate - comprising the desired low molecular weight proteins - or more simply - the centrifuge overflow from the starch/fiber separation, is washed with water - e.g.
- UF ultrafiltration
- the UF retentate according to the invention can be processed directly as a solution in food mixtures, but can also be dried and then marketed as a powder. Particularly gentle drying processes such as lyophilization, spray drying, film drying, fluidized bed drying, etc. are suitable for this.
- the low-molecular protein can be used as a substitute for milk, chicken egg white or cream, although its low fat content means it has a longer shelf life and can also be stored at higher temperatures than these. It is non-gelling, which is beneficial for the preparation of liquids and allows for protein fortification without thickening with less than 1% carbohydrate by weight.
- the water-soluble protein produced in this way is characterized by high foamability and foam stability as well as improved emulsifying ability compared to previously available substitute products for milk proteins or poultry protein.
- a nutritional analysis of the low-molecular protein according to the invention showed (with fluctuations in natural products being unavoidable): 9
- All % - data in this application relate to percent by weight.
- the E numbers specified in the application correspond to the E numbers in Appendix II, Part B LIST OF ALL ADDITIVES of Regulation (EC) No. 1333/2008 11 listed additives for substances that are approved as food additives in the EU. Among other things, they provide information about the type of starch modification. Furthermore, it must always be taken into account that natural fluctuations in the content of these plant parts are unavoidable due to the weather, growth period and location.
- Fig. 2 HPLC chromatogram of low molecular weight pea protein and standard substances
- the denatured proteins and phytate remaining in the liquid phase are precipitated by the addition of CaCl 2 and again separated as phytate sludge by gravity.
- the remaining protein-containing liquid was depleted of salts, sugars and GOS via nanofiltration and then ultrafiltered and demineralized 12
- the ultrafiltration retentate being obtained as the protein according to the invention, while peptides and amino acids remained in the filtrate (see FIG. 1a).
- Foam activity ml_ 2200 (*after 15 min)
- Foam stability % 100 Emulsion capacity > 1 : 8 : 25 with 4280 mPas
- the viscosity of the emulsion was measured at room temperature using a Brookfield viscometer (DV1MHATJO) with spindle 4 at 20 rpm.
- the pea protein according to the invention does not form gels, but has a strong emulsifying effect.
- the water-soluble, low-molecular pea protein fraction prepared as in example 1—was diafiltered with demineralized water at 67° C. for 10 minutes until the conductivity was reduced by 72%, pasteurized and then spray-dried.
- the spray-dried pea protein according to the invention had the following data:
- Foam activity ml_ 2800 (after 4 min)
- Foam stability % 93 Emulsion capacity > 1:8:25 with 5440 mPas
- the pea protein according to the invention had the following data:
- Example 3 The procedure of Example 3 is shown in Figure 1b. The effect of the longer diafiltration on the foam stability and the ash content as well as the protein solubility in water can be clearly seen compared to example 1.
- the low-molecular, water-soluble protein was analyzed using an HPLC from Knauer.
- An HPLC Xbridge BEH SEC 200A, 3.5 ⁇ m from Waters was used as the column and was eluted with an aqueous solution of 0.02 M Na 2 HPO 4 /NaH 2 PO 4 with pH 7.
- Sigma-Aldrich used the following standards as standards:
- the volume of the proteins in the pea protein according to the invention can therefore be semi-quantitatively assigned to the molar masses:
- Spray-dried low-molecular protein according to example 3 was dissolved in the elution buffer, then separated by HPLC and compared with the standard (high, narrow peaks). Accordingly, the volume of a protein with approx. 12 kDa is greater than the volume of proteins between approx. 20 and 150 kDa - there are essentially no proteins above 670 kDa.
- the influence of diafiltration on the HPLC protein chromatogram was also examined (FIG. 3). It was found that small peptides and other smaller molecules with retention times greater than 20 min were effectively separated by diafiltration.
- the low-molecular protein according to the invention was also examined by means of SDS gel chromatography—see FIG. There, too, three most intense bands can be seen in the range of approx. 15 kDa, approx. 40 kDa and approx. 66 kDa.
- the two methods are not comparable with regard to the molecular weights determined, since the proteins are denatured differently in the measuring methods. However, both methods show that three proteins are the main components of the protein mixture.
- the pea protein according to the invention achieves a meat-like texture without increasing viscosity, resulting in a spreadable mass that can be used for protein enrichment.
- denatured pea globulin denatured protein of greater molecular weight obtained as an intermediate stage after heat coagulation in Example 1, with subsequent washing out and spray drying
- a firm texture can be achieved for e.g. B. a vegan sausage can be achieved.
- the high solubility, foaming and emulsifying ability for a pleasant mouthfeel is an advantage.
- no viscosity develops when heated and can therefore also be used here for protein enrichment.
- the protein according to the invention neutralizes the bitter pea taste of the denatured pea globulin, which is particularly undesirable in meat and milk product alternatives, and the sausage according to the invention thus stands out positively over previous meat products.
- the vegan ground pork was produced as in example 5.
- the low-viscosity pea protein of example 2 according to the invention made it possible to produce a spreadable mass as vegan ground pork with a meat-like taste.
- no viscosity or gelation forms during production using the pea protein according to the invention when heated at 90° C., which means that z. B. remains spreadable for a spread.
- vegan fat particles can be added to the vegan ground pork at a dosage of 10 - 20%.
- the vegan fat particles can be made from a 18
- the result was a creamy vegan ice cream with a neutral taste.
- Example 8 Sliceable vegan cheese imitation / pizza topping
- bitter taste of the de-natured pea globulin could be neutralized and the protein content increased by the pea protein according to the invention.
- a ready-to-shake protein drink was produced with the pea protein according to the invention with a very smooth mouthfeel and foamy structure compared to the drink produced only with denatured pea globulin.
- a viscous sauce was formed with a very fine distribution of fat droplets and high stability of the emulsion produced in this way.
- both solutions can be combined in a mixing head of a drawing machine and subsequently aerated/beaten therein.
- the marshmallows had a springy texture and chewed like conventional foam products made with animal eggs and gelatin.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein niedermolekulares wasserlösliches Pflanzenprotein mit einem Molekulargewicht <75 kDa und >5 kDa, hergestellt aus proteinhaltigen Pflanzenteilen, mit: a) Proteingehalt 60 - 95 Gew. %; b) Feuchtegehalt 4-8 %; c) Schaumvolumen 1700-3100 ml; d) Schaumstabilität 80-100 %; e) Produktlöslichkeit in Wasser von 100 % (pH 7 - pH 9) - sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung durch a) Herstellen eines Pflanzenteilbreis aus Pflanzenteilen und Wasser; mechanisches Auftrennen des Pflanzenbreis in Stärke und Fasern sowie eine wässrige Lösung (Fruchtwasser); b) Hitzekoagulation des Fruchtwassers bei 64 - 70°C und anschließende mechanische Abtrennung der koagulierten Proteine mit einem Molekulargewicht >75 kDa; c) Phytatreduktion zur Gewinnung einer phytatreduzierten wasserlöslichen niedermolekularen Eiweissfraktion; d) Abtrennung von Phytaten; e) ggf. Nanofiltration; f) Ultrafiltration des Filtrats der Phytatreduktion oder des Nanofiltrationsretentats mit einer Ultrafiltrationsmembran eines cut-off von 5 - 50 kDa unter Herstellung eines Ultrafiltrationsretentats; Diafiltration des Ultrafiltrationsretentats mit Wasser, ggf. Pasteurisierung des Ultrafiltrationsretentats und ggf. Trocknung desselben.
