WO2023111029A1 - An aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte citrusfaser - Google Patents

An aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte citrusfaser Download PDF

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WO2023111029A1
WO2023111029A1 PCT/EP2022/085874 EP2022085874W WO2023111029A1 WO 2023111029 A1 WO2023111029 A1 WO 2023111029A1 EP 2022085874 W EP2022085874 W EP 2022085874W WO 2023111029 A1 WO2023111029 A1 WO 2023111029A1
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citrus
weight
depleted
carried out
product
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PCT/EP2022/085874
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard F. Fox
Matthias Roth
Original Assignee
Herbstreith & Fox Gmbh & Co. Kg Pektin-Fabriken
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Herbstreith & Fox Gmbh & Co. Kg Pektin-Fabriken filed Critical Herbstreith & Fox Gmbh & Co. Kg Pektin-Fabriken
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L33/00—Modifying nutritive qualities of foods; Dietetic products; Preparation or treatment thereof
    • A23L33/20—Reducing nutritive value; Dietetic products with reduced nutritive value
    • A23L33/21—Addition of substantially indigestible substances, e.g. dietary fibres
    • A23L33/22—Comminuted fibrous parts of plants, e.g. bagasse or pulp
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L19/00—Products from fruits or vegetables; Preparation or treatment thereof
    • A23L19/03—Products from fruits or vegetables; Preparation or treatment thereof consisting of whole pieces or fragments without mashing the original pieces
    • A23L19/07—Fruit waste products, e.g. from citrus peel or seeds

Definitions

  • the present invention relates to a flavor-depleted, functionalized citrus fiber and a process for its production.
  • the invention also relates to the use of the flavor-depleted, functionalized citrus fiber as a thickening or structuring agent in various industrial products.
  • the invention relates to a mixture of flavoring-depleted, functionalized citrus fiber with an isolated pectin.
  • the invention relates to a food product, feed product, dietary supplement, beverage, cosmetic product, pharmaceutical product, detergent product, cleaning product or medical product that has been produced using the aforementioned functionalized citrus fiber depleted in flavorings.
  • Dietary fibers are largely indigestible food components, mostly carbohydrates, which are mainly found in plant foods.
  • dietary fiber is divided into water-soluble dietary fiber such as pectin and water-insoluble dietary fiber such as cellulose. Fiber is considered an important part of human nutrition.
  • the consumption of dietary fiber is considered to be good for your health.
  • the water-soluble fiber in the diet increases the volume of the food without significantly increasing the energy content. If they are not sufficiently swollen before ingestion, they absorb more water in the stomach. The resulting increase in volume leads to an increase in the feeling of satiety.
  • dietary fibers extend the retention time of the chyme in the intestine or stomach. Water-soluble dietary fibers such as pectin bind bile acids from the cholesterol metabolism in the intestine and thus lead to a reduction in cholesterol levels.
  • Citrus fibers By using citrus fibers, the functional properties of food products can be optimized and adjusted in a targeted manner, for example with regard to viscosity, emulsion formation, gel formation, dimensional stability or texture. Citrus fibers can thus replace other additives in food that are not well accepted or are even harmful to health and, as substances that are not E-classified, lead to simpler product labeling and thus to increased product acceptance.
  • citrus fibers are usually obtained, which have a limited range of applications. This is because they either have a relatively high content of primary and, if appropriate, secondary flavoring substances--and thus usually a relatively intense intrinsic flavor--or unsatisfactory functional properties.
  • Flavorings or aromatic-active substances are the volatile organic compounds (VOCs) which can be perceived via the nose or the palate by means of olfactory receptors and which, individually or in a mixture, give foods in particular a desired smell or taste.
  • VOCs volatile organic compounds
  • primary flavorings e.g. B. occur in fruits in the intact cell
  • secondary flavorings which are formed from - mostly non-volatile - precursors by enzymatic, oxidative or thermal reactions.
  • Flavoring substances which give foods the tastes sweet, sour, salty or bitter, are not classified as aromatic substances.
  • a large number of aromas are due to volatile aroma-active substances belonging to the class of aromatics, e.g. B. furans and alkylpyrazines, carboxylic acids, esters, terpenes, aldehydes or ketones.
  • citrus fibers which have a lower content of aromatic substances and therefore do not entail the aforementioned disadvantages or only to a lesser extent are usually produced using solvents which impair or worsen the functional properties of the fibers.
  • the solvents are, in particular, alkalis.
  • the object of the present invention is to improve the prior art or to offer an alternative to it.
  • the task at hand is a method for producing a functionalized citrus fiber that is depleted in aroma substances, the method comprising the following steps:
  • step (b) Digestion of the raw material, which comprises i. an incubation of an aqueous suspension of the raw material at an acidic pH or ii. an enzymatic treatment of an aqueous suspension of the raw material and/or iii. introducing mechanical energy into an aqueous suspension of the raw material; (c) separating the digested and flavor-depleted material of step (b) in one or more stages from the aqueous liquid containing a first flavoring fraction;
  • step (d) extracting a second fraction of aromatic substances by contacting the material separated in step (c) with an aqueous-based extraction medium at a temperature of from 30°C to 90°C;
  • step (e) separating the flavor-depleted material of step (d) from the water-based extraction medium
  • step (f) extracting a third aromatic fraction by contacting the material separated in step (e) with an alcohol-based extraction medium;
  • step (g) separating the flavor-depleted material of step (f) from the alcohol-based extraction medium
  • step (h) drying the material separated in step (g) to obtain the flavor-depleted, functionalized citrus fiber, wherein steps (d) and (e) are optionally carried out and the separation in step (g) is carried out such that the separated Material depleted in flavorings has a dry matter content of >30% by weight, preferably >35% by weight, particularly preferably >40% by weight and particularly preferably >45% by weight.
  • the production process according to the invention leads to citrus fibers with a large inner surface, which also increases the water-binding capacity and is associated with good viscosity formation.
  • These fibers represent functionalized fibers which, thanks to the production process according to the invention, have satisfactory strength.
  • the user may need to apply additional shearing forces.
  • the functionalized citrus fibers produced using the method according to the invention have good rheological properties, which can be characterized, for example, on the basis of the water-binding capacity.
  • the fibers of the invention can be easily rehydrated and the advantageous rheological properties are retained even after rehydration.
  • the production process according to the invention leads to citrus fibers which - as a result of the depletion of aroma-active substances or flavorings - are largely tasteless and odorless and are therefore advantageous for use in the food sector.
  • the aroma of the other ingredients is not masked and can therefore develop optimally.
  • citrus fibers obtainable by means of the method described here not only have a very small proportion of aroma-active substances--in comparison to previously known citrus fibers--and therefore an essentially neutral inherent aroma. They also advantageously have functional properties that can be varied within a relatively wide range of values and can therefore be adapted for a large number of applications. Consequently, with the method claimed here, citrus fibers can be produced which have a wide range of applications.
  • the citrus fibers according to the invention are obtained from citrus fruits and are therefore natural ingredients with known positive properties.
  • Vegetable processing residues such as citrus pomace or citrus pulp can be used as raw material in the production process according to the invention. These processing residues are inexpensive, plentiful, and provide a sustainable and ecologically viable source of the citrus fibers of the present invention.
  • Citrus fibers are established and accepted in the food industry, so that corresponding compositions can be used immediately and internationally without lengthy approval processes.
  • Citrus fruits and preferably processing residues of citrus fruits can be used as raw material.
  • citrus peel—and here preferably citrus albedo and/or citrus flavedo—, citrus vesicles, segmental membranes, ie citrus membranes, or a combination thereof can be used as raw material for use in the method according to the invention.
  • Citrus pomace is preferably used as the raw material, i.e. the pressing residues of citrus fruits, which typically also contain the pulp in addition to the peel, or citrus pulp, i.e. the residues of the juice-producing industry, which contain the pectin and cellulose material of the inner, juice-containing part of the respective citrus fruit contain.
  • step (a) of the method described here becomes special preferably a raw material is provided in which essential oils contained in the citrus flavedo have been at least partially removed under the action of mechanical energy, advantageously by means of a puncture of the citrus flavedo, in particular of glands containing essential oils arranged in the citrus flavedo, or by removal of the glands containing essential oils.
  • the provision of the raw material in step (a) can include the removal of the essential oils contained in the citrus flavedo.
  • a puncture of the citrus flavedo in particular of glands which are arranged in the citrus flavedo and contain essential oils, can be provided, or the glands containing essential oils can be removed.
  • the essential oil is preferably fed to a water bath, from which it is optionally extracted for further use.
  • citrus fruits known to the person skilled in the art can be used here as citrus fruits.
  • Non-limiting examples are: Tangerine (Citrus reticulata), Clementine (Citrus x aurantium Clementine group, syn.: Citrus Clementina), Satsuma (Citrus x aurantium Satsuma group, syn.: Citrus unshiu), Mangshan (Citrus mangshanensis), orange (Citrus x aurantium orange group, syn.: Citrus sinensis), bitter orange (Citrus x aurantium bitter orange group), bergamot (Citrus x limon bergamot group, syn.: Citrus bergamia), grapefruit (Citrus maxima) , grapefruit (Citrus ⁇ aurantium grapefruit group, syn.: Citrus paradisi) pomelo (Citrus x aurantium pomelo group), lime (Citrus x aurantiifolia), common lime (Citrus x aurantiifolia
  • the pulping of the raw material in step (b) of the process consists of
  • chemical digestion is provided by incubating an aqueous suspension of the raw material at an acidic pH.
  • the chemical digestion in step (b) of the process serves to remove pectin by converting the protopectin into soluble pectin and at the same time activating the fiber by increasing the inner surface. Furthermore, the raw material is thermally crushed by the digestion. In other words: the acidic incubation in an aqueous environment under the influence of heat causes the pectin to dissolve out and consequently the cell structure to dissolve. The raw material breaks down into citrus fibers. This achieves thermal comminution, meaning that a mechanical comminution step is not absolutely necessary as part of the manufacturing process.
  • a suspension is a heterogeneous mixture of substances consisting of a liquid and solids (particles of raw material) finely distributed therein.
  • an aqueous liquid is used as the liquid to obtain the aqueous suspension.
  • An aqueous liquid is defined according to the invention as a liquid which consists of more than 50% by volume, preferably more than 60, 70, 80 or even 90% by volume of water.
  • the aqueous solution contains no organic solvent and in particular no alcohol.
  • the aqueous liquid can be, for example, deionized water, tap water or an aqueous salt solution with an ionic strength of I ⁇ 0.2 mol/1.
  • the particles are suitably kept in suspension by shaking and/or stirring. So it lies There is no dispersion in which the particles are comminuted by mechanical action (shearing) in such a way that they are finely dispersed.
  • an acid or acidic buffer solution known to him.
  • an organic acid such as citric acid can be used.
  • a mineral acid can also be used.
  • examples which may be mentioned are: sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid or sulphurous acid.
  • Nitric acid is preferably used.
  • the incubation takes place at a temperature between 60°C and 95°C, preferably between 70°C and 90°C and particularly preferably between 75°C and 85°C.
  • the chemical digestion can be carried out, for example, at a temperature of 70°C, 71°C, 72°C, 73°C, 74°C, 75°C, 76°C, 77°C, 78°C, 79°C, 80 °C, 81 °C, 82 °C, 83 °C, 84 °C, 85 °C, 86 °C, 87 °C, 88 °C, 89 °C or 90 °C.
  • the incubation takes place over a period of between 60 minutes and 8 hours and preferably between 2 hours and 6 hours.
  • the aqueous suspension suitably has a dry matter content of between 0.5% by weight and 5% by weight, preferably of between 1% by weight and 4% by weight, and particularly preferably of between 1.5% by weight and 3% by weight.
  • the aqueous suspension is stirred and/or shaken during the chemical digestion. This is preferably done in a continuous manner to keep the particles in suspension in suspension.
  • a biochemical breakdown can be provided in step (b) of the method, namely by an enzymatic treatment of an aqueous suspension of the raw material.
  • the biochemical digestion in step (b) of the process also serves to remove pectin by converting the protopectin into soluble pectin and at the same time activating the fiber by enlarging the inner surface.
  • the raw material is also comminuted by the digestion, but in a milder way, because the enzymatic treatment preferably takes place without the supply of thermal energy, in particular at room temperature.
  • the enzymatic treatment in the aqueous environment causes the pectin to be dissolved out and consequently the cell structure to dissolve.
  • the raw material breaks down into citrus fibers. In particular, this achieves enzymatic comminution, so that a mechanical comminution step is not absolutely necessary as part of the production process.
  • biochemical digestion without the presence of organic solvents also causes a significant extraction of low-molecular organic aromatic substances such as aldehydes, esters, carboxylic acids and terpenes.
  • the raw material is also in the form of an aqueous suspension.
  • aqueous suspension A definition of the term aqueous suspension is given above. Since the suspension tends towards sedimentation and phase separation, the particles are suitably kept in suspension by shaking and/or stirring. Here, too, there is no dispersion in which the particles are comminuted by mechanical action (shearing) in such a way that they are finely dispersed.
  • the biochemical digestion in step (b) is advantageously carried out with one or more of the following enzymes: pectinases (EC 3.2.1.15, EC 4.2.2.10), cellulases (EC 3.2.1.4, EC 3.2.1.74, EC 3.2.1.91) or hemicellulases , whereby hemicellulases are understood as meaning enzymes which catalyze a biochemical degradation of hemicellulose.
  • pectinases EC 3.2.1.15, EC 4.2.2.10
  • cellulases EC 3.2.1.4, EC 3.2.1.74, EC 3.2.1.91
  • hemicellulases are understood as meaning enzymes which catalyze a biochemical degradation of hemicellulose.
  • hemicellulases are endo-1,4-beta-xylanase (EC 3.2.1.8), endo-1,4-mannanase (EC 3.2.1.78), endo-1,3-beta-glucanase (EC 3.2.1.39) , Exo-1,4-beta-xylosidase (EC 3.2.1.37), Exo-1,3-beta-glucanase (EC 3.2.1.58) and Exo-1,4-beta-mannobiohydrolase (EC 3.2.1.100).
  • a mechanical breakdown can be provided, namely by introducing mechanical energy into an aqueous suspension of the raw material.
  • a definition of the term aqueous suspension is given above.
  • step (b) The introduction of mechanical energy into the aqueous suspension of the raw material in step (b) is advantageously carried out using a method selected from the group consisting of high-performance shearing, pressure homogenization, colloid milling, extrusion, ultrasonic treatment, microfluidizer, toothed ring disperser and combinations thereof.
  • the raw material is initially present as an aqueous suspension, in particular of the swollen raw material.
  • mechanical energy preferably without supplying thermal energy, in particular at room temperature
  • the swollen raw material particles are comminuted in such a way that they are finely dispersed. A dispersion is thus produced.
  • Mechanical comminution alone or in combination with chemical or biochemical digestion can advantageously also release and separate encapsulated flavoring substances from the raw material. If only mechanical digestion is carried out in step (b) of the claimed process, fibers with adequate rheological properties are also obtained as a result of the associated mechanical comminution step.
  • step (b) there is a chemical breakdown by means of an acid hydrolysis described above and a mechanical breakdown or a biochemical breakdown and a mechanical breakdown, then the sequence of the breakdowns provided in each case can be freely selected.
  • a chemical breakdown in the form of an acid hydrolysis or a biochemical breakdown is advantageously carried out in a first step and a mechanical breakdown in a second step. In particular, a further comminution step is carried out by the latter.
  • the mechanical comminution of the fiber material also releases encapsulated flavoring substances, which are thus accessible for extraction.
  • step (c) of the process the digested and flavor-depleted material from step (b) is separated from the aqueous liquid containing a first fraction of hydrophilic, i. H. water-soluble, containing flavorings, separated and thus recovered.
  • This separation takes place as a single-stage or multi-stage separation.
  • the first fraction of flavorings already contains a large number of flavorings, for example from the classes of aldehydes, carboxylic acids, esters and terpenes. It is above all the carboxylic acids that can be separated particularly efficiently in this first extraction step, since the carboxylates present in the starting material, which are difficult to extract, are profaned by the chemical digestion in step (b) and only then can they be extracted from the material by washing. Alternatively, the carboxylates are also profaned in the strongly acidic pH range by adjusting the pH value to end the biochemical digestion, and are thus converted to extractable carboxylic acids.
  • step (c) is advantageously carried out using a decanter, a separator and/or a belt press, preferably using a decanter and/or separator.
  • the broken down material is advantageously subjected to a multi-stage separation.
