DE1692754C2 - Verfahren zum Herstellen eines Proteinnahrungsmittels - Google Patents

Description

trockene Produkt in einen eßbaren Zustand zu überfuhren. Außerdem war die Faserbildung nicht zufriedenstellend.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das gattungsgemäße Verfahren derart fortzuentwickeln, daß die Faserbildung verbessert wird, um eine Zellstruktur zu erreichen, die der von Fleisch noch ähnlicher ist. als dies bisher erreicht wurde. Ferner soll die Rehydratisierung des trockenen Produkts einfacher, d.h. ohne Kocher; oder Dampfbehandlung im Autoklaven, erfolgen können. Darüber hinaus soll es möglich sein, die Eigenschaften des Nahrungsmittels in einfacher Weise zu verändem.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Gattung ausgehend von den Maßnahmen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß das Extrudieren in der Weise erfolgt, daß man das erhitzte, unter Druck gesetzte, mechanisch durchgearbeitete Material durch erste verengte öffnungen in einen Raum drückt, in dem es auf erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck gehalten wird, und dann durch zweite verengte Öffnungen in eine Umgebung mit einem erheblich unter dem erhöhten Druck liegenden Druck extrudiert

Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich sehr schmackhafte fleischähnliche Nahrungsmittelprodukte mit hohem Nährwert aus proteinhaltigen pflanzlichen Stoffen, insbesondere Sojabohnenmehl herstellen. Das Verfahren ist mit relativ hoher Produktivität durchführbar durch kontinuierlichen Produktaustrag. Der Anteil an Protein im Produkt kann nach Wunsch belie big variiert werden.

Weiterhin wird es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, aus einem proteinhaltigen pflanzlichen Stoff ein fleischähnliches Produkt zu erhalten, das schnell und billig während der Herstellung getrocknet werden kann und das in üblicher Weise über längere Zeiträume in trockenem Zustand ohne Kühlung gespeicherl werden kann. Insbesondere kann das Produkt schnell, nämlich innerhalb weniger Sekunden mil Wasser versetzt werden und zwar auf einfachste Weise, d. h. ohne Kochen oder Erwärmen, ohne Autoklavbehandlung oder Dampfbehandlung, indem einfach eine wäßrige Flüssigkeit zugesetzt wird.

Zur weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird dem proteinhaltigen Material vor dem Extrudieren ein Schwefel enthaltendes Reagenz zugegeben, um die gewünschte Faserbildung beim Extrudieren nach mechanischer Bearbeitung bei erhöhtem Druck und Temperatur zu verbessern.

Das erfindungsgemäße Produkt besitzt darüber hinaus eine faserige Gitterwerkstruktur, die aussieht und wirkt wie die Muskelfasern im richtigen Fleisch, wobei dieses Produkt jedoch nur einen Bruchteil desjenigen von Fleisch kostet.

Zur Erläuterung der Erfindung zeigt in den Zeichnungen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Extruderanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1 längs der Linie H-Il,

Fig.3 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1 längs der Linie HI-III und

F i g. 4 einen Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform eines Extruders.

Zur Durchführung des erfindungsgcmäßen Verfahrens ist es von Wichtigkeit, das öl durch chemische Lösungsmittelverfahren aus den pflanzlichen proicinhaltigen Ausgangsstoffen, für die Sojabohnenmehl stellvertretend ist, zu extrahieren und nicht durch mechanische Preßverfahren, da das dem Extruder bei diesem Verfahren zugeführte Mehl im wesentlichen ölfrei sein soll. Werden mechanische Preßverfahren angewandt, so folgt diesen die chemische Lösungsmittelbehandlung.

bevor das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.