Description
Wasserlösliches Pflanzenprotein, Verfahren zu seiner Herstellung und
Verwendung
Die Erfindung betrifft ein wasserlösliches Pflanzenprotein mit einem Molekulargewicht (nach SDS-Page Primärstruktur) zwischen <75 kDa und >5 kDa, bevorzugt <70 kDa und >7kDa und besonders bevorzugt <68 kDa und >10 kDa; Verfahren zu seiner Her stellung und seine Verwendung. Im Zusammenhang mit dieser Anmeldung werden als Proteine insbesondere Proteinmischungen bezeichnet, die verschiedenste Einzelproteine aufweisen
Technisches Gebiet
Die Gewinnung von Pflanzenproteinen, hier beispielhaft erläutert an Erbsenproteinen, erfolgt bisher mit relativ einfachen Verfahren. Erbsenproteine werden aus Erbsen fruchtwasser isoliert, wobei durch eine Hitzebehandlung in Wasser lösbare Proteine denaturiert werden, wodurch ihre Funktionalität und Löslichkeit drastisch sinken. Die löslichen Proteine im Erbsenfruchtwasser fallen hierbei als Nebenstrom der Pflanzen proteinherstellung - bspw. von Soja-, Hafer-, Lupinen- und Erbsenproteinherstellung - bspw. für Tierfutter, an. Der Nebenstrom - d.h. der thermisch nicht koagulierte klei nere Proteine mit einem Molekulargewicht von <75 kDa, Salze, Zucker, Peptide etc. aufweist, wird aktuell unter hohem Energieaufwand aufkonzentriert und u. a. als Nutz tierfutter abgegeben, obwohl noch wertvolle Inhaltstoffe mit höherer Wertschöpfung enthalten sind.
Thermisch koagulierte Proteine höheren Molekulargewichts haben einen grossen Funktionalitätsverlust hinsichtlich der Wasserlöslichkeit und der Emulsionsbildung - d.h. sie lösen sich nicht mehr oder schlecht in Wasser, binden weniger Wasser und ihre Befähigung zur Bildung von Schäumen ist eingeschränkt. Kleinere Proteine haben sich als weniger temperaturempfindlich erwiesen.
Zur Erreichung der heutzutage für Anwendungen in der Lebensmittelherstellung erfor derlichen Proteinfunktionalitäten (z. B. 100 % Löslichkeit, hohe Emulgierfähigkeit, Schaumbildungsvermögen und Schaumstabilität) sind spezielle Proteine notwendig, um die bisherige umfangreiche thermische Denaturierung und damit den Funktionali tätsverlust - also auch die mangelnde Wasserlöslichkeit - von Eiweissen zu verhin dern.
2
Stand der Technik
Bisher ist kein hochfunktionales pflanzliches vollständig wasserlösliches Pflanzen protein mit einem Molekulargewicht <75 kDa, wie Erbsenprotein, am Markt verfügbar.
Über die technische Verarbeitung von Erbsenfruchtwasser ist in der Literatur einiges be schrieben. So wurde in der W02008049385A1 sowie den in deren Recherchenbericht zi tierten Druckschriften bereits darauf hingewiesen, dass Membrantechniken sich zwar für die Erbsenproteingewinnung und -fraktionierung eignen, damals waren sie aber noch zu auf wendig für die industrielle Produktion. Seinerzeit war die Membrantechnologie aber noch wenig entwickelt und wurde als teures Trennverfahren betrachtet. Inzwischen hat sich dies geändert, wie dem Artikel "Pilot scale recovery of proteins from a pea whey discharge by Ultrafiltration" (Lei (Leigh) Gao, Khai D. Nguyen und Alphonsus C. Utioh, Food Science and technology, vol 34, pp. 149-158, 2001) zu entnehmen ist, der sich mit der mit der Gewinnung von Erbsenprotein durch Zentrifugation mit anschließender Ultrafiltration beschäftigt. Ein weiteres Verfahren zur Gewinnung von Leguminosenproteinen, insbesondere aus der wasserlöslichen Fraktion, ist in US 4766204 beschrieben.
Da pflanzenbasierte Proteine immer wichtiger für unsere tägliche Ernährung werden, gewinnen sie immer mehr an Bedeutung. Vor allem gewinnen Erbsenproteine, anhand derer die Erfindung nachstehend erläutert wird, zunehmend an Bedeutung, da die Nach frage nach gentechnikfreien und allergenfreien Produkten weltweit gestiegen ist und Erbsen relativ unproblematisch im Anbau sind. Zudem bieten Erbsenproteine wichtige ernährungsphysiologische und funktionelle sowie verarbeitungstechnische Vorteile.