  • both stages require a separation of afford larger particles, with finer particles being separated in the second stage compared to the first stage in order to achieve the most complete possible separation of the particles from the aqueous liquid.
  • the use of a belt press can also be provided.
  • step (d) After the chemical (especially acidic) or biochemical digestion, optionally in combination with a mechanical digestion, in step (b) and the separation of the digested material, an optional step (d) can be provided, in which the material separated in step (c). is contacted with a water-based extraction medium at a temperature of 30°C to 90°C. This step extracts a second fraction of hydrophilic, i. H. water-soluble flavorings.
  • water-soluble substances, such as sugar remaining in the material separated off in step (c) can be removed. It is precisely the removal of sugar that contributes to the fact that the citrus fiber is less adhesive and is therefore easier to process and use.
  • the “water-based extraction medium” is understood as meaning an aqueous liquid which consists of more than 50% by volume, preferably more than 60, 70, 80 or even 90% by volume, of water.
  • the aqueous solution contains no organic solvent and in particular no alcohol.
  • the water-based extraction medium can be, for example, deionized water, tap water or an aqueous salt solution with an ionic strength of I ⁇ 0.2 mol/1.
  • aqueous extraction mixture The mixture of this water-based extraction medium and the material separated in the previous step is called “aqueous extraction mixture”.
  • the water-based extraction medium advantageously has a pH of 1 to 7, preferably 2 to 6 and particularly preferably 3 to 5.
  • the extraction of the second fraction of aromatic substances according to step (d) is advantageously carried out at a temperature between 30°C and 90°C, preferably between 40°C and 80°C and particularly preferably between 50°C and 70°C.
  • the contacting with the water-based extraction medium is advantageously carried out over a period of between 10 minutes and 2 hours, preferably between 30 minutes and 1 hour.
  • the dry matter in the aqueous extraction mixture consisting of the water-based extraction medium and the material separated off in step (c) is advantageously between 0.1% by weight and 5% by weight, preferably between 0.5% by weight. % and 3% by weight and more preferably between 1% and 2% by weight.
  • step (d) is carried out with mechanical agitation of the aqueous extraction mixture. This is more conveniently done by stirring and/or shaking the aqueous extraction mixture.
  • step (d) By means of the extraction according to step (d), a further depletion of hydrophilic, i.e. H. water-soluble, flavoring substances in the raw material.
  • coarse particles or particles that have not been broken down are removed from the extraction mixture consisting of the water-based extraction medium and the separated material by wet sieving.
  • the acidic or biochemical digestion of the raw material in aqueous suspension and/or the introduction of mechanical energy into the aqueous raw material suspension followed by bringing the suspension into contact with a water-based extraction medium already results in a significant extraction of low-molecular organic aromatic substances such as aldehydes, esters , carboxylic acids and terpenes even without the presence of organic solvents.
  • step (e) follows, in which the material from step (d) further depleted in aromatic substances is separated from the water-based extraction medium.
  • This separation is advantageously carried out using a decanter, a belt press and/or a separator, preferably using a decanter and/or separator.
  • the extraction according to step (d) with subsequent separation according to step (e) is carried out several times.
  • a further extraction step then takes place in step (f), but using an alcohol-based extraction medium.
  • a third fraction of flavorings is extracted, which contains flavorings that are less hydrophilic or more hydrophobic than the flavorings contained in the first and second fractions.
  • the flavorings contained in the first and second fractions are referred to as hydrophilic
  • the flavorings contained in the third fraction are referred to as hydrophobic.
  • the mixture of the alcohol-based extraction medium and the material separated in the previous step is called “alcoholic extraction mixture”.
  • the alcohol-based extraction medium is advantageously an alcohol which can be selected from the group consisting of methanol, ethanol and isopropanol.
  • the alcohol-based extraction medium advantageously has an alcohol content of between 50 and 95% by volume, preferably between 55 and 80% by volume, and particularly preferably between 60 and 70% by volume.
  • the proportion of alcohol in the alcohol-based extraction medium can be, for example, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91 or 93% by volume.
  • the extraction step is advantageously carried out at a temperature between 40°C and 75°C, preferably between 50°C and 70°C and more preferably between 60°C and 65°C.
  • the contacting with the alcohol-based extraction medium is advantageously carried out over a period of between 60 minutes and 10 hours and preferably between 2 hours and 8 hours.
  • the dry matter in the alcoholic extraction mixture consisting of the alcohol-based extraction medium and the material separated in the previous step is advantageously between 0.5% by weight and 15% by weight, preferably between 1.0% by weight and 10 % by weight, and particularly preferably between 1.5% by weight and 5.0% by weight.
  • the extraction with the alcohol-based extraction medium can be carried out with mechanical agitation, in particular stirring and/or shaking, of the alcoholic extraction mixture, advantageously in a container with an agitator.
  • an embodiment variant of the method provides that the method is carried out discontinuously or continuously.
  • the alcohol-based extraction medium after it has been separated from the material depleted in aromatic substances, is treated with a purification medium, in particular activated carbon, which adsorbs aromatic substances.
  • the alcohol-based extraction medium is advantageously stirred and/or shaken in a first step in the presence of activated carbon and isolated in a second step by decanting, centrifuging or filtering.
  • a rectification can be provided.
  • step (b) comprises or consists of acid hydrolysis - partial neutralization takes place during and/or after the extraction with the alcohol-based extraction medium by adding at least one sodium or potassium salt, preferably NaOH or KOH .
  • the material can also be decolorized.
  • This decolorization can be done by adding one or more oxidizing agents.
  • the oxidizing agents chlorine dioxide and hydrogen peroxide, which can be used alone or in combination, should be mentioned here as examples.
  • Each extraction step with the alcohol-based extraction medium comprises contacting the flavorings-depleted material with the alcohol-based extraction medium for a specified period of time, followed by separating the hydrophilic and hydrophobic flavorings-depleted material from the alcohol-based extraction medium according to step (g), the separation thus taking place that the separated material depleted in aromatic substances has a dry substance content of >30% by weight, preferably >35% by weight, particularly preferably >40% by weight and particularly preferably >45% by weight.
  • the separation step (g) also includes a desolventization step resulting in a material having a high dry matter content and correspondingly low extraction medium content.
  • step (g) by the separation methods used is based on a physical separation of solid and solvent (such as squeezing, squeezing, decanting or centrifuging) in This is in contrast to chemical desolventization, such as that achieved by distilling off the extraction medium.
  • a chemical desolventization of this type has the disadvantage that the flavoring substances present in the extraction medium remain in the solid material and the flavoring substances are therefore not reduced.
  • the aforementioned separation is carried out using a screw press, a decanter, a belt press and/or a separator, preferably using a screw press.
  • the extraction according to step (f) with subsequent separation according to step (g) is carried out several times, in particular twice or three times, the separation being carried out at least in the last of the several extraction steps in such a way that the separated in the last step to Aromatic-depleted material has a dry matter content of> 30% by weight, preferably> 35% by weight, more preferably> 40% by weight and particularly preferably> 45% by weight.
  • step (f) If the extraction according to step (f) is carried out twice, with each subsequent separation according to step (g), the separation can therefore be carried out to obtain a dry substance content of >30% by weight, in the first and second separation or only in the second separation, It is preferred that the separation to obtain a dry matter content of >30% by weight only takes place in the second, ie the last, separation step according to step (g).
  • the separation can be carried out to obtain a dry matter content of >30% by weight, in the first, the second and the third separation, or in the second and third separation, or only during the third separation, it being preferred that the separation to obtain a dry matter content of >30% by weight only takes place in the third, ie the last separation step according to step (g).
  • the extraction with the alcohol-based extraction medium takes place in a countercurrent process. This is particularly advantageous in the case of a multi-stage extraction using the alcohol-based extraction medium.
  • the separation of the material depleted in hydrophilic and hydrophobic aromatic substances takes place continuously during the extraction process when using the countercurrent process.
  • the separation step (g) can be an integral part of the extraction step (f), but it can also be carried out in a conventional manner as a subsequent separation step. This simplifies the process, speeds it up and makes it less error-prone.
  • the final concentration of the alcohol in the alcoholic extraction mixture increases with each extraction step.
  • This incrementally increasing proportion of alcohol reduces the proportion of water in the fiber material in a controlled manner, so that the rheological properties of the fibers are retained in the subsequent steps for solvent removal and drying and the functionalized fiber structure does not collapse.
  • a further variant of the method provides that the final concentration of the alcohol in the first extraction step is between 50% by volume and 95% by volume, preferably between 60% by volume and 70% by volume, and in the second extraction step between 60% by volume % and 95% by volume, preferably between 70% by volume and 85% by volume, and in an optional third extraction step between 70% by volume and 95% by volume, preferably between 80% by volume and 90% by volume.
  • step (h) An additional step can be provided before drying in step (h), by means of which the alcohol is partially or completely removed by bringing the material depleted in hydrophilic and hydrophobic aromatic substances into contact with steam.
  • a stripper is preferably used for this purpose, in which the material depleted in aromatic substances is brought into contact with steam as the stripping gas in countercurrent. This further step can also be included in step (g) or step (h).
  • step (h) the drying of the material separated in step (g) and depleted in hydrophilic and hydrophobic flavoring substances takes place and then thereafter optionally stripped material, the drying comprising drying under atmospheric pressure or by means of vacuum drying.
  • drying processes using normal pressure are fluidized bed drying, moving bed drying, belt dryers, drum dryers or paddle dryers.
  • Fluid bed drying is particularly preferred here. This has the advantage that the product is dried loosely, which simplifies the subsequent grinding step.
  • this type of drying avoids damage to the product due to local overheating thanks to the easily adjustable heat input.
  • the drying according to step (h) comprises vacuum drying and preferably consists of vacuum drying.
  • vacuum drying the material that has been separated and depleted in hydrophilic and hydrophobic aromatic substances and subsequently any stripped material is exposed to a vacuum as drying material, which reduces the boiling point and thus leads to evaporation of the water and any alcohol that may still be present, even at low temperatures.
  • the heat of vaporization continuously withdrawn from the material to be dried is suitably fed from the outside until the temperature is constant.
  • Vacuum drying has the effect of lowering the equilibrium vapor pressure, which favors capillary transport. This has proven to be particularly advantageous for the present citrus fiber material, since the activated, open fiber structures and thus the rheological properties resulting therefrom are retained.
  • the vacuum drying preferably takes place at a reduced pressure of less than 400 mbar, preferably less than 300 mbar, further preferably less than 250 mbar and particularly preferably less than 200 mbar.
  • the method additionally comprises a comminuting, grinding and/or screening step.
  • a comminuting, grinding and/or screening step This is advantageously designed in such a way that as a result at least 90% by weight of the particles have a particle size of less than 250 ⁇ m, preferably a particle size of less than 200 ⁇ m and in particular a particle size of less than 150 ⁇ m. With this particle size, the fiber is easy to disperse and shows an optimal swelling capacity.
  • the invention provides a flavor-depleted, functionalized citrus fiber obtainable by or obtained by the manufacturing process described herein.
  • the invention provides a flavor-depleted, functionalized citrus fiber that has a total flavor-active aldehyde content of less than 500 pg/kg toluene equivalents, advantageously less than 100 pg/kg toluene equivalents, preferably less than 50 pg/kg toluene equivalents, more preferably less than 10 pg/kg toluene equivalents.
  • this citrus fiber is obtainable or obtained by the process described herein.
  • the invention provides a flavor-depleted, functionalized citrus fiber that has a total flavor-active carboxylic acid content of less than 500 pg/kg toluene equivalents, advantageously less than 100 pg/kg toluene equivalents, preferably less than 50 pg/kg toluene equivalents, more preferably less than 10 pg/kg toluene equivalents.
  • this citrus fiber is obtainable or obtained by the process described herein.
  • the invention provides a flavor-depleted, functionalized citrus fiber having a total flavor-active terpene content of less than 1000 pg/kg toluene equivalents, advantageously less than 100 pg/kg toluene equivalents, preferably less than 10 pg/kg toluene equivalents, more preferably less than 1 pg/kg toluene equivalents.
  • this citrus fiber is obtainable or obtained by the process described herein.
  • the invention provides a flavoring-depleted, functionalized citrus fiber that has a water-binding capacity of more than 5 g/g, preferably more than 10 g/g, particularly preferably more than 15 g/g and particularly preferably more than 20 g/g.
  • the water binding capacity can be, for example, more than 5 g/g, 6 g/g, 7 g/g, 8 g/g, 9 g/g, 10 g/g, 11 g/g, 12 g/g, 13 g/g , 14g/g, 15g/g, 16g/g, 17g/g, 18g/g, 19g/g, 20g/g, 21g/g, 22g/g, 23g/g , 24 g/g or 25 g/g,
  • a flavor-depleted, functionalized citrus fiber which has a total content of flavor-active esters of less than 500 pg/kg toluene equivalents, advantageously less than 100 pg/kg toluene equivalents, preferably less than 50 pg/kg toluene equivalents, more preferably less than 10 pg/kg toluene equivalents.
  • this citrus fiber is obtainable or obtained by the process described herein.
  • the features of the aspects three to six described above can optionally also be in any be combined permutation.
  • the citrus fiber claimed here can have all the features of the described aspects three to six, with this citrus fiber preferably being obtainable by the method claimed here or being obtained thereby.
  • the flavor-depleted, functionalized citrus fiber has a dietary fiber content of from 80% to 95% by weight.
  • the invention relates to the use of a flavoring-depleted, functionalized citrus fiber according to one of the embodiments described above as a thickening agent or structuring agent in a food product, a feed product, a beverage, a dietary supplement, a cosmetic product, a pharmaceutical product, a detergent product , a detergent product or a medical device.
  • the invention relates to a mixture comprising a flavor-depleted, functionalized citrus fiber according to one of the embodiments described above and an isolated pectin, which is preferably a low ester pectin, a high ester pectin or a low ester amidated pectin, or a mixture from here, is.
  • the invention relates to a food product, feed product, dietary supplement, beverage, cosmetic product, pharmaceutical product, detergent product, cleaning product or medical product that has been produced using a functionalized citrus fiber depleted in flavorings according to one of the embodiments described above.
  • a citrus fiber according to the application is a mainly fibrous component isolated from a nonlignified plant cell wall of a citrus fruit and consists mainly of cellulose.
  • the term fiber is somewhat misnomer because citrus fibers do not appear macroscopically as fibers, but rather represent a powdered product.
  • Other components of citrus fiber include hemicellulose and pectin.
  • a pectin according to the application is defined as a vegetable polysaccharide which, as a polyuronide, essentially consists of ⁇ -1,4-glycosidically linked D-galacturonic acid units.
  • the galacturonic acid units are partially esterified with methanol.
  • the degree of esterification describes the proportion of carboxyl groups in the galacturonic acid units of the pectin which are present in esterified form, eg as methyl ester.
  • a highly esterified pectin is a pectin which has a degree of esterification of at least 50%.
  • a low ester pectin on the other hand, has a degree of esterification of less than 50%.
  • the degree of esterification describes the percentage of the carboxyl groups in the galacturonic acid units of the pectin which are present in the esterified form, e.g. as methyl ester.
  • the degree of esterification can be determined using the method according to JECFA (Monograph 19-2016, Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives).
  • aroma substances or aroma-active substances are defined from a sensory point of view as those volatile organic compounds which, individually or in a mixture, give foods in particular a desired smell or taste, ie are aroma-relevant. Includes both primary flavorings z. B. in fruits in the intact cell, as well as secondary flavorings, which are formed from - mostly non-volatile - precursors by enzymatic, oxidative or thermal reactions. Aromatics do not include flavorings that give food its sweet, sour, salty or bitter taste. A large number of aromas are due to volatile aroma-active substances belonging to the class of aromatics, e.g. B. furans and alkylpyrazines, carboxylic acids, esters, terpenes, aldehydes or ketones.
  • flavorings or “flavoring-active substances” are defined in chemical terms as volatile organic compounds that can be detected by needle trap GC/MS and belong to the classes of aromatics, e.g. B. furans and alkylpyrazines, carboxylic acids, esters, terpenes, aldehydes or ketones.
  • the group of aroma-active aldehydes includes the following compounds, although the list is not to be understood as limiting: acetaldehyde, propanal, butanal, (E)-2-butanal, pentanal, (E)-2-pentenal, hexanal, (E) -2-hexanal, heptanal, (E)-2-heptenal, octanal, (E)-2-octenal, nonanal, (E)-2-nonenal, decanal, (E)-2-decenal, 2-methylpropanal, 2 -Methyl-2-propanal, 3-methylbutanal, 2-methylbutanal, benzaldehyde.