Es hat sich herausgestellt, daß- wenn das Sojabohnenmehl im wesentlichen frei von Restöl ist, z. B. etwa 0,5 Gew.-% oder weniger, eine ausgezeichnete fleischsimulierende Faserbildung während des Extrudierens erhalten wird und das Produkt beim Austrag aus dem Extruder eine gesteuerte und ausgezeichnete Schäum-

is rate erhält. Liegt der Resiölgehali im Sojabohnenmehl in geringerer Menge vor, z. B. bei etwa 2 Gew.-% oder weniger, so kann man durch das erfindungsgemäße Verfahren ein brauchbares Produkt erhalten, da sich eine begrenzte Faserstruktur bildet, die aber — verglichen mit der von praktisch ölfreiem Sojabohnenmehl — noch schlecht ist. Liegt darüber hinaus der RestöJgehalt erheblich über der genannten geringfügigen Menge, z. B. bei etwa 5 Gew.-% des Sojabohnenmehls, so tritt eine geringe oder keine faserige Bildung auf. Kein anderes pflanzliches oder tierisches öl oder Fette sollen dem Sojabohnenmehl vor dem Extrudieren zugesetzt werden. Beide Ausdrücke »öl« oder »Fett« sollen hierbei pflanzliche öle und Fette oder tierische öle und Fette, sei es in flüssiger oder fester Form, umfassen.

jo Ein weiteres wichtiges Kriterium, das man für die Sojabohnenmehlzusammensetzung gefunden hat. ist der tatsächliche Kohlenhydratanteil. Diese Komponente besitzt einen Einfluß auf die Größe der Expansion des Produktes. Zur Herstellung eines optimalen, fleischähn-

j5 liehen Produktes muli das Produkt eine miteinander verbundene Fasergitierwerkausbildung aufweisen, die den Anschein, das Aussehen, den Griff und das Verhallen, wie Muskelfleischfasern, aufweisen muß. Um dies zu erreichen, muß das Produkt beim Austrag aus dem Extruder gesteuert expandiert bzw. geschäumt werden. Die Expansion ist jedoch begrenzt, damit nicht eine übermäßige Aufblähung eintritt. Ein übermäßiges Aufblähen zerstört oder begrenzt zumindest die Bildung der gitterartigen Natur der Fasern. Im Hinblick auf diesen Faktor wurde experimentell ;cstgclegt, daß der Kohlehydratgehalt, falls er in einer Menge über einem bestimmten Minimum vorhanden ist, die Größe der Expansion oder dus Blähen so ausreichend steigert, daß die Faserstruktur wenigstens teilweise oder völlig aufgebrachen oder zerstört wird. Insbesondere sollte der natürliche Kohlenhydratgehalt von etwa 33 Gew.-% nicht um mehr als etwa 5% an zugesetztem Kohlenhydrat gesteigert werden. Wird z. B. der Kohlenhydratgehalt um 15Gew.-% an zugesetztem Kohlehydrat gesteigert.

so wird eine Fascrbildung gewöhnlich verhindert oder die Möglichkeit hierfür zerstört.

Vor dem Einführen in den Extruder wird das Sojabohnenmehl in einer bestimmten Menge an wäßriger Flüssigkeit vermischt, z. B. reinem Wasser um einen not-

M) wendigen minimalen Feuchtigkeitsgehalt herbeizuführen.

Sojabohncnmehl und der nässende Zusatz werden in eine piv'aisch homogene Masse vor dem Einspeisen in den Extruder vermischt. Der Feuchtigkeitsgehalt sollte

b) 20 bis 40 Gcu.-% der Gesamimischung betragen. Vorzugsweise liegt der Feuchtigkeitsgehalt zwischen 30 und 40%. wenn Natriumhydroxyd nicht zugesetzt ist. Ist ein solcher Zusatz erfolßt. so lieet dor bi*vnr7nirip F^m-hiltr-

keitsgehalt zwischen 23 und 34%. Auf jeden Fall ist die Feuchtigkeit eine wesentliche Komponente in der Sojabohnenmehlmischung.

Eine Regelung des pH-Wertes ist bei dem erfindungsgeinäßen Verfahren ebenfalls von Bedeutung. Der normale pH-Wert des Sojabohnenmehls nach der ölextraktion liegt gewöhnlich im Bereich von 6 bis 7, üblicherweise bei 6,9. Obwohl Experimente bereits gezeigt haben, daß Sojabohnenmehl mit in weiten Grenzen variierendem pH-Wert nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit großem Vorteil extrudiert werden kann, so hat sich doch herausgestellt, daß das resultierende Produkt erheblich in Eigenschaften und Qualität in Abhängigkeit vom pH-Wert schwankt. Im allgemeinen ist es wünschenswert, den pH-Wert innerhalb des breiten Bereiches von 5 bis !2 zu halten, da unter 5 und oberhalb 12 eine sehr schlechte Faserbildung eintritt. Innerhalb dieses breiten Bereiches sollte der pH-Wert vorzugsweise in der Größenordnung von 6 bis 9 gehalten werden. Experimente über eine längere Zeit haben gezeigt, daß die beste Faserbildung dann eintritt, wenn das Mehl geringfügig basisch ist, d.h. innerhalb eines pH-Wert-Bereiches von 7,5 bis 8.7 liegt.