Das Herstellungsverfahren lässt sich aber auch für andere hochfunktionelle Pflanzenproteine, insbesondere solchen von Leguminosen, verwenden und ist keineswegs auf Erbsen eingeschränkt. Nachfolgend werden als Proteine insbesondere Proteinmischungen bezeichnet, die verschiedenste Einzelproteine aufweisen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Funktionsfähigkeit von Proteinfraktionen mit einem Molekulargewicht <75 kDa der im Pflanzenfruchtwasser vorhandenen
3 wasserlöslichen hochwertigen Proteine, insbesondere solche von Erbsen, zu verbessern.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch ein Pflanzenprotein mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ein Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird also ein niedermolekulares wasserlösliches Pflanzenprotein mit Molekulargewicht <75 kDa und >5 kDa, bevorzugt <70 kDa und >7 kDa und besonders bevorzugt <68 kDa und >10 kDa, hergestellt aus proteinhaltigen Pflanzenteilen erhalten, mit einem: a) Proteingehalt 60-95 Gew. % b) Feuchtegehalt 4-8 % c) Schaumvolumen 1700-3100 ml d) Schaumstabilität 80-100 % e) Produktlöslichkeit 100 % (pH 7 - pH 9),
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung dieser Proteinmischung, das eine niedermolekulare Erbsenproteinfraktion ist, die hergestellt wird mit den nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Herstellen eines Erbsenbreis aus Erbsen und Wasser, mechanisches Auftrennen des Erbsenbreis in unlösliche Stärke und Fasern und eine wässrige Lösung mit wasserlöslichen Proteinen, Peptiden, Zuckern, Salzen, und Aminosäuren (Erbsenfruchtwasser); b) Hitzekoagulation des Erbsenfruchtwassers bei 64 - 70°C und anschlie ßende mechanische Abtrennung der koagulierten denaturierten Erbsenproteine mit einem Molekulargewicht >75 kDa; c) Phytatreduktion durch Ausfällen von Phytatverbindungen, Adsorption an Phytatadsorbern oder enzymatischen Abbau; d) Zentrifugation oder Filtration zur Abtrennung der gefällten Phytate unter Gewinnung einer phytatreduzierten wasserlöslichen niedermolekularen Eiweissfraktion; e) Ggf. Nanofiltration des Zentrifugenüberstandes mit einer Membran eines cut-off von 150 - 300 Da, bevorzugt etwa 180 - 220 Da unter
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Gewinnung eines proteinreichen Nanofiltrationsretentats und eines salzhaltigen Permeats; f) Ultrafiltration des Nanofiltrationsretentats mit Kunststoff-Ultrafiltrations membranen mit einem cut-off von 5 - 50 kDa bevorzugt 5 - 30 kDa und besonders bevorzugt von 10 kDa bzw. einer Porengrösse von 0,09 - 0,14 micrometer bei einer Keramikmembran, unter Herstellung eines proteinreicheren Ultrafiltrationsretentats; g) Diafiltration des Ultrafiltrationsretentats mit Wasser; h) Ggf. Pasteurisierung des Ultrafiltrationsretentats und i) ggf. Trocknung des Ultrafiltrationsretentats.
Das Ultrafiltrationspermeat kann als Quelle für Galactooligosaccharide (GOS), Zucker und Aminosäuren einer nachgeschalteten Umkehrosmose unterworfen werden und das so gereinigte Wasser im Umkehrosmosepermeat als Prozesswasser oder Be triebswasser wiederverwendet oder entsorgt werden.
Es ist für die Funktion des erfindungsgemässen niedermolekularen Erbsenproteins günstig, dass das Ultrafiltrationsretentat per Diafiltration mit Leitungswasser, Prozess wasser, Betriebswasser oder entionisiertem Wasser bis zur Reduktion der Leitfähig keit der Retentatlösung um 20 - 80%, bevorzugt 50 - 75% und besonders bevorzugt um 60 - 73% gewaschen wird, denn dadurch werden ungünstige Geschmacksstoffe und das Emulgiervermögen hindernde Begleitstoffe entfernt.
Das erfindungsgemäße Protein wird aus stärkehaltigen Pflanzen, bzw. deren Pflan zenteilen isoliert, die gewählt sind aus Wurzel- und Knollenpflanzen; Leguminosen samen, ausgewählt aus Bohnen, Erbsen, Kichererbsen, Linsen, Soja; Baumfrüchten; Stauden und Staudenfrüchten; Süßgräsern und deren Früchten sowie Algen. Das niedermolekulare Protein eignet sich als Bestandteil von Lebensmitteln oder - Zusätzen, als diätisches Nahrungsmittel oder Nahrungsmittelzusatz für menschlichen oder tierischen Genuss, wobei es die Emulsionsbildung unterstützt.
Es handelt sich bei Erbsen als Ausgangsmaterial um ein wasserlösliches Pflanzen protein mit einem Molekulargewicht zwischen <75 kDa und >5 kDa hoher Funktionali tät und Reinheit. Durch die erfindungsgemäße Aufarbeitung des Erbsenfruchtwassers wird der Rohstoff Erbse effizienter genutzt und speziell die kleinen Proteine mit einem
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Molekulargewicht zwischen <75 kDa und >5 kDa ohne die Schaum- und Emulgierverhalten störende oder auch antinutritive Bestandteile bereitgestellt.
Die Schaumfähigkeit von Pflanzeneiweissen ist bspw. von Bier altbekannt. Es ist aber auch bekannt, dass Salze und andere ionische Bestandteile das Schaumverhalten von Proteinen verringern. Es ist aber erwünscht, stabile vegetabile Schäume - bspw. als Ersatz für Milchschaum oder Eiweiss-Schaum, hersteilen zu können. Vegetabile schaumfähige Eiweisse haben noch dazu den Vorteil, haltbarer zu sein als solche tierischen Ursprungs, wie Eiklar, und sind daher speziell für auch Fertignahrungs mittel-Trockenmischungen interessant (vegetabiler Eischnee-Ersatz; vegetabile aufschäumbare Milchersatzprodukte, Zusatz zu Bieren, die nicht nach dem Reinheits gebot gebraut werden etc. etc.). Besonders für Allergiker, aber auch für Veganer sind sie stark gefragt. Weiterhin eignen sie sich gut als Emulgatoren - auch als Ersatz für tierische Proteine und als zwischen 5°C und 65°C verarbeitbarer und bei Raumtemperatur mindestens 1 Jahr lagerfähiger Schaumbildner und Emulgator.
Herstellung erfindungsgemässer Erbsenproteine
Aus der Erbse werden hauptsächlich die Bestandteile Stärke, Fasern und Proteine gewonnen. Dafür werden getrocknete oder auch frische Erbsen zerkleinert und das Erbsenmehl oder der Erbsenbrei mit Wasser (Leitungswasser oder entionisiertem Wasser) angemaischt. Die Maische wird in an sich bekannter Weise über mechani sche Flüssig/Fest-Trenneinrichtungen - bspw. Dekanter, in die wasserunlösliche Stärke-Faser-Fraktion und proteinreiches Fruchtwasser aufgetrennt (s. z.B. W02008049385A1). Die proteinhaltige Flüssigkeit aus der mechanischen Flüssig/Fest-Trenneinrichtung wird auf eine Temperatur zwischen 64°C und 70°C erhitzt, um durch Hitzekoagulation temperaturempfindlichere grössere Proteine aus flocken zu lassen. Die ausgeflockten, wärmedenaturierten Proteine werden mittels einer weiteren Flüssig/Fest-Trenneinrichtung, bspw. einem weiteren Dekanter, abgetrennt, wodurch eine wässrige Lösung von niedermolekularen Proteinen, Aminosäuren, Zuckern und kleinen Peptiden erhalten wird, die nachfolgend als niedermolekulare Proteinlösung bezeichnet wird. Diese Schritte sind bekannt, bspw. aus der W02008049385A1.
Nachfolgend wird die erfindungsgemässe Weiterverarbeitung der wässrigen nieder molekularen Proteinlösung anhand von Dekantern als mechanische Trenneinrichtun-
6 gen näher erläutert, auf welche die Trenneinrichtungen aber keineswegs einge schränkt sind.