  • the group of aroma-active carboxylic acids includes, among others, the following compounds, whereby the list is not to be understood as limiting: formic acid, acetic acid, Propionic acid, pentanoic acid, hexanoic acid.
  • the group of aroma-active terpenes includes the following compounds, although the list is not to be understood as limiting: alpha-pinene, limonene, p-cymene, valencene.
  • Volatile organic compounds according to the present invention are carbonaceous materials that have a vapor pressure of 0.01 kilopascals or more at 293.15 Kelvin or an equivalent volatility under the particular conditions of use.
  • “flavorings” or “flavoring-active substances” can be defined by the sensory properties, insofar as they are defined as volatile organic compounds which, individually or in a mixture, give foods in particular a desired smell or taste, i.e. are aroma-relevant. Includes both primary flavorings z. B. in fruits in the intact cell, as well as secondary flavorings, which are formed from - mostly non-volatile - precursors by enzymatic, oxidative or thermal reactions. Aromatics do not include flavorings that give food its sweet, sour, salty or bitter taste. A large number of aromas are due to volatile aroma-active substances belonging to the class of aromatics, e.g. B. furans and alkylpyrazines, carboxylic acids, esters, terpenes, aldehydes or ketones.
  • volatile aroma-active substances belonging to the class of aromatics, e.g. B. furans and alkylpyrazines, carboxylic acids, esters, terpene
  • terpenes are a group of chemical compounds with a variety of carbon skeletons, the common feature of which is that their basic skeleton can be traced back to isoprene units. This includes both pure hydrocarbons and thus terpenes in the narrower sense as well as the group of terpenoids.
  • Terpenoids are characterized in that their basic structure can also be derived from isoprene units, in which case the carbon structure can also be partially modified and/or can include additional functional groups.
  • a non-limiting list of functional groups includes alcohols, ethers, aldehydes, ketones, carboxylic acids, carboxylic acid esters and glycosides.
  • FIG. 1 a process according to the invention for the production of the functionalized citrus fiber depleted in aromatic substances is shown schematically as a flow diagram.
  • the pomace is broken down by a digestion 20, for example incubation in an acidic solution at 70° to 80° C. by hydrolysis and with the supply of mechanical energy.
  • This is followed by two separate steps 30a (decanter) and 30b (separator) for the most complete possible separation of all particles of the broken down material depleted in flavoring substances from the aqueous liquid that contains the first fraction of flavoring substances.
  • the separated material is subjected to a water-based extraction 35 .
  • the separated material is brought into contact with a water-based extraction medium at a temperature of 40°C to 80°C for a period of 30 minutes to 1 hour.
  • Coarse or unbroken particles are separated from the aqueous extraction mixture consisting of the water-based extraction medium and the separated material by wet sieving.
  • the aroma substances are then separated off depleted material from the water-based extraction medium containing the second fraction of flavorings.
  • a total of three alcohol-based extraction steps are then carried out. Two of these extraction steps (50 and 70) take place in the counter-current process, each with subsequent solid-liquid separation by means of decanters 60 and 80, as a result of which the extraction of the third and fourth fraction of aromatic substances takes place.
  • the third extraction step 90 also takes place in the countercurrent process with subsequent solid-liquid separation with a screw press (100) in order to obtain a dry matter content of >45% by weight and a fifth fraction of aromatic substances.
  • the fibers are vacuum dried in order to then obtain the citrus fibers 120 according to the invention.
  • a set of screens In a screening machine, a set of screens, the mesh size of which always increases from the bottom screen to the top, is arranged one above the other. The sample is placed on the top sieve - the one with the largest mesh size. The sample particles with a diameter larger than the mesh size remain on the sieve; the finer particles fall through to the next sieve. The proportion of the sample on the different sieves is weighed out and reported as a percentage.
  • the sample is weighed to two decimal places.
  • the screens are provided with screening aids and built up one on top of the other with increasing mesh size.
  • the sample is quantitatively transferred to the top sieve, the sieves are clamped and the sieving process proceeds according to defined parameters.
  • the individual sieves are weighed with sample and sieve aid and empty with sieve aid. If only a limit value in the particle size spectrum is to be checked for a product (e.g. 90% by weight ⁇ 250 ⁇ m), then only a sieve with the appropriate mesh size is used.
  • the screen construction consists of the following mesh sizes in pm: 1400, 1180, 1000, 710, 500, 355, 250, 200, 150 followed by the bottom.
  • the grain size is calculated using the following formula:
  • the sample is allowed to swell with an excess of water at room temperature for 24 hours. After centrifugation and subsequent decanting of the supernatant, the water binding capacity in g H2O/g sample can be determined gravimetrically. The pH value in the suspension must be measured and documented.
  • Plant fiber 1.0 g (in a centrifuge tube)
  • the supernatant water is separated from the swollen sample.
  • the sample with the bound water is weighed out.
  • WBV water binding capacity
  • the sample In order to be able to analyze low concentrations of VOC in various samples using GC/MS, the sample must be enriched before the analysis.
  • the needle trap technique (NT) was used to analyze the aroma-relevant components of the various citrus fiber process samples.
  • Solid phase microextraction (SPME) was also used for the isopropyl (IPA)-containing samples, since the use of NT caused strong peak overlaps with IPA in the chromatogram up to retention times of approx. 13 min due to the high concentration. With SPME, there were hardly any peak overlaps due to the less strong enrichment. The respective samples were stored refrigerated until analysis.
  • the SPME combines sampling and enrichment of the analytes in one step and allows direct transfer of the analytes into a GC.
  • a coated fiber is used in a special fieldsampler. The coated fiber is exposed to the sample for a defined time, whereby the analytes are bound adsorptively or absorptively, depending on the coating material. After extraction, the analytes are thermally desorbed from the fiber coating in the GC injector.
  • the individual substances were identified using mass spectrum databases (Me. Lafferty, 2000; Wallace, 2020 - Mass Spectra), retention indices (Wallace, 2020 - Retention indices) and, if available, by comparing the retention times with those of standard substances.
  • the contents of the identified sample components were determined semi-quantitatively as toluene equivalents.
  • three aliquots of an isopropanol sample were spiked with different toluene concentrations.
  • the SPME enrichment and GC/MS analysis then took place as described in Sections 5.1.1 and 5.1.2.
  • a measurement range of 30 to 870 pg/L toluene resulted.
  • the calibration characteristics are shown in the table under point 5.2.3.
  • the needle trap technique is a micro-adsorption unit consisting of a 23 gauge needle filled with a small amount ( ⁇ 1 mg) of highly enriching sorbents.
  • a defined volume of air is drawn from the headspace above the sample through the needle trap using a pump, whereby the aroma-active substances are retained on the sorbent.
  • the subsequent separation of the analytes from the sorption material takes place thermally in the GC injector.
  • a volume of about 5 mL, corresponding to 1.5-3 g of sample was weighed into a 15 mL headspace vial. Before analysis, the sample was conditioned for 15 min at 40°C with shaking. Immediately afterwards, the volatile substances were enriched from the headspace above the sample using the needle trap technique.
  • the method meets the requirements of DIN 32645 (2008) (chemical analysis - detection, detection and determination limit under repeatability conditions - terms, methods, evaluation. Beuth Verlag, Berlin) for the calibration parameters.
  • the peak areas measured by GC/MS were used to determine the content of the sample constituents and the toluene equivalents were calculated using the toluene calibration data. The different response factors of the substances were not taken into account.
  • citrus fiber according to the invention was compared with other commercially available citrus fibers with regard to the content of aroma-active substances.
  • the analyzed contents of selected aroma-active substances are given for the samples examined in the table below, with both the selected aroma-active
  • LOQ limit of quantification (0.02 pg/kg toluene equivalents)
  • nn not detectable ( ⁇ 0.008 pg/kg toluene equivalents).
  • FIG. 2 shows the contents of the aroma-active substances after the respective extraction steps in the fiber material and thus depicts the course of the extraction and the gradual depletion of the aroma substances.
  • the aqueous extraction steps already lead to a significant decrease in the aroma-active substances.
  • the content of carboxylic acids initially increases during the aqueous extraction, which is due to the fact that the carboxylates present in the starting material, which are difficult to extract, are profaned by the acidic digestion or the acidic stopping of the enzymatic digestion in step (b) and only then become light can be extracted from the material.
  • the unit is "pg/kg toluene equivalents".

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine an Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung der an Aromastoffen abgereicherten, funktionalisierten Citrusfaser als Verdickungs- oder Strukturmittel in verschiedenen industriellen Erzeugnissen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Lebensmittelerzeugnis, Futterprodukt, Nahrungsergänzungsmittel, Getränk, kosmetisches Erzeugnis, pharmazeutisches Erzeugnis, Waschmittelprodukt, Reinigungsmittelprodukt oder Medizinprodukt, das unter Verwendung einer an Aromastoffen abgereicherten, funktionalisierten Citrusfaser hergestellt worden ist.

Description

An Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser
Die vorliegende Erfindung betrifft eine an Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung der an Aromastoffen abgereicherten, funktionalisierten Citrusfaser als Verdickungs- oder Strukturmittel in verschiedenen industriellen Erzeugnissen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Mischung der an Aromastoffen abgereicherten, funktionalisierten Citrusfaser mit einem isolierten Pektin. Letztendlich betrifft die Erfindung ein Lebensmittelerzeugnis, Futterprodukt, Nahrungsergänzungsmittel, Getränk, kosmetisches Erzeugnis, pharmazeutisches Erzeugnis, Waschmittelprodukt, Reinigungsmittelprodukt oder Medizinprodukt, das unter Verwendung der vorgenannten an Aromastoffen abgereicherten, funktionalisierten Citrusfaser hergestellt worden ist.
Hintergrund der Erfindung
Ballaststoffe sind weitgehend unverdauliche Nahrungsbestandteile, meist Kohlenhydrate, die vorwiegend in pflanzlichen Lebensmitteln vorkommen. Der Einfachheit wegen teilt man die Ballaststoffe in wasserlösliche Ballaststoffe wie Pektin und wasserunlösliche Ballaststoffe, wie beispielsweise Cellulose ein. Ballaststoffe gelten als wichtiger Bestandteil der menschlichen Ernährung.
So gilt der Verzehr von Ballaststoffen als gesundheitsfördernd. Die wasserlöslichen Ballaststoffe in der Nahrung vergrößern das Nahrungsvolumen, ohne zugleich den Energiegehalt bedeutend zu steigern. Sofern sie nicht schon vor der Aufnahme hinreichend gequollen sind, nehmen sie im Magen weiteres Wasser auf. Die daraus resultierende Volumenzunahme führt zu einer Zunahme des Sättigungsgefühls. Weiterhin verlängern Ballaststoffe die Verweildauer des Speisebreis in Darm oder Magen. Wasserlösliche Ballaststoffe wie Pektin binden Gallensäuren des Cholesterinstoffwechsels im Darm und führen damit zu einer Senkung des Cholesterinspiegels.
Gerade die löslichen Ballaststoffe sollen die Glucose-Absorption verringern, die Glucose- Adsorption und Stärke-Verarbeitung verlangsamen und postprandiale Glucose-Spiegel im Serum kontrollieren. Wer viele Ballaststoffe verzehrt, hat ein verringertes Risiko für zahlreiche Zivilisationskrankheiten, insbesondere für Adipositas, Bluthochdruck, koronare Herzkrankheit (KHK), Schlaganfall, Diabetes und verschiedene gastrointestinale Erkrankungen. Entsprechend gibt die Deutsche Gesellschaft für Ernährung e. V. (DGE) als Richtwert für die tägliche Zufuhr mindestens 30 g Ballaststoffe an. Der Einsatz von Citrusfasern als Ballaststoffe in der Herstellung von Lebensmitteln erlangt zunehmende Bedeutung. Ein Grund hierfür liegt in der Tatsache, dass die Citrusfasern ein Gemisch aus unlöslichen Ballaststoffen wie Cellulose und löslichen Ballaststoffen wie Pektin darstellen und damit in idealer Weise das oben aufgeführte gesundheitsfördernde Wirkungsspektrum ergeben. Durch den Einsatz von Citrusfasern können die funktionellen Eigenschaften von Lebensmittelprodukten beispielsweise hinsichtlich Viskosität, Emulsionsbildung, Gelbildung, Formstabilität oder Textur gezielt optimiert und eingestellt werden. Citrusfasern können damit andere wenig akzeptierte oder sogar gesundheitlich bedenkliche Hilfsstoffe in Lebensmitteln ersetzen und führen als nicht E-klassifizierte Substanzen zu einfacheren Produktkennzeichnungen und damit zu einer erhöhten Produktakzeptanz.
Mittels der im Stand der Technik bekannten Verfahren werden üblicherweise Citrusfasern erhalten, welche ein eingeschränktes Anwendungsspektrum haben. Denn sie weisen entweder einen relativ hohen Gehalt an primären und gegebenenfalls sekundären Aromastoffen - und somit regelmäßig ein relativ intensives Eigenaroma - oder unbefriedigende funktionelle Eigenschaften auf.
Als Aromastoffe bzw. aromaaktive Substanzen werden die flüchtigen organischen Verbindungen (VOC; volatile organic compounds) bezeichnet, welche mittels Geruchsrezeptoren über die Nase oder über den Gaumen wahrgenommen werden können, und einzeln oder im Gemisch insbesondere Lebensmitteln einen gewünschten Geruch oder Geschmack verleihen. Im Lebensmittelbereich wird unterschieden zwischen primären Aromastoffen, die z. B. in Früchten in der intakten Zelle vorkommen, und sekundären Aromastoffen, die aus - meist nichtflüchtigen - Vorstufen durch enzymatische, oxidative oder thermische Umsetzungen gebildet werden. Nicht zu den Aromastoffen zählen die Geschmacksstoffe, welche Lebensmitteln die Geschmacksrichtungen süß, sauer, salzig oder bitter verleihen. Eine Vielzahl von Aromen ist auf flüchtige aromaaktive Substanzen zurückzuführen, die zur Klasse der Aromaten, z. B. Furane und Alkylpyrazine, Carbonsäuren, Ester, Terpene, Aldehyde oder Ketone gehören.
Bei Verwendung vorbekannter Citrusfasern, welche einen relativ hohen Gehalt an primären und gegebenenfalls sekundären Aromastoffen aufweisen, kann es zum einen zu einer sensorischen Beeinträchtigung im Endprodukt kommen. Eine solche sensorische Beeinträchtigung kann beispielsweise zur Folge haben, dass das Fruchtaroma eines fruchthaltigen Lebensmittelprodukts sich nur eingeschränkt entfalten kann oder maskiert wird. Zum anderen weisen unverarbeitete, über einen längeren Zeitraum gelagerte Citrusfasern des vorgenannten Typs und/oder die unter Verwendung solcher Citrusfasern hergestellten Produkte regelmäßig Fehlaromen auf, beispielsweise infolge von Luft- und/oder Sauerstoffeinwirkung und dadurch ausgelöste chemische Reaktionen. Mit dem Begriff Fehlaroma ist hier jeder Geruch oder Geschmack oder jedes Mundgefühl gemeint, der oder das normalerweise nicht mit dem jeweiligen Endprodukt assoziiert wird. Insbesondere nach längerer Lagerung der vorgenannten Citrusfasern kann beispielsweise der Geruch von R-Carvon (Geruch nach Krause Minze, Mentha spicatä) wahrgenommen werden, und zwar infolge der Oxidation von R-Limonen (orangenartiger Geruch) an Luft.
Citrusfasern, welche einen geringeren Gehalt an Aromastoffen aufweisen und somit die vorgenannten Nachteile nicht oder in einem geringeren Umfang mit sich bringen, werden im Stand der Technik üblicherweise unter Verwendung von Lösungsmitteln hergestellt, durch welche die funktionellen Eigenschaften der Fasern beeinträchtigt bzw. verschlechtert werden. Bei den Lösungsmitteln handelt es sich insbesondere um Laugen.
Es besteht daher Bedarf an Citrusfasern, welche ein möglichst breites Anwendungsspektrum aufweisen, und an neuen Verfahren zu deren Herstellung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu verbessern oder ihm eine Alternative zu bieten.