Eine Regelung des pH-Wertes wird durch Zusatz einer Säure, wie Salzsäure oder Phosphorsäure, einer Base, wie Natriumhydroxyd zur wäßrigen Flüssigkeit vor dem Mischen derselben mit dem Sojabohnenmehl zur Bildung der feuchten Mischung erreicht. Der Zusatz eines Hydroxydes ist von ganz besonderem Vorteil, weil dieses offensichtlich eine zusätzliche Funktion zu der der Einstellung des pH-Wertes besitzt. Die Menge an zugesetztem Natriumhydroxyd soll so ausreichend bemessen sein, daß der pH-Wert a'jf 8,2 bis 8,7 erhöht wird, wobei der Optimalwcrt bei 8,6 liegt. Offensichtlich erhält man eine günstige chemische Wirkung auf die komplizierte Molekularstruktur des Proteins zur Katalysierung der Reaktion. Unabhängig von der technischen Erklärung ruft der Zusatz an Natriumhydroxyd einen wesentlich besseren Grad der Faserbildung bei dem sich ergebenden extrudierten Produkt hervor und vereinfacht erheblich die Regelung des Verfahrens. Weiterhin kann der Proteingehalt innerhalb eines weiteren Bereiches variiert werden, ohne daß die ausgezeichnete Faserbildung beeinträchtigt wird. Läßt man die aus der wäßrigen Lösung des Natriumhydroxyds und dem Sojabohnenmehl gebildete Mischung sich setzen und mehrere Minuten lang vor dem Einführen in den Extruder »aushärten«, so werden diese günstigen Ergebnisse noch weiter gesteigert. Die Regelung des pH-Wertes der Mischung, insbesondere mit Hydroxylionen, ist von großer Wichtigkeit, urn ein Produkt mit Spitzenqualität zu erhalten.

Ein weiterer Regelfaktor neben Fettgehalt, Kohlehydratgehalt, Feuchtigkeitsgehalt und pH-Wert ist der Proteingehalt der Masse. Üblicherweise besitzt das aus üblichen ölextraktionsverfahren stammende Sojabohnenmehl einen Proteingehalt von etwa 44 oder 50 Gew.-°/o. Gewöhnlich trifft man einen Proteingehalt von weniger als etwa 44% nicht an, obwohl dieses Verfahren pflanzliche Stoffe mit einem Proteingehall, der geringer als dieser Wert liegt, umfaßt. Unterhalb von 30% Protein lohnt sich die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht. Versuche haben gezeigt, daß ein Sojabohnenmehl mit einem Proteingehalt von etwa 50Gew.-% zu dem wünschenswertesten Produkt bei optimaler Faserbildung und optimaler Expansion führt Der Proteingehalt kann aber auch über 50% bis zu 75% gesteigert werden. Oberhalb dieses Wertes neigt das entstehende Produkt zu unerwünschten gummiartigen Eigenschaften. Der Proleingehalt im Sojabohnenmehl sollte also zwischen 30 und 75 Gew.-% liegen, wobei der bevorzugte Anteil bei etwa 50 Gew.-% liegt.

■> Die Drücke im Extruder liegen gewöhnlich im Bereich von 21,1 bis 42,2 kg/cm². Ein Teil dieses Druckes wird durch Förderschnecke und Halteplatte hervorgerufen. Kin anderer Teil des Druckes rührt von den hohen Temperaturen, aufgrund von Reibung des fließenden

ίο Produkts an den Extruderwänden her, sowie von der Wärme, die bewußt auf der Außenseite des im Normalbetrieb befindlichen Extruders zugeführt wird.