In der wässrigen niedermolekularen Protein-Lösung (z.B. aus dem Dekanter Oberlauf) verbleiben wasserlösliche Proteine, einige wasserunlösliche, suspendierte leichte Bestandteile, wie z. B. verschiedene Kolloide und kleine Proteine, Peptide, Zucker, Nucleotide und Salze. Diese Fraktion wird bisher als Proteinquelle für eine spezielle Proteinfraktion ungenutzt und in Viehfutter verwendet. Diese wässrige niedermolekulare Proteinlösung weist auch noch antinutritive Protein-Bestandteile, bspw. PAb1, aber auch unerwünschte Zucker und GOS auf. Sie lässt sich zwar aufschäumen, die Qualität des Schaums war aber verbesserungsfähig. Auch die Emulgierfähigkeit derartiger Proteinmischungen und der Geschmack waren verbesserungsfähig.
Zur Gewinnung eines funktionalen wasserlöslichen Erbsenproteins mittels Membrantechnologie können diese ungelösten Bestandteile mittels eines weiteren mechanischen Trennverfahrens, bspw. Zentrifugation, wie aus den beigefügten Figuren 1a und 1b ersichtlich, abgetrennt werden. Dabei ist die Durchführung einer Nanofiltration optional. Die verbleibende Flüssigkeit, bspw. der Zentrifugen-Oberlauf, kann einer crossflow-Nanofiltration mit einem cut-off von 150 - 300 Da, bevorzugt 180 - 220 Da unterworfen werden. Das Nanofiltrations-Retentat - das die erwünschten niedermolekularen Proteine umfasst - oder einfacher - der Zentrifugen-Oberlauf aus der Stärke/Faserabtrennung, wird mit Wasser gewaschen - bspw. über eine Ultrafiltration (nachfolgend UF) des Nanofiltrationsretentatsmit Kunststoff- Ultrafiltrationsmembranen mit einem cut-off von 5 - 50 kDa, bevorzugt 5 - 30 kDa und besonders bevorzugt von 10 kDa bzw. einer Porengrösse von 0,09 - 0,14 micrometer bei einer Keramikmembran, unter Herstellung eines proteinreicherenUltrafiltrationsretentats, das bis zu einer Reduktion der Leitfähigkeit um 20 - 80%, bevorzugt 50 - 75% und besonders bevorzugt um 60 - 73% diafiltriert und anschließend weiterverarbeitet - ggf. pasteurisiert und getrocknet wird. Dabei ist trotz cut-off Angabe des Membranherstellers zu überprüfen, ob die UF-Membran für die gewünschten Eiweisse geeignet ist - nicht alle UF-Membranen sind trotz Angabe eines entsprechenden cut-off geeignet, um eine faktische Abtrennung niedermolekularer Proteine zu bewirken und Salze, Peptide, Zucker und GOS permeieren lassen. Es kann sinnvoll sein, Phytat in der Proteinlösung zu verringern -
7 bspw. durch Fällung mit zweiwertigen Ionen (Calcium od. dgl.) oder Adsorption an Adsorbern, wie Harze oder enzymatischem Abbau. Die im Zusammenhang mit dieser Erfindung negativen Effekte des Phytats und das daraus folgende Abtrennen von Phytat ist bekannt und wurde umfassend am 29.11.2017 auf der internationalen Phytat-Konferenz in Bad Neuenahr erläutert, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Das erfindungsgemäße UF-Retentat kann direkt als Lösung in Lebensmittelmischun gen verarbeitet, aber auch getrocknet und dann als Pulver vermarktet werden. Dazu eignen sich besonders schonende Trocknungsverfahren, wie Lyophilisieren, Sprüh trocknen, Filmtrocknung, Wirbelschichttrocknung, etc..
Das niedermolekulare Protein kann als Ersatz für Milch, Hühnereiweiss oder Sahne eingesetzt werden, wobei es aufgrund seines geringen Fettgehalts haltbarer und auch bei höheren Temperaturen als diese lagerfähig ist. Es ist nicht gelbildend, was für die Herstellung von Flüssigkeiten vorteilhaft ist und Protein-Anreicherung ohne Andickung mit weniger als 1 Gew. % Kohlehydrate ermöglicht.
Analytische Charakterisierung Analytische Methoden:
Feuchtigkeitsbestimmung:
• Gerät: Oberflächentrockner (Trocknungstemperatur 105°C Stufe 2) Proteingehalt:
• Stickstoffbestimmung nach Kjeldahl (Nx6,25), DIN EN ISO 3188 Produktlöslichkeit:
• Einwaage: 40 g demineralisiertes H20 + 0,5 g Produkt
• Rührzeit: 1 h
• auf 50 mL im Messkolben auffüllen
• 30 min. bei 2770 xg zentrifugieren
• über Whatmann-Filter (Nr. 1) filtrieren (Papierfilter mit 11 micrometer Poren grösse)
• 20 - 25 g Filtrat in eine Glasschale einwiegen
• 24 Stunden im Trockenschrank bei 100°C trocknen Proteinlöslichkeit:
• Siehe Produktlöslichkeit
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• Vom Filtrat eine Stickstoffbestimmung nach Kjeldahl (Nx6,25), DIN EN ISO 3188 durchführen
• Einwaage: ca. 6 g Filtrat Asche:
• Einwaage: ca. 1 g Produkt
• Mikrowellen-Ofen: MAS 7000
• Veraschungstemperatur: 550°C
• Veraschungszeit: 60 Minuten Schaumaktivität und -Stabilität:
• 5 g Produkt in 95 g demineralisiertem H20 lösen
• 15 Minuten bei Stufe 3 aufschlagen (Hobart 50-N)
• Schaumvolumen bestimmen = Schaumaktivität in ml_
• Bestimmung des Schaumvolumens nach 60 min. Standzeit = Schaumstabilität in %
Emulsionskapazität:
• Einwaage: 80 g demin. H20 + 10 g Produkt
• 250 ml_ Sonnenblumenöl in einen Tropftrichter geben
• Rühren mit Ultra Turrax bei 20000 UpM, Temperatur von 20 °C halten
• Sonnenblumenöl kontinuierlich bis zur Phaseninversion (bis Emulsion schlagartig dünner wird) hinzufügen
• Das Volumen des nicht verbrauchten Sonnenblumenöls bestimmen
• 250 ml_ - Restvolumen = Verbrauch (Sonnenblumenöl)
• Ergebnis: 10 g Produkt : 80 g demin. H20 : Verbrauch / 10
• Viskositätsmessung mittels Brookfield HAT, Spindel 4, 20 UpM
Das so hergestellte wasserlösliche Protein eines Molekulargewicht zwischen <75 kDa und >5 kDa zeichnet sich durch eine gegenüber bisher verfügbaren Ersatzprodukten für Milchproteine oder Geflügeleiweiss hohe Schaumfähigkeit und Schaumstabilität sowie verbesserte Emulgierfähigkeit aus.