Zusammenfassung der Erfindung
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung einer an Aromastoffen abgereicherten, funktionalisierten Citrusfaser, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
(a) Bereitstellen eines Rohmaterials, das Zellwandmaterial einer essbaren Citrusfrucht enthält;
(b) Aufschluss des Rohmaterials, welcher umfasst i. eine Inkubation einer wässrigen Suspension des Rohmaterials bei einem sauren pH-Wert oder ii. eine enzymatische Behandlung einer wässrigen Suspension des Rohmaterials und/oder iii. ein Einbringen mechanischer Energie in eine wässrige Suspension des Rohmaterials; (c) Ein- oder mehrstufige Trennung des aufgeschlossenen und an Aromastoffen abgereicherten Materials aus Schritt (b) von der wässrigen Flüssigkeit, welche eine erste Fraktion an Aromastoffen enthält;
(d) Extraktion einer zweiten Fraktion an Aromastoffen durch Inkontaktbringen des in Schritt (c) abgetrennten Materials mit einem wasserbasiertem Extraktionsmedium bei einer Temperatur von 30°C bis 90°C;
(e) Trennung des an Aromastoffen abgereicherten Materials aus Schritt (d) von dem wasserbasiertem Extraktionsmedium;
(f) Extraktion einer dritten Fraktion an Aromastoffen durch Inkontaktbringen des in Schritt (e) abgetrennten Materials mit einem alkoholbasiertem Extraktionsmedium;
(g) Trennung des an Aromastoffen abgereicherten Materials aus Schritt (f) von dem alkoholbasiertem Extraktionsmedium;
(h) Trocknen des in Schritt (g) abgetrennten Materials zum Erhalten der an Aromastoffen abgereicherten, funktionalisierten Citrusfaser, wobei die Schritte (d) und (e) optional durchgeführt werden und die Trennung im Schritt (g) so durchgeführt wird, dass das abgetrennte, an Aromastoffen abgereicherte Material einen Trockensubstanzgehalt von > 30 Gew.%, bevorzugt e 35 Gew.%, besonders bevorzugt > 40 Gew.% und insbesondere bevorzugt > 45 Gew.% hat.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren führt zu Citrusfasern mit einer großen inneren Oberfläche, was auch das Wasserbindungsvermögen erhöht und mit einer guten Viskositätsbildung einhergeht.
Diese Fasern stellen funktionalisierte Fasern dar, die durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eine zufriedenstellende Festigkeit aufweisen. Zum Erhalten der optimalen rheologischen Eigenschaften wie Viskosität, Gelierung oder Texturierung mag anwenderseitig die Anwendung von zusätzlichen Scherkräften erforderlich sein.
Wie die Erfinder festgestellt haben, weisen die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten funktionalisierten Citrusfasern gute rheologische Eigenschaften auf, die beispielsweise anhand des Wasserbindungsvermögen charakterisiert werden können. Die erfindungsgemäßen Fasern können einfach rehydratisiert werden und die vorteilhaften rheologischen Eigenschaften bleiben auch nach der Rehydratisierung erhalten. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren führt zu Citrusfasern, die - infolge der Abreicherung von aromaaktiven Substanzen bzw. Aromastoffen - in hohem Maße geschmacks- und geruchsneutral sind und daher vorteilhaft für die Anwendung im Lebensmittelbereich sind. Das Eigenaroma der übrigen Zutaten wird nicht maskiert und kann sich daher optimal entfalten. Die mittels des hier beschriebenen Verfahrens erhältlichen Citrusfasern weisen nicht nur einen - im Vergleich zu vorbekannten Citrusfasern - sehr geringen Anteil aromaaktiver Substanzen auf und dadurch ein im Wesentlichen neutrales Eigenaroma. Sie besitzen außerdem vorteilhafterweise funktionelle Eigenschaften, welche innerhalb eines relativ breiten Wertebereichs variierbar und somit für eine Vielzahl von Anwendungen anpassbar sind. Mithin sind mit dem hier beanspruchten Verfahren Citrusfasern herstellbar, die ein breites Anwendungsspektrum aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Citrusfasern werden aus Citrusfrüchten gewonnen und stellen so natürliche Inhaltsstoffe mit bekannten positiven Eigenschaften dar.
Als Rohstoff können bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren pflanzliche Verarbeitungsrückstände wie Citrustrester oder Citruspulpe eingesetzt werden. Diese Verarbeitungsrückstände sind kostengünstig, liegen in ausreichender Menge vor und bieten eine nachhaltige und ökologisch sinnvolle Quelle für die erfindungsgemäßen Citrusfasern.
Citrusfasern sind in der Lebensmittelindustrie etabliert und akzeptiert, so dass entsprechende Zusammensetzungen ohne langwierige Zulassungsverfahren sofort und auch international zum Einsatz kommen können.
Die Erfindung im Einzelnen
Als Rohmaterial können Citrusfrüchte und bevorzugt Verarbeitungsrückstände von Citrusfrüchten eingesetzt werden. Als Rohmaterial zum Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren kann entsprechend Citrusschale - und hier bevorzugt Citrus-Albedo und/oder Citrus-Flavedo-, Citrusvesikel, Segmentmembranen, also Citrusmembranen, oder eine Kombination hieraus verwendet werden. In bevorzugter Weise wird als Rohmaterial Citrustrester verwendet, also die Pressrückstände von Citrusfrüchten, die neben den Schalen typischerweise auch das Fruchtfleisch enthalten, oder Citruspulpe, also die Rückstände der Saft produzierenden Industrie, welche das Pektin- und Cellulosematerial des inneren, safthaltigen Teils der jeweiligen Citrusfrucht enthalten.
Der Citrus-Flavedo weist Drüsen auf, welche ätherische Öle, auch ätherische Schalenöle genannt, enthalten. Daher wird in Schritt (a) des hier beschriebenen Verfahrens besonders bevorzugt ein Rohmaterial bereitgestellt, bei welchem in dem Citrus-Flavedo enthaltene ätherische Öle wenigstens teilweise unter Einwirkung mechanischer Energie entfernt wurden, vorteilhaft mittels einer Punktion der Citrus-Flavedo, insbesondere von in der Citrus-Flavedo angeordneten, ätherische Öle enthaltenden Drüsen, oder durch Entfernen der ätherische Öle enthaltenden Drüsen. Alternativ oder ergänzend kann die Bereitstellung des Rohmaterials in Schritt (a) die Entfernung der in dem Citrus-Flavedo enthaltenen ätherischen Öle umfassen. Beispielsweise kann eine Punktion der Citrus-Flavedo, insbesondere von in der Citrus-Flavedo angeordneten, ätherische Öle enthaltenden Drüsen, vorgesehen sein oder ein Entfernen der ätherischen Öle enthaltenden Drüsen. Während und/oder nach einer solchen Punktion wird das ätherische Öl bevorzugt einem Wasserbad zugeführt, aus welchem es gegebenenfalls für eine weitere Verwendung extrahiert wird.
Als Citrusfrüchte können hierbei alle dem Fachmann bekannten Citrusfrüchte verwendet werden. In nicht einschränkender Weise seien hier beispielhaft aufgeführt: Mandarine (Citrus reticulata), Clementine (Citrus x aurantium Clementine-Gruppe, Syn.: Citrus Clementina), Satsuma (Citrus x aurantium Satsuma-Gruppe, Syn.: Citrus unshiu), Mangshan (Citrus mangshanensis), Orange (Citrus x aurantium Orangen-Gruppe, Syn.: Citrus sinensis), Bitterorange (Citrus x aurantium Bitterorangen-Gruppe), Bergamotte (Citrus x limon Bergamotte-Gruppe, Syn.: Citrus bergamia), Pampelmuse (Citrus maxima), Grapefruit (Citrus ^aurantium Grapefruit-Gruppe, Syn.: Citrus paradisi) Pomelo (Citrus x aurantium Pomelo-Gruppe), echte Limette (Citrus x aurantiifolia), gewöhnliche Limette (Citrus x aurantiifolia, Syn.: Citrus lati folia), Kaffernlimette (Citrus hystrix), Rangpur-Limette (Citrus x jambhiri), Zitrone (Citrus x limon Zitronen-Gruppe), Zitronatzitrone (Citrus medica) und Kumquats (Citrus japonica, Syn.: Fortunella). Bevorzugt sind hierbei die Orange (Citrus x aurantium Orangen-Gruppe, Syn.: Citrus sinensis) und die Zitrone (Citrus x limon Zitronen-Gruppe).
Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht der Aufschluss des Rohmaterials in Schritt (b) des Verfahrens aus
- einer Inkubation einer wässrigen Suspension des Rohmaterials bei einem sauren pH- Wert oder
- einer enzymatischen Behandlung einer wässrigen Suspension des Rohmaterials und/oder - einem Einbringen mechanischer Energie in eine wässrige Suspension des Rohmaterials.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein chemischer Aufschluss durch Inkubation einer wässrigen Suspension des Rohmaterials bei einem sauren pH-Wert vorgesehen.
Der chemische Aufschluss im Schritt (b) des Verfahrens dient der Entfernung von Pektin durch Überführung des Protopektins in lösliches Pektin und gleichzeitiger Aktivierung der Faser durch Vergrößerung der inneren Oberfläche. Weiterhin wird das Rohmaterial durch den Aufschluss thermisch zerkleinert. Mit anderen Worten: Durch die saure Inkubation im wässrigen Milieu unter Einwirkung von Hitze findet ein Herauslösen des Pektins und infolgedessen eine Auflösung des Zellverbandes statt. Das Rohmaterial zerfällt in Citrusfasern. Damit wird eine thermische Zerkleinerung erreicht, ein mechanischer Zerkleinerungsschritt ist im Rahmen des Herstellungsverfahrens folglich nicht zwingend notwendig. Dies stellt einen entscheidenden Vorteil gegenüber herkömmlichen Faser- Herstellungsverfahren dar, die im Gegensatz dazu einen Scherungsschritt, wie beispielsweise eine (Hoch-)Druckhomogenisierung benötigen, um eine Faser mit ausreichenden rheologischen Eigenschaften zu erhalten, wie sie anhand des Wasserbindungsvermögens definiert werden können. Besonders vorteilhaft ist, dass durch den chemischen Aufschluss im Schritt (b) und die damit einhergehende thermische Zerkleinerung auch verkapselte Aromastoffe aus dem Rohmaterial freigesetzt und abgetrennt werden können.
Das Rohmaterial liegt bei dem chemischen Aufschluss als wässrige Suspension vor. Eine Suspension ist gemäß der Erfindung ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und darin fein verteilten Festkörpern (Rohmaterial-Partikel).
Zum Erhalt der wässrigen Suspension wird als Flüssigkeit entsprechend eine wässrige Flüssigkeit verwendet. Eine wässrige Flüssigkeit ist gemäß der Erfindung als eine Flüssigkeit definiert, die zu mehr als 50 Vol%, bevorzugt zu mehr als 60, 70, 80 oder sogar 90 Vol% aus Wasser besteht. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die wässrige Lösung kein organisches Lösungsmittel und insbesondere keinen Alkohol.
Die wässrige Flüssigkeit kann beispielsweise deionisiertes Wasser, Leitungswasser oder eine wässrige Salzlösung mit einer lonenstärke von I < 0.2 mol / 1 sein.
Da die Suspension zur Sedimentation und Phasentrennung tendiert, werden die Partikel geeignetermaßen durch Schütteln und/oder Rühren in der Schwebe gehalten. Es liegt somit keine Dispersion vor, bei der die Partikel durch mechanische Einwirkung (Scherung) so zerkleinert werden, dass sie feindispers vorliegen.
Zur Erzielung eines sauren pH-Wertes kann der Fachmann auf alle ihm bekannten Säuren oder sauren Pufferlösungen zurückgreifen. So kann beispielsweise eine organische Säure wie Citronensäure eingesetzt werden.
Alternativ oder in Kombination hierzu kann auch eine Mi neral säure eingesetzt werden. Beispielhaft seien erwähnt: Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure oder schweflige Säure. Bevorzugt wird Salpetersäure eingesetzt.
Bei dem chemischen Aufschluss im Schritt (b) des Verfahrens liegt der pH-Wert der Suspension zwischen pH = 0,5 und pH = 4,0, bevorzugt zwischen pH = 1 ,0 und pH = 3,5 und besonders bevorzugt zwischen pH = 1 ,5 und pH = 3,0.
Die Inkubation erfolgt bei dem chemischen Aufschluss bei einer Temperatur zwischen 60°C und 95°C, bevorzugt zwischen 70°C und 90°C und besonders bevorzugt zwischen 75°C und 85°C. Der chemische Aufschluss kann beispielsweise bei einer Temperatur von 70°C, 71 °C, 72°C, 73°C, 74°C, 75°C, 76°C, 77°C, 78°C, 79°C, 80°C, 81 °C, 82°C, 83°C, 84°C, 85°C, 86°C, 87°C, 88°C, 89°C oder 90°C durchgeführt werden.
Wie die Erfinder festgestellt haben, bewirken diese hohen Inkubationstemperaturen auch ohne Anwesenheit organischer Lösungsmittel eine deutliche Extraktion niedermolekularer organischer Aromastoffe wie Aldehyde, Ester, Carbonsäuren und Terpene.
Durch den effizienten Aufschluss und die damit einhergehende Zerkleinerung des Fasermaterials werden beachtlicherweise auch verkapselte Aromastoffe freigesetzt, die damit einer Extraktion zugänglich sind.
Die Inkubation im sauren Milieu hat den zusätzlichen Vorteil, dass die in dem Rohmaterial enthaltenden Carboxylat-Anionen protoniert werden und die dadurch entstehenden ungeladenen Carbonsäuren leichter extrahiert werden können. Dies konnten die Erfinder auch anhand einer prozessbegleitenden organisch-chemischen Analyse nachweisen, die einen starken Anstieg der Carbonsäure-Konzentration nach der sauren Hydrolyse aufzeigt (siehe Tabelle in Figur 2).
Die Inkubation erfolgt über eine Zeitdauer zwischen 60 min und 8 Stunden und bevorzugt zwischen 2 Stunden und 6 Stunden. Die wässrige Suspension hat bei dem chemischen Aufschluss geeignetermaßen eine Trockenmasse von zwischen 0,5 Gew.% und 5 Gew.%, bevorzugt von zwischen 1 Gew.% und 4 Gew.%, und besonders bevorzugt von zwischen 1 ,5 Gew.% und 3 Gew.%.
Die wässrige Suspension wird während des chemischen Aufschlusses gerührt und/oder geschüttelt. Dies erfolgt bevorzugt in kontinuierlicher Weise, damit die Partikel in der Suspension in der Schwebe gehalten werden.
Alternativ zu einem chemischen Aufschluss bzw. einer Säurehydrolyse, kann im Schritt (b) des Verfahrens ein biochemischer Aufschluss vorgesehen sein, nämlich durch eine enzymatische Behandlung einer wässrigen Suspension des Rohmaterials.
Der biochemische Aufschluss im Schritt (b) des Verfahrens dient ebenfalls der Entfernung von Pektin durch Überführung des Protopektins in lösliches Pektin und gleichzeitiger Aktivierung der Faser durch Vergrößerung der inneren Oberfläche. In diesem Fall wird das Rohmaterial durch den Aufschluss ebenfalls zerkleinert, jedoch auf mildere Art und Weise, weil die enzymatische Behandlung bevorzugt ohne Zufuhr thermischer Energie, insbesondere bei Raumtemperatur, erfolgt. Mit anderen Worten: Durch die enzymatische Behandlung im wässrigen Milieu findet ein Herauslösen des Pektins und infolgedessen eine Auflösung des Zellverbandes statt. Das Rohmaterial zerfällt in Citrusfasern. Damit wird insbesondere eine enzymatische Zerkleinerung erreicht, ein mechanischer Zerkleinerungsschritt ist im Rahmen des Herstellungsverfahrens damit nicht zwingend notwendig. Dies stellt einen entscheidenden Vorteil gegenüber herkömmlichen Faser- Herstellungsverfahren dar, die im Gegensatz dazu einen Scherungsschritt, wie beispielsweise eine (Hoch-)Druckhomogenisierung benötigen, um eine Faser mit ausreichenden rheologischen Eigenschaften zu erhalten. Besonders vorteilhaft ist, dass durch den biochemischen Aufschluss im Schritt (b) und die damit einhergehende insbesondere enzymatische Zerkleinerung auch verkapselte Aromastoffe aus dem Rohmaterial freigesetzt und abgetrennt werden können.
Wie die Erfinder festgestellt haben, bewirkt auch der biochemische Aufschluss ohne Anwesenheit organischer Lösungsmittel eine deutliche Extraktion niedermolekularer organischer Aromastoffe wie Aldehyde, Ester, Carbonsäuren und Terpene.