Die Temperatur des im Extruder befindlichen Stoffes sollte bevorzugt im Bereich zwischen 135°C und 150⁰C liegen. Optimale Ergebnisse erhält man bei etwa 138°C. Während der Feuchtigkeitsgehalt von etwa 20 bis etwa 40% steigt, kann die Temperatur von 155°C auf etwa 135°C gesenkt werden. Unterhalb von etwa 135°C ist die Faserbildung schlecht.

Zusatzlich zum Dampfmantel 15' zur Zuführung von Wärme umgibt ein ringförmiger Kühlmantel 13' (Fig.4) den hinteren Teil der Extruderkammer. Eine Kühlung verhindert eine Überhitzung des Produktes und ein Ansengen vor dem Austritt aus dem Extruder.

Der Produktauslaß aus dem Extruder umfaßt noch eine kleinere Sekundärkammer 14', in der der Stoff von der Öffnung 11' in der Platte 7' ausgetragen wird. Der Austrag von dieser Sekundärkammer ist durch einen Düsenauslaß 19' begrenzt. Er besitzt einen Bereich, der kleiner oder etwa gleich dem der Drosselaustrittsöffnung 11' ist. Ohne dieses zweistufige Drosselverfahren ist es schwierig, eine brauchbare Faserbildung im Produkt zu erhalten. Ein weiteres Merkmal des Extruders hat sich als wichtig für eine Faserbildung von Spitzenqualität herausgestellt, wenn das vorher erläuterte Zusammenwirken ausgenutzt wurde. Dieses Merkmal (F i g. 4) besteht in der Positionierung eines länglichen Rohres 17' zwischen Drosselaustritt 11' und Düsenaustritt 19'. Der Durchmesser ist wesentlich kleiner als der Durchmesser der Extruderkammer, an die das Rohr befestigt ist. Das Durchmesserverhältnis liegt gewöhnlich zwischen Vb bis Vio. Das Produkt wird in Längsrichtung durch dieses radial verengte Element in Längserstrekkung des Rohres unter hohen Drücken und bei erhöhter Temperatur geführt, bevor es in die Umgebung mit niedrigerem Druck und Temperatur ausgetragen wird. Die Rohrlänge ist etwa gleich dem Acht- bis Zwölffachen des Innendurchmessers. Bei Auslegungen in der Praxis würde der Extruderkammerdurchmesser bei etwa 13 cm bei einer Länge von 1 m bis 1,20 m liegen, der Rohrdurchmesser bei 1,6 cm und dessen Länge bei etwa ! 5 crn.

Die genaue wissenschaftliche Erklärung der Funktionen dieses hohlen Druckrohres, in die der Stoff vor dem Austragen in die Atmosphäre gegeben wird, kann nicht geliefert werden. Seine Wirksamkeit ist jedoch sehr genau zu umschreiben und sehr beachtlich. Bei gewissen Sojabohnenmehlen, bei denen der Proteingehalt niedrig liegt, stellt sich nur eine sehr schlechte Faserbildung ein,

w) wenn nicht die Rohrverlängerung verwandt wird.

Im liclrieb wird das durch Lösungsmittelextraktion des Öles von den Sojabohnen hergestellte Mehl überwacht, damit es nur einen geringen ölgehalt, d. h. weniger als etwa 2%, aufweist und vorzugsweise praktisch

b5 ölfrei ist, d. h. weniger als etwa 0,5 Gew.-% öl aufweist Liegt der Gehall höher, so muß das Sojabohnenmehl mit einem chemischen Lösungsmittel, beispielsweise Hexan, zur Extrahierung überschüssigen Öls behandelt

werden. Weiterhin wird kein anderes Öl oder ein anderes Fett, weder pflanzlich noch tierisch, dem Mehl vor dem Extrudieren zugesetzt.

Gewünschtenfalls kann das Mehl feiner als die kleinen Flocken zermahlen werden, in denen es gewöhnlich nach dem Extraktionsverfahren vorliegt, eine demcntsprechende Experimentierung zeigt jedoch, daß dies nicht notwendig ist.

Fcuchligkeit wird dem Sojabohnenöl dann /iipcset/l. gewöhnlich in Form von Wasser, wodurch der Niis.se- oder Feuchtigkeitsgehalt bis zu einem Bereich von 20 bis 40 Gew.-% der entstehenden Mischung gesteigert wird. Feuchte und Mehl werden miteinander in einer homogenen Mischung vermischt.