Eine Nährwertanalyse des erfindungsgemässen niedermolekularen Proteins ergab (wobei Schwankungen bei Naturprodukten unvermeidlich sind):
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Chemische Untersuchungsergebnisse
Proben-Nr.: L2207754.003
Probenbezeichnung: 17725 Lösliches Erbsenprotein
Parameter Methode Einheit
Ergebnis
Wasser ASU L06.00-32014-08 mod.(a) g/100g 6,8
Protein ASU L06.00-7 (Nx6.25) 2014-08 mod. (a) g/100g 85.7
Fett ASU L06.00-62014-08 mod.(a) g/100g 0,4
Asche ASU L06.00-42017-10 mod. (a) g/100g 2.7
Fettsäuren (gesättigt) DGF C-Vl 10a 2010 mod. (a) g/100g 0,3
Fettsäuren (einfach ungesättigt) DGF C-Vl 10a 2010 mod. (a) g/100g < 0,2
Fettsäuren (mehrfach ungesättigt) DGF C-Vl 10a 2010 mod. (a) g/100g < 0,2
Kohlenhydrate Berechnung aus Bilanz(a) g/100g <1 ,0
Ballaststoffe ASU L00.00-18(#Fa) g/100g 5.7
Fructose ASU L40.00-72019-07 mod. (a) g/100g < 0,4
Glucose ASU L40.00-72019-07 mod. (a) g/100g < 0,4
Saccharose ASU L40.00-72019-07 mod. (a) g/100g < 0,4
Maltose ASU L40.00-72019-07 mod. (a) g/100g < 0,4
Laktose ASU L40.00-72019-07 mod. (a) g/100g < 0,6
Zucker Berechnung aus der HPLC(a) g/100g <1 ,0
Natrium ASU L07.00-562000-07 mod. (a) g/100g 0.367
Kochsalz Berechnung aus Natrium(a) g/100g 0,92
Brennwert kJ Berechnung(a) kJ/100g 1517
Brennwert kcal Berechnung (a) kcal/100g 358
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Aminosäureanalyse:
Essenzielle Aminosäuren sind unterstrichen
PDCAAS 0,94
Proteinverdaulichkeit
Biologische Wertigkeit des Proteins 0,47
Ergebnis +/- erweiterte Messunsicherheit (95%; k=2), Probenahme nicht eingeschlossen
Alle % - Angaben dieser Anmeldung beziehen sich auf Gewichtsprozent. Die in der Anmeldung genannten E-Nummern entsprechen der in Anhang II, Teil B LISTE ALLER ZUSATZSTOFFE der Verordnung (EG) Nr. 1333/2008 mit ihren E-Nummern
11 aufgeführten Zusatzstoffen für Stoffe, die als Lebensmittelzusatzstoff in der EU zugelassen sind. Sie geben u.a. Auskunft über die Art der Stärke-Modifizierung. Ferner ist stets zu berücksichtigen, dass naturbedingte Schwankungen des Gehalts dieser Pflanzenteile durch Wetter, Wachstumsperiode und Standort unvermeidbar sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen sowie den Zeich nungsfiguren, auf die sie keineswegs eingeschränkt ist, erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1a Verfahrensschema mit (optionaler) Nanofiltration;
Fig. 1b Verfahrensschema ohne Nanofiltration;
Fig. 2 HPLC Chromatogramm niedermolekulares Erbsenprotein und Standardsub stanzen;
Fig. 3 HPLC Chromatogramm niedermolekulares Erbsenprotein diafiltriert und ohne Diafiltration; und
Fig. 4 SDS Page Gel von zwei Chargen erfindungsgemässen Erbsenproteins
Beispiele für Herstellungsverfahren
Beispiel 1
Zur Herstellung der wasserlöslichen niedermolekularen Erbsenproteinfraktion wurden getrocknete Erbsen enthülst, zerkleinert und in Wasser aufgeschlämmt und weiterver arbeitet, wie in der W02008049385A1 beschrieben und in Figur 1a schematisch dargestellt. Es ist erkennbar, dass zunächst zerkleinerte Erbsen mit Wasser gemischt, dann einer Schwerkrafttrennung (Zentrifugation) unterworfen und der Überstand als proteinreiches Fruchtwasser für die Proteingewinnung weiterverwendet wird. Es erfolgt eine Wärmekoagulation bei Temperaturen zwischen 60 und 80°C, wonach die dadurch ausgefällten denaturierten Proteine grösseren Molekularge wichts über eine Schwerkrafttrennung abgetrennt werden. Die in der flüssigen Phase verbleibenden denaturierten Proteine sowie Phytat werden durch Zugabe von CaCI2 ausgefällt und wiederum über ihre Schwerkraft als PhytatSchlamm abgetrennt. Die verbleibende proteinhaltige Flüssigkeit wurde über eine Nanofiltration an Salzen, Zuckern und GOS abgereichert und dann ultrafiltriert sowie mit demineralisiertem
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Wasser diafiltriert, wobei das Ultrafiltrationsretentat als erfindungsgemässes Protein gewonnen wurde während Peptide und Aminosäuren im Filtrat verblieben (s. Fig. 1a).
Die nach der Abtrennung der mittelmolekulargewichtigen Proteine erhaltene nieder molekulare Erbsenproteinfraktion hoher Funktionalität mit einer Reduzierung der Leit fähigkeit um 20% mittels Diafiltration mit entionisiertem Wasser, Pasteurisierung 10 Minuten bei 80°C und anschliessender Sprühtrocknung wies auf:
Feuchtigkeit, % 6,2 Proteingehalt, % 64,6 Produktlöslichkeit, % 94,1 Proteinlöslichkeit, % 91,3 Asche, % 6,5
Schaumaktivität, ml_ 2200 (*nach 15 Min) Schaumstabilität, % 100 Emulsionskapazität > 1 : 8 : 25 mit 4280 mPas
Die Viskosität der Emulsion wurde bei Raumtemperatur mittels Brookfield Viskosimeter (DV1MHATJO) mit Spindel 4 bei 20 UpM gemessen.
Das erfindungsgemässe Erbsenprotein bildet keine Gele, wirkt aber stark emulgierend.