Durch den effizienten biochemischen Aufschluss und die damit einhergehende Zerkleinerung des Fasermaterials werden beachtlicherweise auch verkapselte Aromastoffe freigesetzt, die damit einer Extraktion zugänglich sind. Das Rohmaterial liegt bei dem biochemischen Aufschluss ebenfalls als wässrige Suspension vor. Eine Definition des Begriffs wässrige Suspension ist weiter oben gegeben. Da die Suspension zur Sedimentation und Phasentrennung tendiert, werden die Partikel geeignetermaßen durch Schütteln und/oder Rühren in der Schwebe gehalten. Es liegt somit auch hier keine Dispersion vor, bei der die Partikel durch mechanische Einwirkung (Scherung) so zerkleinert werden, dass sie feindispers vorliegen.
Der biochemische Aufschluss im Schritt (b) erfolgt vorteilhafterweise mit einem oder mehreren der folgenden Enzyme: Pektinasen (EC 3.2.1.15, EC 4.2.2.10), Cellulasen (EC 3.2.1.4, EC 3.2.1.74, EC 3.2.1.91) oder Hemicellulasen, wobei unter Hemicellulasen Enzyme verstanden werden, die eine biochemische Degradation von Hemicellulose katalysieren. Ausgewählte Beispiele von Hemicellulasen sind Endo-1 ,4-beta-xylanase (EC 3.2.1.8), Endo-1 ,4-mannanase (EC 3.2.1.78), Endo-1 ,3-beta-glucanase (EC 3.2.1.39), Exo- 1 ,4-beta-xylosidase (EC 3.2.1.37), Exo-1 ,3-beta-glucanase (EC 3.2.1.58) und Exo-1 ,4- beta-mannobiohydrolase (EC 3.2.1.100).
Alternativ oder ergänzend zu einem chemischen oder biochemischen Aufschluss im Schritt (b) des Verfahrens kann ein mechanischer Aufschluss vorgesehen sein, nämlich durch Einbringen mechanischer Energie in eine wässrige Suspension des Rohmaterials. Eine Definition des Begriffs wässrige Suspension ist weiter oben gegeben.
Das Einbringen mechanischer Energie in die wässrige Suspension des Rohmaterials im Schritt (b) erfolgt vorteilhafterweise unter Verwendung eines Verfahrens, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hochleistungs-Scherbehandlung, Druckhomogenisierung, Kolloidvermahlung, Extrudieren, Ultraschallbehandlung, Microfluidizer, Zahnkranzdispergierer und Kombinationen hiervon.
Das Rohmaterial liegt bei dem mechanischen Aufschluss zunächst als wässrige Suspension, insbesondere des gequollenen Rohmaterials, vor. Durch das Einbringen mechanischer Energie, bevorzugt ohne Zuführung thermischer Energie, insbesondere bei Raumtemperatur, werden die gequollenen Rohmaterial-Partikel so zerkleinert, dass sie feindispers vorliegen. Es wird somit eine Dispersion erzeugt. Durch die mechanische Zerkleinerung in Alleinstellung oder in Kombination mit einem chemischen oder biochemischen Aufschluss können vorteilhaft auch verkapselte Aromastoffe aus dem Rohmaterial freigesetzt und abgetrennt werden. Wird im Schritt (b) des beanspruchten Verfahrens ausschließlich ein mechanischer Aufschluss durchgeführt, so werden infolge des damit einhergehenden mechanischen Zerkleinerungsschritts ebenfalls Fasern mit ausreichenden rheologischen Eigenschaften erhalten.
Erfolgen in Schritt (b) ein chemischer Aufschluss mittels einer oben beschriebenen Säurehydrolyse und ein mechanischer Aufschluss oder ein biochemischer Aufschluss und ein mechanischer Aufschluss, so kann die Reihenfolge der jeweils vorgesehenen Aufschlüsse frei gewählt werden. Vorteilhaft wird in einem ersten Schritt ein chemischer Aufschluss in Form einer Säurehydrolyse oder ein biochemischer Aufschluss durchgeführt und in einem zweiten Schritt ein mechanischer Aufschluss. Durch Letzteren wird insbesondere ein weiterer Zerkleinerungsschritt durchgeführt.
Durch die mechanische Zerkleinerung des Fasermaterials werden beachtlicherweise auch verkapselte Aromastoffe freigesetzt, die damit einer Extraktion zugänglich sind.
Im Schritt (c) des Verfahrens wird das aufgeschlossene und an Aromastoffen abgereicherte Material aus Schritt (b) von der wässrigen Flüssigkeit, welche eine erste Fraktion an hydrophilen, d. h. wasserlöslichen, Aromastoffen enthält, getrennt und damit zurückgewonnen. Diese Trennung erfolgt als einstufige oder mehrstufige Trennung. Die erste Fraktion an Aromastoffen enthält bereits eine Vielzahl an Aromastoffen, etwa aus den Klassen der Aldehyde, Carbonsäuren, Ester und Terpene. Hierbei sind es vor allem die Carbonsäuren, die bereits in diesem ersten Extraktionsschritt besonders effizient abgetrennt werden können, da die im Ausgangsmaterial vorliegenden schwerextrahierbaren Carboxylate durch den chemischen Aufschluss im Schritt (b) profaniert werden und erst dadurch aus dem Material mittels Waschung extrahiert werden können. Alternativ werden die Carboxylate auch durch die zum Beendigen des biochemischen Aufschluss erfolgende pH-Wert-Einstellung im stark sauren pH-Bereich profaniert und damit zu extrahierbaren Carbonsäuren umgewandelt.
Die Abtrennung im Schritt (c) erfolgt vorteilhafterweise mit einem Dekanter, einem Separator und/oder einer Bandpresse, bevorzugt mit einem Dekanter und/oder Separator.
In vorteilhafter Weise wird das aufgeschlossene Material einer mehrstufigen Trennung unterzogen. Hierbei ist es bevorzugt, wenn bei der Trennung von der wässrigen Flüssigkeit stufenweise die Abtrennung von immer feineren Partikeln erfolgt. Dies bedeutet, dass beispielsweise bei einer zweistufigen Trennung beide Stufen eine Abtrennung von größeren Partikel leisten, wobei bei der zweiten Stufe im Vergleich zur ersten Stufe feinere Partikel abgetrennt werden, um eine möglichst vollständige Abtrennung der Partikel aus der wässrigen Flüssigkeit zu erzielen. Bevorzugt erfolgt die erste Abtrennung von Partikeln mit Dekantern und die zweite Abtrennung mit Separatoren. Damit wird das Material mit jedem Trennungsschritt immer feinpartikulärer. Alternativ oder ergänzend kann auch der Einsatz einer Bandpresse vorgesehen sein.
Nach dem chemischen (insbesondere sauren) oder biochemischen Aufschluss, gegebenenfalls in Kombination mit einem mechanischen Aufschluss, in Schritt (b) und der Abtrennung des aufgeschlossenen Materials kann ein optionaler Schritt (d) vorgesehen sein, in welchem das in Schritt (c) abgetrennte Material mit einem wasserbasierten Extraktionsmedium in Kontakt gebracht wird, und zwar bei einer Temperatur von 30°C bis 90°C. Durch diesen Schritt erfolgt eine Extraktion einer zweiten Fraktion an hydrophilen, d. h. wasserlöslichen, Aromastoffen. Zudem können in dem im Schritt (c) abgetrennten Material verbliebene wasserlösliche Stoffe, wie beispielsweise Zucker, entfernt werden. Gerade die Entfernung von Zucker trägt dazu bei, dass die Citrusfaser weniger adhäsiv ist und damit besser zu prozessieren und anzuwenden ist.
Im Rahmen der Erfindung wird unter dem „wasserbasierten Extraktionsmedium“ eine wässrige Flüssigkeit verstanden, die zu mehr als 50 Vol%, bevorzugt zu mehr als 60, 70, 80 oder sogar 90 Vol% aus Wasser besteht. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die wässrige Lösung kein organisches Lösungsmittel und insbesondere keinen Alkohol.
Das wasserbasierte Extraktionsmedium kann beispielsweise deionisiertes Wasser, Leitungswasser oder eine wässrige Salzlösung mit einer lonenstärke von I < 0.2 mol / 1 sein.
Das Gemisch aus diesem wasserbasierten Extraktionsmedium und dem im vorhergehenden Schritt abgetrennten Material wird als „wässrige Extraktionsmixtur“ bezeichnet.
Das wasserbasierte Extraktionsmedium weist vorteilhafterweise einen pH-Wert von 1 bis 7 auf, bevorzugt von 2 bis 6 und besonders bevorzugt von 3 bis 5.
Die Extraktion der zweiten Fraktion an Aromastoffen gemäß Schritt (d) erfolgt vorteilhafterweise bei einer Temperatur zwischen 30°C und 90°C, bevorzugt zwischen 40°C und 80°C und besonders bevorzugt zwischen 50°C und 70°C. Das Inkontaktbringen mit dem wasserbasierten Extraktionsmedium erfolgt vorteilhafterweise über eine Zeitdauer von zwischen 10 min und 2 Stunden, bevorzugt von zwischen 30 min und 1 Stunde.
Bei der Extraktion gemäß Schritt (d) beträgt die Trockenmasse in der wässrigen Extraktionsmixtur bestehend aus dem wasserbasierten Extraktionsmedium und dem in Schritt (c) abgetrennten Material vorteilhafterweise zwischen 0,1 Gew.% und 5 Gew.%, bevorzugt zwischen 0,5 Gew.% und 3 Gew.% und besonders bevorzugt zwischen 1 Gew.% und 2 Gew.%.
Es kann vorgesehen sein, dass die Extraktion gemäß Schritt (d) im Batch-Verfahren durchgeführt wird.
Vorteilhafter wird die Extraktion gemäß Schritt (d) unter mechanischer Bewegung der wässrigen Extraktionsmixtur durchgeführt. Dies erfolgt zweckmäßiger mittels Rühren und/oder Schütteln der wässrigen Extraktionsmixtur.
Mittels der Extraktion gemäß Schritt (d) erfolgt eine weitere Abreicherung von hydrophilen, d. h. wasserlöslichen, Aromastoffen in dem Rohmaterial.
Gemäß einer Verfahrensvariante werden grobe oder nicht aufgeschlossene Partikel aus der Extraktionsmixtur bestehend aus dem wasserbasierten Extraktionsmedium und dem abgetrennten Material durch Nasssiebung abgetrennt.
Wie die Erfinder festgestellt haben, bewirken der saure oder biochemische Aufschluss des Rohmaterials in wässriger Suspension und/oder das Einbringen mechanischer Energie in die wässrige Rohmaterial-Suspension gefolgt vom Inkontaktbringen der Suspension mit einem wasserbasierten Extraktionsmedium bereits eine deutliche Extraktion niedermolekularer organischer Aromastoffe wie Aldehyde, Ester, Carbonsäuren und Terpene auch ohne Anwesenheit organischer Lösungsmittel.
Wird der Extraktionsschritt (d) unter Verwendung des wasserbasierten Extraktionsmediums durchgeführt, so schließt sich Schritt (e) an, in welchem das an Aromastoffen weiter abgereicherte Material aus Schritt (d) von dem wasserbasierten Extraktionsmedium abgetrennt wird. Diese Abtrennung wird vorteilhafterweise mit Hilfe eines Dekanters, einer Bandpresse und/oder eines Separators durchgeführt, bevorzugt mit Hilfe eines Dekanters und/oder Separators. Gemäß einer Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die Extraktion gemäß Schritt (d) mit nachfolgender Trennung gemäß Schritt (e) mehrfach durchgeführt wird.
Im Schritt (f) erfolgt dann ein weiterer Extraktionsschritt, allerdings unter Verwendung eines alkoholbasierten Extraktionsmediums. Dabei wird eine dritte Fraktion an Aromastoffen extrahiert, welche Aromastoffe enthält, die weniger hydrophil bzw. hydrophober sind als die in der ersten und zweiten Fraktion enthaltenen Aromastoffe. Zu Unterscheidungszwecken werden die in der ersten und zweiten Fraktion enthaltenen Aromastoffe als hydrophil bezeichnet, und die in der dritten Fraktion enthaltenen Aromastoffe werden als hydrophob bezeichnet.
Das Gemisch aus dem alkoholbasierten Extraktionsmedium und dem im vorhergehenden Schritt abgetrennten Material wird als „alkoholische Extraktionsmixtur“ bezeichnet.
Das alkoholbasierte Extraktionsmedium ist vorteilhafterweise ein Alkohol, der ausgewählt sein kann aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol und Isopropanol.
Eine weitere Variante des Verfahrens sieht vor, dass das alkoholbasierte Extraktionsmedium vorteilhafterweise einen Anteil an Alkohol von zwischen 50 und 95 Vol% hat, bevorzugt von zwischen 55 und 80 Vol%, und besonders bevorzugt von zwischen 60 und 70 Vol%. Der Anteil an Alkohol im alkoholbasierten Extraktionsmedium kann beispielsweise 51 , 53, 55, 57, 59, 61 , 63, 65, 67, 69, 71 , 73, 75, 77, 79, 81 , 83, 85, 87, 89, 91 oder 93 Vol% betragen.
Der Extraktionsschritt erfolgt vorteilhafterweise bei einer Temperatur zwischen 40°C und 75°C, bevorzugt zwischen 50°C und 70°C und besonders bevorzugt zwischen 60°C und 65°C.
Das Inkontaktbringen mit dem alkoholbasierten Extraktionsmedium erfolgt vorteilhaft über eine Zeitdauer von zwischen 60 min und 10 h und bevorzugt von zwischen 2 h und 8 h.
Bei der Extraktion mit dem alkoholbasierten Extraktionsmedium beträgt die Trockenmasse in der alkoholischen Extraktionsmixtur bestehend aus dem alkoholbasierten Extraktionsmedium und dem im vorhergehenden Schritt abgetrennten Material vorteilhafterweise zwischen 0,5 Gew.% und 15 Gew.%, bevorzugt zwischen 1 ,0 Gew.% und 10 Gew.%, und besonders bevorzugt zwischen 1 ,5 Gew.% und 5,0 Gew.%. Die Extraktion mit dem alkoholbasierten Extraktionsmedium kann unter mechanischer Bewegung, insbesondere Rühren und/oder Schütteln, der alkoholischen Extraktionsmixtur durchgeführt werden, vorteilhafterweise in einem Behälter mit Rührwerk.
Eine Ausführungsvariante des Verfahrens sieht vor, dass das Verfahren diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt wird. Im Falle eines diskontinuierlichen Verfahrens wird das alkoholbasierte Extraktionsmedium nach erfolgter Trennung von dem an Aromastoffen abgereicherten Material mit einem Aromastoffe adsorbierenden Reinigungsmedium, insbesondere Aktivkohle, behandelt. Dabei wird das al kohol basierte Extraktionsmedium vorteilhafterweise in einem ersten Schritt in Gegenwart von Aktivkohle gerührt und/oder geschüttelt und in einem zweiten Schritt durch Dekantieren, Zentrifugieren oder Filtrieren isoliert. Alternativ oder ergänzend kann eine Rektifikation vorgesehen sein.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt - falls der Aufschluss im Schritt (b) eine Säurehydrolyse umfasst oder daraus besteht - bei und/oder nach der Extraktion mit dem alkoholbasierten Extraktionsmedium eine partielle Neutralisation durch Zugabe wenigstens eines Natrium- oder Kaliumsalzes, bevorzugt von NaOH oder KOH.
Bei und/oder nach der Extraktion mit dem alkoholbasierten Extraktionsmedium kann zusätzlich auch eine Entfärbung des Materials durchgeführt werden. Diese Entfärbung kann durch Zugabe eines oder mehrerer Oxidationsmittel erfolgen. Beispielhaft seien hier die Oxidationsmittel Chlordioxid und Wasserstoffperoxid erwähnt, die allein oder in Kombination angewendet werden können.
Jeder Extraktionsschritt mit dem alkoholbasierten Extraktionsmedium umfasst ein Inkontaktbringen des an Aromastoffen abgereicherten Materials mit dem alkoholbasierten Extraktionsmedium für eine bestimmte Zeitdauer, gefolgt von der Abtrennung des an hydrophilen und hydrophoben Aromastoffen abgereicherten Materials von dem alkoholbasierten Extraktionsmedium gemäß Schritt (g), wobei die Abtrennung so erfolgt, dass das abgetrennte an Aromastoffen abgereicherten Material einen Trockensubstanzgehalt von > 30 Gew.%, bevorzugt > 35 Gew.%, besonders bevorzugt > 40 Gew.% und insbesondere bevorzugt > 45 Gew.% hat. Damit beinhaltet der Abtrennungsschritt (g) auch einen Desolventisierungsschritt, der zu einem Material führt, das einen hohen Trockensubstanzgehalt und entsprechend einen geringen Gehalt an Extraktionsmedium aufweist. Die im Schritt (g) durch die verwendete Trennmethoden erzielte Desolventisierung basiert auf einer physikalischen Trennung von Feststoff und Lösungsmittel (wie bspw. Ausdrücken, Auspressen, Dekantieren oder Zentrifugieren) im Gegensatz zu einer chemischen Desolventisierung, wie sie bspw. durch Abdestillieren des Extraktionsmediums erzielt wird. Eine solche chemische Desolventisierung hat den Nachteil, dass die im Extraktionsmedium vorliegenden Aromastoffe im festen Material verbleiben und somit keine Reduzierung der Aromastoffe erfolgt.
Als Resultat des erfindungsgemäßen Abtrennungsschrittes (g) werden weitaus geringere Mengen an aromaaktiven Stoffen, die in diesem Extraktionsmedium vorliegen, in nachfolgende Prozessschritte (wie bspw. eine Trocknung) mit eingetragen. Es hat sich gezeigt, dass dies die Abreicherung der Citrusfaser an Aromastoffen noch einmal deutlich verbessert.
In einer Variante des Verfahrens erfolgt die vorgenannte Abtrennung mit Hilfe einer Schneckenpresse, eines Dekanters, einer Bandpresse und/oder eines Separators, bevorzugt mit Hilfe einer Schneckenpresse.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Extraktion gemäß Schritt (f) mit nachfolgender Trennung gemäß Schritt (g) mehrfach, insbesondere zweimal oder dreimal, durchgeführt, wobei zumindest im letzten der mehreren Extraktionsschritte die Abtrennung so durchgeführt wird, dass das im letzten Schritt abgetrennte an Aromastoffen abgereicherten Material einen Trockensubstanzgehalt von > 30 Gew.%, bevorzugt > 35 Gew.%, besonders bevorzugt > 40 Gew.% und insbesondere bevorzugt > 45 Gew.% hat.
Für eine zweifache Durchführung der Extraktion gemäß Schritt (f) mit jeweils nachfolgender Trennung gemäß Schritt (g) kann also die Trennung unter Erhalt eines Trockensubstanzgehaltes von > 30 Gew.%, bei der ersten und der zweiten Abtrennung oder nur bei der zweiten Abtrennung erfolgen, wobei es bevorzugt ist, dass die Trennung unter Erhalt eines Trockensubstanzgehaltes von > 30 Gew.% nur im zweiten, also dem letzten Trennungsschritt gemäß Schritt (g) erfolgt.
Für eine dreifache Durchführung der Extraktion gemäß Schritt (f) mit jeweils nachfolgender Trennung gemäß Schritt (g) kann also die Trennung unter Erhalt eines Trockensubstanzgehaltes von > 30 Gew.%, bei der ersten, der zweiten und der dritten Abtrennung, oder bei der zweiten und dritten Abtrennung, oder aber nur bei der dritten Abtrennung erfolgen, wobei es bevorzugt ist, dass die Trennung unter Erhalt eines Trockensubstanzgehaltes von > 30 Gew.% nur im dritten, also dem letzten Trennungsschritt gemäß Schritt (g) erfolgt. Nach einer vorteilhaften alternativen oder ergänzenden Ausführungsform erfolgt die Extraktion mit dem alkoholbasierten Extraktionsmedium im Gegenstromverfahren. Dies ist im Falle einer mehrstufigen Extraktion unter Verwendung des alkoholbasierten Extraktionsmediums besonders vorteilhaft. Die Abtrennung des an hydrophilen und hydrophoben Aromastoffen abgereicherten Materials findet bei Anwendung des Gegenstromverfahrens kontinuierlich während des Extraktionsvorgangs statt. Bei dieser Vorgehensweise kann der Abtrennungsschritt (g) einen integralen Bestandteil des Extraktionsschrittes (f) darstellen, er kann aber auch in herkömmlicher Weise als nachgeschalteter Trennungsschritt erfolgen. Dadurch wird das Verfahren vereinfacht, beschleunigt und weniger fehleranfällig.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform nimmt bei einer mindestens zweimaligen Extraktion mit einem alkoholbasierten Extraktionsmedium die finale Konzentration des Alkohols in der alkoholischen Extraktionsmixtur mit jedem Extraktionsschritt zu. Durch diesen inkrementell steigenden Anteil an Alkohol wird der Wasseranteil in dem Fasermaterial kontrolliert verringert, so dass die rheologischen Eigenschaften der Fasern bei den nachfolgenden Schritten zur Lösungsmittelentziehung und Trocknung erhalten bleiben und kein Kollabieren der funktionalisierten Faserstruktur erfolgt.
Eine weitere Variante des Verfahrens sieht vor, dass die finale Konzentration des Alkohols im ersten Extraktionsschritt zwischen 50 Vol.-% und 95 Vol.-%, bevorzugt zwischen 60 Vol.- % und 70 Vol.-%, im zweiten Extraktionsschritt zwischen 60 Vol.-% und 95 Vol.-%, bevorzugt zwischen 70 Vol.-% und 85 Vol.-%, und in einem optionalen dritten Extraktionsschritt zwischen 70 Vol.-% und 95 Vol.-%, bevorzugt zwischen 80 Vol.-% und 90 Vol.-%, beträgt.
Vor dem Trocknen im Schritt (h) kann ein zusätzlicher Schritt vorgesehen sein, mittels dessen eine teilweise oder vollständige Entfernung des Alkohols durch Inkontaktbringen des an hydrophilen und hydrophoben Aromastoffen abgereicherten Materials mit Wasserdampf erfolgt. Dazu wird vorzugsweise ein Stripper verwendet, bei dem das an Aromastoffen abgereicherte Material im Gegenstrom mit Wasserdampf als Strippgas in Kontakt gebracht wird. Dieser weitere Schritt kann auch von Schritt (g) oder Schritt (h) umfasst sein.
Im Schritt (h) erfolgt das Trocknen des im Schritt (g) abgetrennten, an hydrophilen und hydrophoben Aromastoffen abgereicherten Materials und im Anschluss daran gegebenenfalls gestrippten Materials, wobei das Trocknen eine Trocknung unter Normaldruck oder mittels Vakuumtrocknung umfasst.
Beispiele für geeignete Trocknungsverfahren mittels Normaldruck sind Wirbelschichttrocknung, Fließbetttrocknung, Bandtrockner, Trommeltrockner oder Schaufeltrockner. Besonders bevorzugt ist hier die Fließbetttrocknung. Diese hat den Vorteil, dass das Produkt aufgelockert getrocknet wird, was den anschließenden Vermahlschritt vereinfacht. Zudem vermeidet die Trocknungsart durch den gut dosierbaren Wärmeeintrag eine Schädigung des Produktes durch lokale Überhitzung.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Trocknen gemäß Schritt (h) eine Vakuumtrocknung und besteht bevorzugt aus einer Vakuumtrocknung. Bei der Vakuumtrocknung wird das abgetrennte, an hydrophilen und hydrophoben Aromastoffen abgereicherte Material und im Anschluss daran gegebenenfalls gestrippte Material als Trockengut einem Unterdrück ausgesetzt, was den Siedepunkt reduziert und somit auch bei niedrigen Temperaturen zu einer Verdampfung des Wassers und des gegebenenfalls noch enthaltenen Alkohols führt. Die dem Trockengut kontinuierlich entzogene Verdampfungswärme wird geeigneterweise bis zur Temperaturkonstanz von außen nachgeführt. Die Vakuumtrocknung hat den Effekt, dass sie den Gleichgewichtsdampfdruck erniedrigt, was den Kapillartransport begünstigt. Dies hat sich insbesondere für das vorliegende Citrusfasermaterial als vorteilhaft herausgestellt, da hierdurch die aktivierten geöffneten Faserstrukturen und damit die hieraus resultierenden rheologischen Eigenschaften erhalten bleiben. Vorzugsweise erfolgt die Vakuumtrocknung bei einem Unterdrück von weniger als 400 mbar, bevorzugt von weniger als 300 mbar, weiterhin bevorzugt von weniger als 250 mbar und insbesondere bevorzugt von weniger als 200 mbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren nach dem Trocknen in Schritt (h) zusätzlich einen Zerkleinerungs-, Vermahlungs- und/oder Siebschritt. Dieser ist vorteilhafterweise so ausgestaltet, dass als Ergebnis mindestens 90 Gew.% der Partikel eine Korngröße von weniger 250 pm, bevorzugt eine Korngröße von weniger als 200 pm und insbesondere eine Korngröße von weniger als 150 pm aufweisen. Bei dieser Korngröße ist die Faser gut dispergierbar und zeigt ein optimales Quellvermögen.
In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung eine an Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser bereit, die durch das hier beschriebene Herstellungsverfahren erhältlich ist oder dadurch erhalten wird. In einem dritten Aspekt stellt die Erfindung eine an Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser bereit, die einen Gesamtgehalt an aromaaktiven Aldehyden von weniger als 500 pg/kg Toluol-Äquivalente aufweist, vorteilhafterweise von weniger als 100 pg/kg Toluol-Äquivalente, bevorzugt von weniger als 50 pg/kg Toluol-Äquivalente, besonders bevorzugt von weniger als 10 pg/kg Toluol-Äquivalente. Vorzugsweise ist diese Citrusfaser durch das hier beschriebene Verfahren erhältlich oder wird dadurch erhalten.
In einem vierten Aspekt stellt die Erfindung eine an Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser bereit, die einen Gesamtgehalt an aromaaktiven Carbonsäuren von weniger als 500 pg/kg Toluol-Äquivalente aufweist, vorteilhafterweise von weniger als 100 pg/kg Toluol-Äquivalente, bevorzugt von weniger als 50 pg/kg Toluol-Äquivalente, besonders bevorzugt von weniger als 10 pg/kg Toluol-Äquivalente. Vorzugsweise ist diese Citrusfaser durch das hier beschriebene Verfahren erhältlich oder wird dadurch erhalten.
In einem fünften Aspekt stellt die Erfindung eine an Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser bereit, die einen Gesamtgehalt an aromaaktiven Terpenen von weniger als 1000 pg/kg Toluol-Äquivalente aufweist, vorteilhafterweise von weniger als 100 pg/kg Toluol-Äquivalente, bevorzugt von weniger als 10 pg/kg Toluol-Äquivalente, besonders bevorzugt von weniger als 1 pg/kg Toluol-Äquivalente. Vorzugsweise ist diese Citrusfaser durch das hier beschriebene Verfahren erhältlich oder wird dadurch erhalten.
In einem sechsten Aspekt stellt die Erfindung eine an Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser bereit, die ein Wasserbindevermögen von mehr als 5 g/g, bevorzugt von mehr als 10 g/g, besonders bevorzugt von mehr als 15 g/g und insbesondere bevorzugt von mehr als 20 g/g hat. Das Wasserbindevermögen kann beispielsweise mehr als 5 g/g, 6 g/g, 7 g/g, 8 g/g, 9 g/g, 10 g/g, 11 g/g, 12 g/g, 13 g/g, 14 g/g, 15 g/g, 16 g/g, 17 g/g, 18 g/g, 19 g/g, 20 g/g, 21 g/g, 22 g/g, 23 g/g, 24 g/g oder 25 g/g betragen,
Erfindungsgemäß wird eine an Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser bereitgestellt, die einen Gesamtgehalt an aromaaktiven Estern von weniger als 500 pg/kg Toluol-Äquivalente aufweist, vorteilhafterweise von weniger als 100 pg/kg Toluol- Äquivalente, bevorzugt von weniger als 50 pg/kg Toluol-Äquivalente, besonders bevorzugt von weniger als 10 pg/kg Toluol-Äquivalente. Vorzugsweise ist diese Citrusfaser durch das hier beschriebene Verfahren erhältlich oder wird dadurch erhalten.
Für die an Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser können die Merkmale der vorstehenden beschriebenen Aspekte drei bis sechs gegebenenfalls auch in beliebiger Permutation kombiniert werden. So kann die hier beanspruchte Citrusfaser in einer speziellen Ausführungsform alle Merkmale der beschriebenen Aspekte drei bis sechs aufweisen, wobei diese Citrusfaser vorzugsweise durch das hier beanspruchte Verfahren erhältlich ist oder dadurch erhalten wird.
In vorteilhafter Weise hat die an Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser einen Ballaststoffgehalt von 80 Gew.% bis 95 Gew.%.
In einem siebten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung einer an Aromastoffen abgereicherten, funktionalisierten Citrusfaser gemäß einer der weiter oben beschriebenen Ausführungsformen als Verdickungsmittel oder Strukturmittel in einem Lebensmittelerzeugnis, einem Futterprodukt, einem Getränk, einem Nahrungsergänzungsmittel, einem kosmetischen Erzeugnis, einem pharmazeutischen Erzeugnis, einem Waschmittelprodukt, einem Reinigungsmittelprodukt oder einem Medizinprodukt.
In einem achten Aspekt betrifft die Erfindung eine Mischung umfassend eine an Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser gemäß einer der weiter oben beschriebenen Ausführungsformen und ein isoliertes Pektin, welches bevorzugt ein niedrig verestertes Pektin, ein hoch verestertes Pektin oder ein niedrig verestertes amidiertes Pektin, oder eine Mischung hieraus, ist.
In einem neunten Aspekt betrifft die Erfindung ein Lebensmittelerzeugnis, Futterprodukt, Nahrungsergänzungsmittel, Getränk, kosmetisches Erzeugnis, pharmazeutisches Erzeugnis, Waschmittelprodukt, Reinigungsmittelprodukt oder Medizinprodukt, das unter Verwendung einer an Aromastoffen abgereicherten, funktionalisierten Citrusfaser gemäß einer der weiter oben beschriebenen Ausführungsformen hergestellt worden ist.
Definitionen
Eine Citrusfaser gemäß der Anmeldung ist eine hauptsächlich aus Fasern bestehende Komponente, die aus einer nichtverholzten pflanzlichen Zellwand einer Citrusfrucht isoliert wird und hauptsächlich aus Cellulose besteht. Der Begriff der Faser stellt in gewisser Hinsicht ein Misnomer dar, weil die Citrusfasern makroskopisch nicht als Fasern in Erscheinung treten, sondern ein pulverförmiges Produkt darstellen. Weitere Bestandteile der Citrusfaser sind unter anderem Hemicellulose und Pektin. Ein Pektin gemäß der Anmeldung ist definiert als ein pflanzliches Polysaccharid, das als Polyuronid im Wesentlichen aus a-1 ,4-glycosidisch verknüpften D-Galacturonsäure- Einheiten besteht. Die Galacturonsäureeinheiten sind partiell mit Methanol verestert. Der Veresterungsgrad beschreibt den Anteil der Carboxylgruppen in den Galacturonsäure- Einheiten des Pektins, welche in veresterter Form vorliegen, z.B. als Methylester.
Unter einem hochveresterten Pektin wird erfindungsgemäß ein Pektin verstanden, das einen Veresterungsgrad von mindestens 50% besitzt. Ein niedrigverestertes Pektin weist hingegen einen Veresterungsgrad von weniger als 50% auf. Der Veresterungsgrad beschreibt den prozentualen Anteil der Carboxylgruppen in den Galacturonsäure-Einheiten des Pektins, welche in veresterter Form vorliegen, z.B. als Methylester. Der Veresterungsgrad kann mittels der Methode nach JECFA (Monograph 19-2016, Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives) bestimmt werden.
Aromastoffe beziehungsweise aromaaktive Substanzen sind gemäß der vorliegenden Erfindung in sensorischer Hinsicht als solche flüchtigen organischen Verbindungen definiert, die einzeln oder im Gemisch insbesondere Lebensmitteln einen gewünschten Geruch oder Geschmack verleihen, also aromarelevant sind. Umfasst sind sowohl primäre Aromastoffe, die z. B. in Früchten in der intakten Zelle vorkommen, als auch sekundäre Aromastoffe, die aus - meist nichtflüchtigen - Vorstufen durch enzymatische, oxidative oder thermische Umsetzungen gebildet werden. Nicht zu den Aromastoffen zählen die Geschmacksstoffe, die Lebensmitteln die Geschmacksrichtungen süß, sauer, salzig oder bitter verleihen. Eine Vielzahl von Aromen ist auf flüchtige aromaaktive Substanzen zurückzuführen, die zur Klasse der Aromaten, z. B. Furane und Alkylpyrazine, Carbonsäuren, Ester, Terpene, Aldehyde oder Ketone gehören.