Beispiel 2
Die wasserlösliche niedermolekulare Erbsenproteinfraktion - hergestellt wie im Beispiel 1 - wurde mit demineralisiertem Wasser bis zu einer Reduzierung der Leitfähigkeit um 72 %, 10 Minuten bei 67°C diafiltriert, pasteurisiert und anschliessend sprühgetrocknet. Das sprühgetrocknete erfindungsgemässe Erbsenprotein wies folgende Daten auf:
Feuchtigkeit, % 4,9
Proteingehalt, % 87,5
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Produktlöslichkeit, % 100
Proteinlöslichkeit, % 100 Äsche, % 2,2
Schaumaktivität, ml_ 2800 (nach 4 Min) Schaumstabilität, % 93 Emulsionskapazität > 1 : 8 : 25 mit 5440 mPas
Beispiel 3
Herstellung wasserlösliches niedermolekulares Erbsenprotein Getrocknete Erbsen wurden enthülst, zerkleinert, in Wasser aufgeschlämmt und weiterverarbeitet, wie im Beispiel 1 beschrieben. Der Überstand der Schwerkrafttren nung wird als proteinreiches Fruchtwasser für die Proteingewinnung weiterverwendet. Die in der flüssigen Phase verbleibenden Phytate werden durch Zugabe von Fäl lungsmittel, wie z.B. Calciumchlorid ausgefällt und wiederum über ihre Schwerkraft als Phytat-Schlamm abgetrennt. Die verbleibende proteinhaltige Flüssigkeit wurde mit einer Membran Sani-Pro MFK-618 von Koch Membrane Solutions ultrafiltriert und mehrfach mit Leitungswasser diafiltriert, bis die Leitfähigkeit des Ultra filtrationsrückstandes nur noch 30 % des Ultrafiltrations-Feed betrug. Dabei wurden aus dem Retentat Peptide, Aminosäuren, Salze, Zucker und GOS herausgewaschen und das erfindungsgemässe Protein im Ultrafiltrationsretentat gewonnen. Die wasserlösliche niedermolekulare Erbsenproteinfraktion wurde mit demineralisiertem Wasser diafiltriert bis zu einer Reduzierung der Leitfähigkeit um 67 %, 10 Minuten bei 67°C pasteurisiert und anschliessend sprühgetrocknet. Das erfindungsgemässe Erbsenprotein wies folgende Daten auf:
Feuchtigkeit, % 6,9
Proteingehalt, % 85,6
Produktlöslichkeit, % 100
Proteinlöslichkeit, % 100
Äsche, % 2,9
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Schaumaktivität, ml_ 2600 (nach 4 Min)
Schaumstabilität, % 98
Das Verfahren des Beispiels 3 ist in Fig. 1b gezeigt. Deutlich erkennt man den Effekt der längeren Diafiltration auf die Schaumstabilität und den Aschegehalt sowie die Proteinlöslichkeit in Wasser gegenüber Beispiel 1.
Beispiel 4
Das niedermolekulare wasserlösliche Protein wurde mittels einer HPLC der Fa Knauer untersucht. Als Säule wurde eine HPLC Xbridge BEH SEC 200A, 3,5 um der Fa Waters verwendet und mit einer wässrigen Lösung von 0,02 M Na2HP04/NaH2P04 mit pH 7 eluiert. Als Standards wurden von Sigma-Aldrich verwendet:
670 kDa Thyreoglobulin 150 kDa Gamma-Globulin 44,3 kDa Ovalbumin 13,74 kDa Ribonuclease A
Zur Detektion wurde die UV-Absorption bei 214 nm verwendet. Das gemessene HPLC Chromatogramm ist in Fig. 2 gezeigt. Dort sind die Standardproteine als relativ scharfe Peaks bei 18,84 min für Thyreoglobulin; 14,12 min für Gamma-Globulin; 15,74 min für Ovalbumin und 18,93 min für Ribonuclease gezeigt. Das Chromatogramm des erfindungsgemässen Proteins wurde mit demjenigen der Standards verglichen. Deutlich erkennt man verschiedene Proteinfraktionen, wobei kleine Proteine überwiegen.
In Fig. 3 wurde der Einfluss der Diafiltration auf das Proteinchromatogramm unter gleichen Bedingungen (gleiche HPLC-Anordnung) untersucht. Deutlich ist erkennbar, dass durch die Diafiltration die Peaks im Bereich von 20 - 25 min entfernt wurden.
Eine Auswertung der Volumenverteilung ergab, dass sich sowohl für den Protein- Standard als auch für das erfindungsgemässe Erbsenprotein deren relative Peak- Verhältnisse auch bei unterschiedlichen Detektor-Wellenlängen nicht verändern. Des halb ist näherungsweise eine halbquantitative Aussage über die Mengenverteilung und ein Rückschluss von der Volumenverteilung auf deren Molmassen möglich. Das
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Volumen der Proteine im erfindungsgemässen Erbsenprotein kann daher halb quantitativ den Molmassen zugeordnet werden:
Molmassen und Retentionszeiten des erfindungsgemässen Erbsenproteins:
Es ist deutlich erkennbar, dass in der HPLC niedermolekulare Proteine mit einer Molmasse zwischen 0,053 und 23,5 kDa vorherrschen, gefolgt von Proteinen mit einer Molmasse zwischen 23,5 und 66,8 kDa. Nennenswerte Proteinmengen sind nur noch mit einem Molekulargewicht zwischen 121,1 und 595 kDa vorhanden.
Sprühgetrocknetes niedermolekulares Protein nach Beispiel 3 wurde im Elutionspuffer gelöst, dann über HPLC aufgetrennt und mit dem Standard (hohe schmale Peaks) verglichen. Demzufolge ist das Volumen eines Proteins mit ca. 12 kDa grösser als die Volumina von Proteinen zwischen ca. 20 und 150 kDa - über 670 kDa finden sich im wesentlichen keine Proteine. Es wurde auch der Einfluss der Diafiltration auf das HPLC Proteinchromatogramm untersucht (Fig. 3) untersucht. Es zeigte sich, dass kleine Peptide und sonstige kleinere Moleküle mit Retentionszeiten von mehr als 20 min durch die Diafiltration effektiv abgetrennt wurden.
Das erfindungsgemässe niedermolekulare Protein wurde auch mittels SDS- Gel-chromatografie untersucht - s. Fig. 4. Es ist deutlich die Trennschärfe des Verfah rens zu erkennen, wodurch grössere Proteine mit einem Molekulargewicht >75 kDa nicht mehr vorhanden sind. Auch dort sind drei intensivste Banden im Bereich von ca. 15 kDa, ca. 40 kDa und ca. 66 kDa zu sehen. Beide Verfahren sind bezüglich der er mittelten Molekulargewichte nicht vergleichbar, da die Proteine in den Messmethoden unterschiedlich denaturiert vorliegen. Dennoch zeigt sich in beiden Verfahren, dass drei Proteine Hauptkomponenten der Proteinmischung sind.
Nachfolgend sind weitere Anwendungsbeispiele angegeben, die Einsatzmög lichkeiten des erfindungsgemässen wasserlöslichen Proteins zeigen - weitere Anwendungen sind dem Fachmann offensichtlich.
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Im Bereich Fleischalternativen erzielt das erfindungsgemässe Erbsenprotein, wie in Beispiel 2 und 3 beschrieben, eine fleischartige Textur ohne steigende Viskosität, sodass eine streichfähige Masse entsteht und zur Proteinanreicherung eingesetzt werden kann. In Kombination mit denaturiertem Erbsenglobulin (nach der Wärmekoagulation in Beispiel 1 als Zwischenstufe erhaltenes denaturiertes Protein grösseren Molekulargewichts, mit anschließender Auswaschung und Sprühtrocknung) kann eine feste Textur für z. B. eine vegane Wurst erreicht werden. In den Bereichen Milch, Milchalternative und sonstige Getränke ist zum einen die hohe Löslichkeit, die Schäumung sowie die Emulgierfähigkeit für ein angenehmes Mundgefühl von Vorteil. Zudem bildet sich auch bei einer Erhitzung keine Viskosität aus und kann so zur Proteinanreicherung auch hier eingesetzt werden. In Back- und Süsswaren ist oft eine starke Schäumung gewünscht, wofür meist Hühnereiweiß verwendet wird. Durch das erfindungsgemässe Erbsenprotein kann Hühnereiweiß ersetzt werden, sodass vegane Produkte hergestellt werden können. In allen Bereichen ist jedoch der Geschmack von großem Vorteil, da die denaturierten Erbsenglobuline, die mittelmolekulargewichten Proteine nach DE 102006050619 B4, die von EMSLAND STÄRKE als EMRPO E86 hergestellt werden, einen bitteren Erbsengeschmack aufweisen und dieser durch das erfindungsgemässe Erbsenprotein neutralisiert wird.
Beispiel 5 - Vegane Wurst
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12 g Erbsenproteinmischung, 6 g Flohsamenschalen, 5,5 g Gewürze, Aromastoffe und färbende Substanzen und 1 g des Hydrokolloids wurden gemischt und anschliessend mit 63 g Wasser geknetet. Zu der Mischung wurden 12 g zerkleinerte Erbsenprotein Schnetzel gegeben, gut vermischt und die Mischung in Wursthüllen gefüllt. Die so hergestellte vegane Wurst wurde bei 90°C 1 Stunde unter 30 % in einem Konvektomaten erhitzt und dann abgekühlt. Das erfindungsgemässe Erbsenprotein des Beispiels 2 wurde zur Proteinanreicherung, Texturgebung und Geschmacksverbesserung eingesetzt, sodass ein Formkörper fleischartigen Geschmacks, Textur und Aussehens entstand.
Das erfindungsgemässe Protein neutralisiert in der Proteinmischung den bitte ren Erbsengeschmack des denaturierten Erbsenglobulins, das insbesondere bei Fleisch- und Milchproduktalternativen unerwünscht ist und somit hebt sich die erfin dungsgemäße Wurst gegenüber bisherigen Fleischprodukten positiv hervor.
Beispiel 6 - Veganes Mett - Grundmasse für streichfähiges Produkt
Die Herstellung des Veganen Metts erfolgte wie in Beispiel 5. Durch das niedrigviskose erfindungsgemässe Erbsenprotein des Beispiels 2 konnte eine streichfähige Masse als veganes Mett mit einem fleischartigen Geschmack hergestellt werden. Im Vergleich zum denaturierten Erbsenglobulin bildet sich bei der Herstellung unter Einsatz des erfindungsgemässen Erbsenproteins beim Erhitzen bei 90°C keine Viskosität bzw. Gelierung aus, wodurch es z. B. für einen Brotaufstrich streichfähig bleibt.
Nach Bedarf können noch vegane Fettpartikel zum veganen Mett hinzugegeben wer den mit einer Dosierung von 10 - 20 %. Die veganen Fettpartikel können aus einer
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Kombination aus 57,7 % Wasser, 21,8 % Kokosfett (Schmelzpunkt 27°C), 18,3 % E1440 - Erbsenstärke und 2,2 % E1450 - Kartoffelstärke hergestellt werden: Zubereitung im Thermomix ®; Messer gegen den Uhrzeigersinn, kein Schmetterlingsmischer
1. Die trockenen Zutaten mischen
2. Wasser und Fett wurden in eine heizbare Küchenmaschine der Bezeichnung Thermomix ® überführt, die Geschwindigkeit auf ~2,5 eingestellt und auf max. 55°C erhitzt
3. Nach Einstellung der Geschwindigkeit auf 4 wurde die Trockenmischung langsam unter Rühren zugeben
4. Die Geschwindigkeit wurde auf 3,5 und die Wärme auf 95°C eingestellt
5. Nach Erreichen der Temperatur von 80°C, Einstellung auf -5°C
6. 5 Minuten Halten der Temperatur
7. Formen des Produkts
Beispiel 7 - Veganes Eis
Alle trockenen Zutaten mischen
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Wasser in den Thermomix ® TM6 Rührbehälter geben Trockene Zutaten unter Rühren in das Wasser geben (Stufe 4)
Glukosesirup in der Mikrowelle leicht erwärmen Kokosfett im Topf schmelzen
Kokosfett mit Glukosesirup mischen und unter Rühren (Stufe 4) hinzufügen, dann 1 Minute lang rühren
Geschwindigkeit auf 3,5 einstellen; auf 90°C erhitzen und die Temperatur 10 Minuten lang halten
Im Wasserbad abkühlen (mindestens 15°C)
Geschmacksstoffe zugeben
Über Nacht im Kühlschrank aufbewahren
Mit der Speiseeismaschine (Telme - Gel 9 Gelatiera) zu einer Eiscreme verarbei ten
Es entstand eine cremige vegane Eiscreme mit neutralem Geschmack.
Beispiel 8 - Schneidbares veganes Käseimitat / Pizzabelag
- Alle trockenen Zutaten mischen
Wasser und Fett in einen Kocher überführen und auf 50°C erhitzen, um das Fett zu schmelzen
Käse-Aroma hinzufügen und in der Mischung auflösen lassen
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Trockenmischung hinzufügen und auf 80 - 85 °C erhitzen, 5 Minuten lang halten In Formen giessen und bei 6 - 8°C abkühlen lassen
Durch das erfindungsgemässe Erbsenprotein konnte der bittere Geschmack des de naturierten Erbsenglobulins neutralisiert und der Proteingehalt angehoben werden.
Beispiel 9 - Ready-to-Shake Protein Drink
Trockene Zutaten mischen
30 g Pulver mit 300 ml Mandeldrink (2,3% Mandeln mit Emulgator) oder Haferdrink (8,7% Hafer ohne Emulgator) der Fa ALPRO mischen 30 Sekunden schütteln
Aufgrund der hohen Produktlöslichkeit, Emulgierfähigkeit und niedrigen Viskosität wurde mit dem erfindungsgemässen Erbsenprotein ein Ready-to-shake Protein Drink hergestellt mit einem sehr glatten Mundgefühl und schaumiger Struktur im Vergleich zum nur mit denaturierten Erbsenglobulin hergestelltem Getränk.