„Aromastoffe“ beziehungsweise „aromaaktive Substanzen“ sind gemäß der vorliegenden Erfindungen in chemischer Hinsicht als solche flüchtigen organischen Verbindungen definiert, die mittels Needle Trap-GC/MS detektiert werden können und zu den Klassen der Aromaten, z. B. Furane und Alkylpyrazine, Carbonsäuren, Ester, Terpene, Aldehyde oder Ketone gehören. Die Gruppe der aromaaktiven Aldehyde umfasst unter anderem folgende Verbindungen, wobei die Liste als nicht limitierend zu verstehen ist: Acetaldehyd, Propanal, Butanal, (E)-2-Butanal, Pentanal, (E)-2-Pentenal, Hexanal, (E)-2-Hexanal, Heptanal, (E)-2- Heptenal, Octanal, (E)-2-Octenal, Nonanal, (E)-2-Nonenal, Decanal, (E)-2-Decenal, 2- Methylpropanal, 2-Methyl-2-propanal, 3-Methylbutanal, 2-Methylbutanal, Benzaldehyd. Die Gruppe der aromaaktiven Carbonsäuren umfasst unter anderem folgende Verbindungen, wobei die Liste als nicht limitierend zu verstehen ist: Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Pentansäure, Hexansäure. Die Gruppe der aromaaktiven Terpene umfasst unter anderem folgende Verbindungen, wobei die Liste als nicht limitierend zu verstehen ist: alpha-Pinen, Limonen, p-Cymol, Valencen.
Flüchtige organische Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind kohlenstoffhaltige Stoffe, die bei 293,15 Kelvin einen Dampfdruck von 0,01 Kilo Pascal oder mehr hat oder unter den jeweiligen Verwendungsbedingungen eine entsprechende Flüchtigkeit aufweist.
In einem weiteren Aspekt sind „Aromastoffe“ beziehungsweise „aromaaktive Substanzen“ gemäß der vorliegenden Erfindung durch die sensorischen Eigenschaften definierbar, insofern sie als solche flüchtigen organischen Verbindungen definiert, die einzeln oder im Gemisch insbesondere Lebensmitteln einen gewünschten Geruch oder Geschmack verleihen, also aromarelevant sind. Umfasst sind sowohl primäre Aromastoffe, die z. B. in Früchten in der intakten Zelle vorkommen, als auch sekundäre Aromastoffe, die aus - meist nichtflüchtigen - Vorstufen durch enzymatische, oxidative oder thermische Umsetzungen gebildet werden. Nicht zu den Aromastoffen zählen die Geschmacksstoffe, die Lebensmitteln die Geschmacksrichtungen süß, sauer, salzig oder bitter verleihen. Eine Vielzahl von Aromen ist auf flüchtige aromaaktive Substanzen zurückzuführen, die zur Klasse der Aromaten, z. B. Furane und Alkylpyrazine, Carbonsäuren, Ester, Terpene, Aldehyde oder Ketone gehören.
Terpene sind gemäß der vorliegenden Erfindung eine Gruppe chemischer Verbindungen mit einer Vielfalt an Kohlenstoffgerüsten, deren gemeinsames Merkmal darin besteht, dass sich ihr Grundgerüst auf Isopren-Einheiten zurückführen lässt. Dies umfasst sowohl reine Kohlenwasserstoffe und damit Terpene im engeren Sinne als auch die Gruppe der Terpenoide. Terpenoide zeichnen sich dadurch aus, dass sich deren Grundgerüst ebenfalls von Isopren-Einheiten ableiten lässt, wobei das Kohlenstoffgerüst auch teilweise abgewandelt sein kann und/oder zusätzliche funktionelle Gruppen umfassen kann. Eine nicht-limitierende Liste der funktionellen Gruppen umfasst Alkohole, Ether, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren, Carbonsäure Ester und Glycoside.
An dieser Stelle sei explizit darauf hingewiesen, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die erläuterten Merkmale, Effekte und Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen bzw. erzielen zu können. Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination miteinander gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Es sei noch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein“, „zwei“ usw. im Regelfall als „mindestens“-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...“, „mindestens zwei...“ usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich oder technisch zwingend ist, dass dort nur „genau ein...“, „genau zwei...“ usw. gemeint sein können.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Ausführungsbeispiele
Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
1. Beschreibung des Herstellungsverfahrens anhand eines groben Fließbildes
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung der an Aromastoffen abgereicherten, funktionalisierten Citrusfaser als Fließdiagramm schematisch dargestellt. Ausgehend von dem Citrus-Trester 10 wird der Trester durch einen Aufschluss 20, beispielsweise eine Inkubation in einer aciden Lösung bei 70° bis 80°C durch Hydrolyse und unter Zuführung mechanischer Energie, aufgeschlossen. Darauf folgen zwei separate Schritte 30a (Dekanter) und 30b (Separator) zur möglichst vollständigen Abtrennung aller Partikel des aufgeschlossenen und an Aromastoffen abgereicherten Materials von der wässrigen Flüssigkeit, die die erste Fraktion an Aromastoffen enthält. Das abgetrennte Material wird einerwasserbasierten Extraktion 35 unterzogen. Hierbei wird das abgetrennte Material mit einem wasserbasierten Extraktionsmedium bei einer Temperatur von 40 °C bis 80 °C für eine Zeitdauer von 30 min bis 1 h in Kontakt gebracht. Aus der wässrigen Extraktionsmixtur bestehend aus dem wasserbasierten Extraktionsmedium und dem abgetrennten Material werden durch Nasssiebung grobe oder nicht aufgeschlossene Partikel abgetrennt. In Schritt 40 erfolgt dann die Abtrennung des an Aromastoffen abgereicherten Materials von dem wasserbasierten Extraktionsmedium, das die zweite Fraktion an Aromastoffen enthält. Anschließend werden insgesamt drei alkoholbasierte Extraktionsschritte durchgeführt. Zwei dieser Extraktionsschritte (50 und 70) erfolgen im Gegenstromverfahren mit jeweils anschließender Fest-Flüssigtrennung mittels Dekanter 60 und 80 wodurch die Extraktion der dritten und vierten Fraktion an Aromastoffen erfolgt. Der dritte Extraktionsschritt 90 erfolgt ebenfalls im Gegenstromverfahren mit anschließender Fest-Flüssigtrennung mit Schneckenpresse (100), um einen Trockensubstanzgehalt von > 45 Gew.% zu erhalten und einer fünften Fraktion an Aromastoffen. In Schritt 110 erfolgt schließlich die Vakuumtrocknung der Fasern, um dann die erfindungsgemäßen Citrusfasern 120 zu erhalten.
2. Testmethode zur Bestimmung der Korngröße
Figure imgf000025_0001
In einer Siebmaschine ist ein Satz von Sieben, deren Maschenweite vom unteren Sieb zum oberen stets ansteigt, übereinander angeordnet. Die Probe wird auf das oberste Sieb - das mit der größten Maschenweite gegeben. Die Probeteilchen mit größerem Durchmesser als die Maschenweite bleiben auf dem Sieb zurück; die feineren Teilchen fallen auf das nächste Sieb durch. Der Anteil der Probe auf den verschiedenen Sieben wird ausgewogen und in Prozent angegeben.
Durchführung:
Die Probe wird auf zwei Stellen nach dem Komma genau eingewogen. Die Siebe werden mit Siebhilfen versehen und mit steigender Maschenweite übereinander aufgebaut. Die Probe wird auf das oberste Sieb quantitativ überführt, die Siebe werden eingespannt und nach definierten Parametern verläuft der Siebprozess. Die einzelnen Siebe werden mit Probe und Siebhilfe sowie leer mit Siebhilfe gewogen. Soll bei einem Produkt nur ein Grenzwert im Korngrößenspektrum überprüft werden (z. B. 90 Gew.% < 250 pm), dann wird nur ein Sieb mit der entsprechenden Maschenweite verwendet.
Messvorgaben:
Probemenge: 15 g
Siebhilfen: 2 pro Siebboden
Siebmaschine: AS 200 digit, Fa. Retsch GmbH
Siebbewegung: dreidimensional
Schwingungshöhe: 1 ,5 mm Siebdauer: 15 min
Der Siebaufbau besteht aus den folgenden Maschenweite in pm: 1400, 1180, 1000, 710, 500, 355, 250, 200, 150 gefolgt vom Boden.
Die Berechnung der Korngröße erfolgt anhand folgender Formel:
Auswaage in g auf dem Sieb x 100
Anteil pro Sieb in % = - - -
Probeeinwaage in g
3. Testmethode zur Bestimmung des Wasserbindevermögens
Durchführung:
Man lässt die Probe mit einem Wasserüberschuss 24 Stunden bei Raumtemperatur quellen. Nach Zentrifugation und anschließendem Abdekantieren des Überstandes kann das Wasserbindungsvermögen in g H2O / g Probe gravimetrisch bestimmt werden. Der pH- Wert in der Suspension ist zu messen und zu dokumentieren.
Folgende Parameter sind einzuhalten:
Probeeinwaage:
Pflanzenfaser: 1 ,0 g (in Zentrifugenglas)
Wasserzugabe: 60 ml
Zentrifugation: 4000 x g
Zentrifugierdauer 10 min
20 Minuten nach Zentrifugierbeginn (bzw. 10 Minuten nach Zentrifugierende) trennt man den Wasserüberstand von der gequollenen Probe ab. Die Probe mit dem gebundenen Wasser wird ausgewogen.
Das Wasserbindungsvermögen (WBV) in g H2O / g Probe kann nun nach folgender Formel berechnet werden:
Probe mit gebundenem Wasser (g) - 1.0 g
WBV (g HiO/ Probe) = - ■ - -
1,0 g 4. Testmethode zur Bestimmung des Ballaststoffgehalts
Diese Methode stimmt im Wesentlichen sachlich überein mit der von der AOAC veröffentlichten Methode (Official Method 991.43: Total, Soluble and Insoluble Dietary Fiber in Foods; Enzymatic-Gravimetric Method, MES-TRIS Buffer, First Action 1991 , Final Action 1994.). Hier wurde lediglich mit Isopropylalkohol anstatt mit Ethanol gearbeitet.
5. Analyse der aromaaktiven Verbindungen (VOC)
Um geringe Konzentrationen an VOC in verschiedenen Proben mittels GC/MS analysieren zu können, muss vor der Analyse eine Probenanreicherung erfolgen. Für die Analyse der aromarelevanten Inhaltsstoffe der verschiedenen Citrusfaser-Prozessproben wurde zum einen die Needle Trap-Technik (NT) eingesetzt. Bei den Isopropyl (IPA)-haltigen Proben wurde zusätzlich die Festphasenmikroextraktion (Solid Phase Extraction, SPME) eingesetzt, da es beim Einsatz der NT durch die hohe Anreicherung zu starken Peak Überlagerungen mit IPA im Chromatogramm bis zu Retentionzeiten von ca. 13 min kam. Bei der SPME traten aufgrund der weniger starken Anreicherung kaum Peak Überlagerungen auf. Die jeweiligen Proben wurden bis zur Analyse gekühlt gelagert.
5.1 Analyse der VOC mittels HS-SPME-GC/MS
Die SPME kombiniert die Probenahme und Anreicherung der Analyten in einem Schritt und ermöglicht eine direkte Übertragung der Analyten in einen GC. Für die SPM E-Methode wird eine beschichtete Faser in einem speziellen Fieldsampler verwendet. Die beschichtete Faser wird der Probe für eine definierte Zeit ausgesetzt, wobei die Analyten je nach Beschichtungsmaterial adsorptiv oder absorptiv gebunden werden. Nach der Extraktion werden die Analyten im GC-lnjektor thermisch von der Faserbeschichtung desorbiert.
5.1.1 Probenvorbereitung
Für die Analyse wurde jeweils ein Volumen von ca. 5 mL, entsprechend 1 - 3 g Probe in ein 15 mL-Headspace-Vial gewogen. Vor der Analyse wurde die Probe 10 min bei 40 °C unter Schütteln konditioniert. Direkt anschließend erfolgte eine Anreicherung der flüchtigen Substanzen mittels SPME aus dem Headspace über der Probe. Die Messbedingungen sind wie folgt:
SPME-Phase: Carboxen/Polydimethylsiloxan (PDMS), 75 pm (Supelco,
Sigma-Aldrich, Taufkirchen, BRD) SPM E-Anreicherungszeit: 30 min
Anreicherungstemperatur: 40 °C
Desorptionstemperatur: 290 °C
Desorptionszeit: 5 min
5.1.2 Beschreibung des GC/MS-Systems
Die Messungen wurden an dem folgenden GC/MS-System durchgeführt:
Gerät HP 6890N Gas Chromatograph (Agilent Technologies, Waldbronn)
Injektor split/splitless-lnjektor; splitless-Modus (45 s), Druckstoß (30 s) Trennsäule VF-624ms, 30 m, I.D. 0,25 mm, Filmdicke 1 ,4 pm
T rägergas Helium
Detektor HP 5973 Mass Selective Detector, Scan-Modus: m/z 25 - 350
Datenaufnahme HP-ChemStation, Version A.03.00
Die Identifizierung der einzelnen Substanzen erfolgte anhand von Massenspektren- Datenbanken (Me. Lafferty, 2000; Wallace, 2020 - Mass Spectra), Retentionsindices (Wallace, 2020 - Retention indices) und falls vorhanden, durch den Vergleich der Retentionszeiten mit denen von Standardsubstanzen.
McLafferty, F. (2000): Wley Registry of Mass Spectral Data, seventh ed., Wiley, New York.
Wallace, W. E. (2020): Mass Spectra / Retention Indices. NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. Eds. P.J. Linstrom and W.G. Mallard, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD, 20899, https://doi.Org/10.18434/T4D303.
5.1.3 Bestimmung der Gehalte der Probeninhaltsstoffe
Die Gehalte der identifizierten Probeninhaltsstoffe wurden als Toluol-Äquivalente semiquantitativ ermittelt. Für die Kalibrierung wurden drei Aliquote einer Isopropanolprobe mit verschiedenen Toluol-Konzentrationen aufgestockt. Anschließend erfolgte die SPME- Anreicherung und GC/MS-Analyse wie in Kapitel 5.1.1 und 5.1.2 beschrieben. Es ergab sich ein Messbereich 30 bis 870 pg/L Toluol. Die Kalibrierkenndaten sind in der Tabelle unter Punkt 5.2.3 dargestellt.
5.2 Analyse der VOC mittels Needle Trap-GC/MS Die flüchtigen Inhaltsstoffe der Citrusfaser-Proben wurden mittels Needle Trap-GC/MS identifiziert und ihre Konzentrationen als Toluol-Äquivalente angegeben.
Um geringe Konzentrationen an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) in verschiedenen Proben mittels GC/MS analysieren zu können, muss vor der Analyse eine Probenanreicherung erfolgen. Für die Analyse der Proben wurde die Needle Trap-Technik eingesetzt. Die Needle Trap ist eine Mikro-Adsorptionseinheit, die aus einer Kanüle (23 Gauge) besteht, die mit einer geringen Menge (<1 mg) stark anreichernder Sorbenzien gefüllt ist. Für die Anreicherung der flüchtigen Substanzen wird ein definiertes Luftvolumen aus dem Headspace über der Probe mittels einer Pumpe durch die Needle Trap gesaugt, wobei die aromaaktiven Substanzen auf dem Sorbens zurückgehalten werden. Die anschließende Abtrennung der Analyten vom Sorptionsmaterial erfolgt thermisch im GC- Injektor.
5.2.1 Probenanreicherung:
Für die Analyse wurden jeweils ein Volumen von ca. 5 mL, entsprechend 1 ,5 - 3 g Probe in ein 15 mL-Headspace-Vial gewogen. Vor der Analyse wurde die Probe 15 min bei 40 °C unter Schütteln konditioniert. Direkt anschließend erfolgte eine Anreicherung der flüchtigen Substanzen mittels Needle Trap-Technik aus dem Headspace über der Probe.
Messbedinqunqen:
Needle Trap Tenax TA/Carbopack X/Carboxen 1000 (PAS Technology Deutschland, Magdala)
Probenvolumen 20 mL
Durchflussrate 3 mL/min
Desorptionstemperatur 280 °C
Desorptionszeit 45 s
Die Messungen wurden an unter Punkt 5.1.2 beschriebenen GC/MS-System durchgeführt.
Die Identifizierung der einzelnen Substanzen erfolgte wie unter Punkt 5.1.3 beschreiben anhand von Massenspektren-Datenbanken, Retentionsindices, und falls vorhanden, durch den Vergleich der Retentionszeiten mit denen von Standardsubstanzen.
5.2.2 Gehalte der aromaaktiven Verbindungen: Die Gehalte der identifizierten Probeninhaltsstoffe wurden als Toluol-Äquivalente semiquantitativ bestimmt. Hierfür wurde davon ausgegangen, dass die flüchtigen Inhaltsstoffe vollständig aus der Probe in den Headspace übergehen. Für die Kalibrierung wurden 2,5 pL Toluol in einer Gasmaus verdampft. Zur Herstellung der verschiedenen Kalibriergas-Konzentrationen wurde dieses Standardgas verdünnt. Anschließend erfolgte die Anreicherung und GC/MS-Analyse wie unter Punkt 5.2.1 beschrieben. Es ergab sich ein Messbereich von 0,003 bis 3,1 mg/m3 bzw. 0,01 bis 25 pg/kg bezogen auf die Probeneinwaage. Die Kalibrierkenndaten sind in der Tabelle unter Punkt 5.2.3 dargestellt.
5.2.3 Toluol-Kalibrierkenndaten:
Figure imgf000030_0001
Die Methode erfüllt die Anforderungen der DIN 32645 (2008) (Chemische Analytik - Nachweis-, Erfassungs- und Bestimmungsgrenze unter Wiederholbedingungen - Begriffe, Verfahren, Auswertung. Beuth Verlag, Berlin) an die Kalibrationsparameter. Zur Bestimmung der Gehalte der Probeninhaltsstoffe wurden die mittels GC/MS gemessenen Peakflächen herangezogen und anhand der Toluol-Kalibrierdaten die Toluol-Äquivalente berechnet. Die unterschiedlichen Responsefaktoren der Substanzen wurden nicht berücksichtigt.
Ergebnis: Analysierte Gehalte an aromaaktiven Substanzen
Zu Vergleichszwecken wurde eine Probe „Zitronenschalen-Faser, ungewaschen“ unter identischen Bedingungen analysiert. Bei dieser Probe handelte es sich um eine Flavedoreiche Zitronenschale, welche bei 60 °C getrocknet und anschließend zu Partikeln vermahlen wurde, welche eine Korngröße von weniger als 500 pm aufwiesen. Diese Probe wurde also keiner Extraktion unter Verwendung eines wasserbasierten Extraktionsmediums und eines alkoholbasierten Extraktionsmediums unterzogen.
Die analysierten Gehalte an aromaaktiven Substanzen sind für alle untersuchten Proben in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Die Einheit ist jeweils „pg/kg Toluol-Äquivalente“.
Figure imgf000030_0002
Figure imgf000031_0001
Zusätzlich wurde die erfindungsgemäße Citrusfaser hinsichtlich dem Gehalt aromaaktiver Substanzen mit anderen kommerziell erhältlichen Citrusfasern verglichen. Die analysierten Gehalte an ausgewählten aromaaktiven Substanzen sind für die untersuchten Proben in der nachfolgenden Tabelle angegeben, wobei sowohl die ausgewählten aromaaktiven
Verbindungen dargestellt sind, als auch die Summen für die jeweilige Stoffklasse. Die Einheit ist jeweils „pg/kg Toluol-Äquivalente“. BG: Bestimmungsgrenze (0,02 pg/kg Toluol- Äquivalente), n.n.: nicht nachweisbar (<0,008 pg/kg Toluol-Äquivalente).
Figure imgf000031_0002
Weiterhin findet sich in Fig. 2 eine Tabelle, die die Gehalte der aromaaktiven Substanzen nach den jeweiligen Extraktionsschritten im Faser-Material darstellt und somit den Verlauf der Extraktion und der stufenweisen Abreicherung der Aromastoffe abbildet. Hierbei wird deutlich, dass bereits die wässrigen Extraktionsschritte zu einer deutlichen Abnahme der aromaaktiven Substanzen führen. Beachtlicherweise steigt allerdings der Gehalt an Carbonsäuren bei der wässrigen Extraktion zunächst an, was darauf zurückzuführen ist, dass die im Ausgangsmaterial vorliegenden schwer-extrahierbaren Carboxylate durch den sauren Aufschluss oder das saure Abstoppen des enzymatischen Aufschlusses im Schritt (b) profaniert werden und erst dadurch leicht aus dem Material extrahiert werden können. Die Einheit ist jeweils „pg/kg Toluol-Äquivalente“.
Auswertung:
Mittels des hier beschriebenen Verfahrens können reproduzierbar an Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfasern hergestellt werden. Diese weisen im Vergleich zu Fasern, welche insbesondere keiner hier beschriebenen Extraktion unter Verwendung eines wasserbasierten Extraktionsmediums und eines alkoholbasierten Extraktionsmediums unterzogen wurden, ein deutlich geringeres Eigenaroma bei zufriedenstellenden funktionellen Eigenschaften auf. Mithin sind die hier beschriebenen funktionalisierten Citrusfasern besonders vielfältig einsetzbar.
Bezugszeichenliste:
10 Citrus-Trester
20 Aufschluss
30a 1. Fest-Flüssig Trennung Dekanter
30b 2. Fest-Flüssig Trennung Separator
35 Extraktion mittels wässrigem Extraktionsmedium und anschließender Nasssiebung
40 Fest-Flüssig-Trennung Dekanter
50 1. Extraktion mit Alkohol
60 Fest-Flüssig Trennung Dekanter
70 2. Extraktion mit Alkohol
80 Fest-Flüssig Trennung Dekanter
90 3. Extraktion mit Alkohol
100 Fest-Flüssig Trennung mit Schneckenpresse mit TS > 45 Gew%
110 Vakuumtrocknung
120 Erhaltene funktionalisierte und sensorisch neutrale Citrusfaser

Claims

- 32 -
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer an Aromastoffen abgereicherten, funktionalisierten Citrusfaser umfassend die folgenden Schritte:
(a) Bereitstellen eines Rohmaterials, das Zellwandmaterial einer essbaren Citrusfrucht enthält;
(b) Aufschluss des Rohmaterials, welcher umfasst i. eine Inkubation einer wässrigen Suspension des Rohmaterials bei einem sauren pH-Wert oder ii. eine enzymatische Behandlung einer wässrigen Suspension des Rohmaterials und/oder iii. ein Einbringen mechanischer Energie in eine wässrige Suspension des Rohmaterials;
(c) Ein- oder mehrstufige Trennung des aufgeschlossenen und an Aromastoffen abgereicherten Materials aus Schritt (b) von der wässrigen Flüssigkeit, welche eine erste Fraktion an Aromastoffen enthält;
(d) Extraktion einer zweiten Fraktion an Aromastoffen durch Inkontaktbringen des in Schritt (c) abgetrennten Materials mit einem wasserbasierten Extraktionsmedium bei einer Temperatur von 30°C bis 90°C;
(e) Trennung des an Aromastoffen abgereicherten Materials aus Schritt (d) von dem wasserbasiertem Extraktionsmedium;
(f) Extraktion einer dritten Fraktion an Aromastoffen durch Inkontaktbringen des in Schritt (c) oder (e) abgetrennten Materials mit einem alkoholbasiertem Extraktionsmedium;
(g) Trennung des an Aromastoffen abgereicherten Materials aus Schritt (f) von dem alkoholbasiertem Extraktionsmedium;
(h) Trocknen des in Schritt (g) abgetrennten Materials zum Erhalten der an Aromastoffen abgereicherten, funktionalisierten Citrusfaser, wobei die Schritte (d) und (e) optional durchgeführt werden und die Trennung im Schritt (g) so durchgeführt wird, dass das abgetrennte, an Aromastoffen abgereicherte Material einen Trockensubstanzgehalt von > 30 Gew.%, bevorzugt e 35 Gew.%, besonders bevorzugt > 40 Gew.% und insbesondere bevorzugt > 45 Gew.% hat. - 33 - Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial einen Rückstand aus der Verarbeitung von Citrusfrüchten darstellt und bevorzugt ein Citrustrester oder eine Citruspulpe ist. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Citrusschale, Citrus- Albedo, Citrus-Flavedo, Citrusvesikel, Citrusmembran, Citrustrester, Citruspulpe und bevorzugt Citrus-Albedo und/oder Citrus-Flavedo ist. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen mechanischer Energie in die wässrige Suspension des Rohmaterials im Schritt (b) unter Verwendung eines Verfahrens erfolgt, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hochleistungs-Scherbehandlung, Druckhomogenisierung, Kolloidvermahlung, Extrudieren, Ultraschallbehandlung, Microfluidizer, Zahnkranzdispergierer und Kombinationen hiervon. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Inkubation bei einem sauren pH-Wert im Schritt (b) eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt: i. Verwendung einer organischen Säure insbesondere Citronensäure; ii. Verwendung einer Mineralsäure insbesondere Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure oder schweflige Säure, wobei Salpetersäure bevorzugt ist; iii. der pH-Wert der Suspension liegt zwischen pH = 0,5 und pH = 4,0, bevorzugt zwischen pH = 1 ,0 und pH = 3,5 und besonders bevorzugt zwischen pH = 1 ,5 und pH = 3,0; iv. die Inkubation erfolgt bei einer Temperatur zwischen 60°C und 95°C, bevorzugt zwischen 70°C und 90°C und besonders bevorzugt 75°C und 85°C; v. die Inkubation erfolgt über eine Zeitdauer von 60 min bis 8 Stunden, bevorzugt von 2 Stunden bis 6 Stunden; vi. die Suspension hat eine Trockenmasse von zwischen 0,5 Gew% und 5 Gew%, bevorzugt von zwischen 1 Gew% und 4 Gew%, und besonders bevorzugt von zwischen 1 ,5 Gew% und 3 Gew%; vii. die Suspension wird während der Inkubation gerührt und/oder geschüttelt. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die enzymatische Behandlung im Schritt (b) mit einem oder mehreren der folgenden Enzyme erfolgt: Pektinasen, Cellulasen, Hemicellulasen. 7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung im Schritt (c) mit einem Dekanter, einem Separator und/oder einer Bandpresse erfolgt.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion einer zweiten Fraktion an Aromastoffen in Schritt (d) eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt: i. das wasserbasierte Extraktionsmedium ist destilliertes Wasser oder Trinkwasser; ii. die wasserbasierte Extraktionsmedium ist eine Salzlösung mit einer lonenstärke von I < 0,2 mol / 1; iii. das wasserbasierte Extraktionsmedium weist einen pH-Wert von 1 bis 7, bevorzugt von 2 bis 6 und besonders bevorzugt von 3 bis 5 auf; iv. die Extraktion erfolgt bei einer Temperatur zwischen 30°C und 90°C, bevorzugt zwischen 40°C und 80°C und besonders bevorzugt zwischen 50°C und 70°C; v. das Inkontaktbringen mit dem wasserbasierten Extraktionsmedium erfolgt über eine Zeitdauer von zwischen 10 min und 2 h, bevorzugt von zwischen 30 min und 1 h; vi. die Trockenmasse in der wässrigen Extraktionsmixtur bestehend aus dem wasserbasierten Extraktionsmedium und dem in Schritt (c) abgetrennten Material beträgt zwischen 0,1 Gew.% und 5 Gew.%, bevorzugt zwischen 0,5 Gew.% und 3 Gew.%, und besonders bevorzugt zwischen 1 Gew.% und 2 Gew.%; vii. der Extraktionsschritt wird im Batch-Verfahren durchgeführt; viii. der Extraktionsschritt wird unter Rühren und/oder Schütteln durchgeführt.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung des an Aromastoffen abgereicherten Materials von dem wasserbasierten Extraktionsmedium gemäß Schritt (e) mit Hilfe eines Dekanters, einer Bandpresse und/oder eines Separators durchgeführt wird.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion gemäß Schritt (d) mit nachfolgender Trennung gemäß Schritt (e) mehrfach durchgeführt wird. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion einer dritten Fraktion an Aromastoffen mit einem alkoholbasierten Extraktionsmedium in Schritt (f) eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt: i. der Alkohol ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol und Isopropanol; ii. das alkoholbasierte Extraktionsmedium hat einen Anteil an Alkohol von zwischen 50 und 95 Vol%; iii. die Extraktion erfolgt bei einer Temperatur zwischen 40°C und 75°C, bevorzugt zwischen 50°C und 70°C und besonders bevorzugt zwischen 60°C und 65°C; iv. das Inkontaktbringen mit dem alkoholbasierten Extraktionsmedium erfolgt über eine Zeitdauer von zwischen 60 min und 10 h, bevorzugt von zwischen 2 h und 8 h; v. die Trockenmasse in der alkoholischen Extraktionsmixtur bestehend aus dem alkoholbasierten Extraktionsmedium und dem in Schritt (d) abgetrennten Material beträgt zwischen 0,5 Gew% und 15 Gew.%, bevorzugt zwischen 1 ,0 Gew.% und 10 Gew.%, und besonders bevorzugt zwischen 1 ,5 Gew.% und 5,0 Gew.%; vi. die Extraktion erfolgt im Gegenstromverfahren; vii. der Extraktionsschritt wird unter Rühren und/oder Schütteln durchgeführt. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung des an Aromastoffen abgereicherten Materials von dem alkoholbasierten Extraktionsmedium gemäß Schritt (g) mit Hilfe einer Schneckenpresse, eines Dekanters, einer Bandpresse und/oder eines Separators durchgeführt wird. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion gemäß Schritt (f) mit nachfolgender Trennung gemäß Schritt (g) mehrfach durchgeführt wird und zumindest bei der letzten dieser mehrfachen Extraktionen die Trennung im Schritt (g) so durchgeführt wird, dass das abgetrennte Material einen Trockensubstanzgehalt von > 30 Gew.%, bevorzugt > 35 Gew.%, besonders bevorzugt > 40 Gew.% und insbesondere bevorzugt > 45 Gew.% hat. - 36 - Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach dem Trocknen in Schritt (h) zusätzlich einen Zerkleinerungs-, Vermahlungs- und/oder Siebschritt umfasst, wobei bevorzugt Partikel erhalten werden, welche eine Korngröße von kleiner 250 pm, bevorzugt eine Korngröße von weniger als 200 pm und insbesondere eine Korngröße von weniger als 150 pm aufweisen. An Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gesamtgehalt an Aldehyden von weniger als 500 pg/kg Toluol-Äquivalente, bevorzugt von weniger als 100 pg/kg Toluol-Äquivalente, besonders bevorzugt von weniger als 50 pg/kg Toluol-Äquivalente und insbesondere bevorzugt von weniger als 10 pg/kg Toluol-Äquivalente aufweist, bevorzugt erhalten durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14. An Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gesamtgehalt an Carbonsäuren von weniger als 500 pg/kg Toluol-Äquivalente, bevorzugt von weniger als 100 pg/kg Toluol- Äquivalente, besonders bevorzugt von weniger als 50 pg/kg Toluol-Äquivalente und insbesondere bevorzugt von weniger als 10 pg/kg Toluol-Äquivalente aufweist, bevorzugt erhalten durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14. An Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gesamtgehalt an Terpenen von weniger als 1000 pg/kg Toluol-Äquivalente, bevorzugt von weniger als 100 pg/kg Toluol-Äquivalente, besonders bevorzugt von weniger als 10 pg/kg Toluol-Äquivalente und insbesondere bevorzugt von weniger als 1 pg/kg Toluol-Äquivalente aufweist, bevorzugt erhalten durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14. An Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Wasserbindevermögen von mehr als 5 g/g, bevorzugt von mehr als 10 g/g, besonders bevorzugt von mehr als 15 g/g und insbesondere bevorzugt von mehr als 20 g/g hat. Verwendung einer an Aromastoffen abgereicherten, funktionalisierten Citrusfaser gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18 als Verdickungsmittel oder Strukturmittel in einem Lebensmittelerzeugnis, einem Futterprodukt, einem Getränk, einem Nahrungsergänzungsmittel, einem kosmetischen Erzeugnis, einem - 37 - pharmazeutischen Erzeugnis, einem Waschmittelprodukt, einem Reinigungsmittelprodukt oder einem Medizinprodukt. Mischung umfassend eine an Aromastoffen abgereicherte, funktionalisierte Citrusfaser gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19 und ein isoliertes Pektin, welches bevorzugt ein niedrig verestertes Pektin, ein hoch verestertes Pektin oder ein niedrig verestertes amidiertes Pektin, oder eine Mischung hieraus, ist. Lebensmittelerzeugnis, Futterprodukt, Nahrungsergänzungsmittel, Getränk, kosmetisches Erzeugnis, pharmazeutisches Erzeugnis, Waschmittelprodukt, Reinigungsmittelprodukt oder Medizinprodukt hergestellt unter Verwendung einer an Aromastoffen abgereicherten, funktionalisierten Citrusfaser gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19.
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