Beispiel 10 - Clean Label Salad Cream 50% Oil
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Protein und Stärke mischen
Essig und Senf mischen
Wasser mit Zucker und Salz mischen
Protein-Stärke-Mischung in der doppelten Menge Öl dispergieren, 1 min, 3000 U/min
Restliches Öl langsam zugeben und dispergieren, 3000 U/min - Alle weiteren Komponenten zugeben Emulgieren, 3000 U/min, 1 bis 2 Minuten
Es entstand eine viskose Sauce mit einer sehr feinen Fetttröpfchenverteilung und ho her Stabilität der so hergestellten Emulsion.
Beispiel 11 - Eischnee-Ersatz in veganer Meringue
Es wurde bei einer geringen Eiweiss-Einsatzmenge eine starke, aber sehr feine Schäumung und ein hoher Glanz beim Backwerk erzielt. Dazu wurde eine 1,5 %ige Lösung aus dem erfindungsgemässen niedermolekularen Pflanzenprotein, wie in Bei spiel 2 beschrieben, hergestellt. 39,9 % der so hergestellten Proteinlösung - das entspricht 0,6 % Pflanzenprotein - wurden mit 59,9 % Zucker und 0,20 % Xanthan aufgeschlagen. Es entstand ein Eischnee-artiger Schaum, der im Ofen 1 Stunde bei 100°C oder 4 Stunden bei 80°C - zu luftigen veganen Meringues gebacken werden konnte.
Beispiel 12 - Vegane Marshmallows
Seit Jahrzehnten wird tierisches Eiweiss zur Herstellung von Marshmallows eingesetzt. Durch die starke Schäumung des erfindungsgemässen Erbsenproteins können vegane Marshmallows hergestellt werden. Dazu werden 2 g des erfindungsgemässen niedermolekularen Pflanzenproteins des Beispiels 2 in 3 g Wasser gelöst und 30 Minuten bei 50°C stehen gelassen. Aus 43,5 g Zucker, 42 g Glukosesirup (D.E. 40 - 44), 2,5 g 75% Erbsenstärke E1440 und 25% Waxykartoffelstärke E1442, 7 g Wasser wurde eine Suspension hergestellt. Diese
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Suspension wurde bis zu einem Trockensubstanzgehalt von 88 % eingekocht. Nach dem Kochen wurde das erfindungsgemäße Erbsenprotein nach Beispiel 2 unter Rüh ren zugegeben. Diese Mischung wurde anschliessend aufgeschlagen und extrudiert.
Statt Mischen der Proteinlösung und der gekochten Suspension können beide Lösun gen in einen Mischkopf einer Ziehmaschine vereinigt und nachfolgend darin belüf tet/aufgeschlagen werden.
Die Marshmallows hatten eine elastische Textur und ließen sich wie herkömmliche, mit tieri schen Eiern und Gelatine, hergestellte Schaumprodukte kauen.
Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben ist, sollen diese Ausführungsbeispiele keineswegs alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen sind die in der Beschreibung verwandten Wörter beschreibender, und nicht einschränkender Natur und selbstverständlich sind dem Fachmann geläufige äquivalente Abwandlungen umfasst, ohne vom Sinn und Umfang der Erfindung abzuweichen. Ferner können die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung zu bilden.
Claims
1. Niedermolekulares wasserlösliches Pflanzenprotein mit einem Molekulargewicht (nach SDS-Page Primärstruktur) <75kDa und >5 kDa, bevorzugt <70 kDa und >7 kDa und besonders bevorzugt <68 kDa und >10 kDa, hergestellt aus proteinhaltigen Pflanzenteilen, gekennzeichnet durch: a) Proteingehalt 60 - 95 Gew. % b) Feuchtegehalt 4-8 % c) Schaumvolumen 1700-3100 ml d) Schaumstabilität 80-100 % e) Produktlöslichkeit 100% (pH 7 - pH 9),
2. Verfahren zur Herstellung eines Proteins nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine niedermolekulare Erbsenproteinfraktion ist, erhältlich durch: a) Herstellen eines Erbsenbreis aus Erbsen und Wasser, mechanisches Auftrennen des Erbsenbreis in unlösliche Stärke und Fasern und eine wässrige Lösung mit wasserlöslichen Proteinen, Peptiden, Zucker, Salze, und Aminosäuren (Erbsenfruchtwasser); b) Hitzekoagulation des Erbsenfruchtwassers bei 64 - 70°C und anschließende mechanische Abtrennung der koagulierten denaturierten Erbsenproteine mit einem Molekulargewicht >75 kDa; c) Phytatreduktion durch Ausfällen von Phytatverbindungen, Adsorption an Phytatadsorbern oder enzymatischen Abbau; d) Zentrifugation oder Filtration zur Abtrennung der gefällten Phytate unter Gewinnung einer phytatreduzierten wasserlöslichen niedermolekularen Eiweissfraktion; e) Ggf. Nanofiltration des Zentrifugenüberstandes mit einer Membran eines cut-off von 150 - 300 Da, bevorzugt etwa 180 - 220 Da unter Gewinnung eines proteinreichen Nanofiltrationsretentats und eines salzhaltigen Permeats; f) Ultrafiltration des Nanofiltrationsretentats mit Kunststoff- Ultrafiltrationsmembranen mit einem cut-off von 5 - 50 kDa bevorzugt 5 - 30 kDa und besonders bevorzugt von 10 kDa bzw. einer Porengrösse von 0,09 - 0,14 micrometer bei einer Keramikmembran, unter Herstellung eines proteinreicheren Ultrafiltrationsretentats; g) Diafiltration des Ultrafiltrationsretentats mit Wasser;
24 h) ggf. Pasteurisierung des Ultrafiltrationsretentats und i) ggf. Trocknung des Ultrafiltrationsretentats Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultrafiltrations- retentat per Diafiltration mit Leitungswasser, Betriebs- oder Prozesswasser oder entionisiertem Wasser bis zur Reduktion der Leitfähigkeit der Retentatlösung um 20 - 80%, bevorzugt 50 - 75% und besonders bevorzugt um 60 - 73% gewaschen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass es zwischen 65 und 100°C über eine Haltezeit zwischen 1 - 10 min pasteurisiert wird. Protein nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stärkehaltigen Pflanzenteile ausgewählt sind aus Wurzel- und Knollenpflanzen; Leguminosensamen, ausgewählt aus Bohnen, Erbsen, Kichererbsen, Linsen, Soja; Baumfrüchten; Stauden und Staudenfrüch ten; Süßgräsern und deren Früchten sowie Algen. Protein nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Bestandteil eines Lebensmittels oder -Zusatzes, ein diätisches Nahrungsmittel oder Nahrungsmittelzusatz für menschlichen oder tierischen Genuss ist.
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