Soll der pH-Wert des Mehls so eingestellt werden, daß er beispielsweise im bevorzugten Bereich von 7.5 bis 8,7 liegt, so wird er so eingestellt, daß vorzugsweise die genannten Reagenzien zugesetzt werden. Ein vorzugsweise Hydroxylionen enthaltender Grundstoff, vorzugsweise Natriumhydroxyd, kann durch Zugabe zu Wasser vor dem Anfeuchten des Mehls zugesetzt werden. Vorzugsweise wird genügend zugesetzt, um den pH-Wert auf etwa 8,6 zu bringen. Gewünschlenfalls kann der pH-Wert im sauren Bereich eingestellt werden. Säure wird dem Wasser und so dem Mehl in gleicher Weise zugegeben.

Die fertige Ausgangsmischung wird gemäß F i g. 4 in den Einlaß 3' gegeben, während die Extruderschnecke 5' bei erheblicher Geschwindigkeit, beispielsweise mit etwa 150 U/min in Drehungen versetzt wird. Während dieses Vorgangs wird Dampf durch den vorderen Dampfmantel 15' und gewöhnlich Kühlwasser durch den hinteren Kühlmantel 13' geführt. Die Mischung wird im Extruder durch die Schnecke gefördert, unter Erhöhung der Temperatur auf einen Bereich zwischen 135 und 155°C. Da die Schnecke das Material schneller vorführt, als es durch die Drosselauslaßöffnung gegeben werden kann, baut sich der Druck in der Kammer auf, während das Produkt im Extruder stark mechanisch bearbeitet wird. Wenn die Mischung die Drosselplatte T erreicht, besitzt sie die Form einer fließfähigen Substanz, die von der Hauptextruderkammer nach einer Verweilzeit von etwa 30 bis 40 s durch die Drosselaustrittsöffnung 11' in die Sekuridärkammer 14' gedruckt wird, in der sie unter erhöhtem Druck, und erhöhter Temperatur bleibt. Aus der Sekundärkammer 14' gelangt die Substanz durch das längliche Rohr zur Drosselaustrittsöffnung 19'. Beim Austreten aus der öffnung 19' unter hohem Innendruck in einen Raum mit viel niedrigerem Druck, etwa Atmosphärendruck, spritzt die überhitzte Feuchtigkeit teilweise durch Verdampfung ab und läßt das Produkt sich expandieren und teilweise abkühlen. Wird das Produkt richtig verarbeitet, so tritt es in Form eines kontinuierlichen länglichen faserigen Stranges aus, der in seiner kontinuierlichen Form gehalten oder in einzelne Stücke beim Austritt aus einer üblichen Schneidvorrichtung getrennt werden kann. Das Abschneiden sollte vorzugsweise durch Reißen in Stükke erfolgen, bei dem die zellartige Gitterkonstruktion in eine längliche Faserform gedehnt wird. Das expandierte Produkt ist sehr porös, besitzt eine Struktur, die der von Fleisch gleicht. Wird das Produkt im frisch extrudierten Zustand naß gehalten, so kann es direkt als Fleischersatz verwendet werden. Gewöhnlich ist es wünschenswert, dem Produkt vor dem Extrudieren Farbstoffe zuzusetzen und vor oder nach dem Extrudieren Geschmackstoffe hinzuzufügen.

Anstatt das Produkt im feuchten Zustand zu lagern.

indem es unier Kühlung oder hermetisch abgeschlossen gehalten wird, kann es schnell und leicht lediglich unter Durchführen durch eine übliche Trockenkammer getrocknet werden, so daß es zweckmäßiger verpackt und

■5 gelagert werden kann. Seine Porosität führt zu einer raschen Trocknung, so daß es direkt verpackt werden kann.

Von Wichtigkeit ist. daß das Produkt sehr schnell \\ icder völlig bewässert werden kiiiiii. d. h. innerhalb woni-

H) ger .Sekunden, und zwar sehr einfach, indem einfach eine wäßrige Flüssigkeit /ugcset/.t wird. Das entstehende Produkt kann als Nahrungsmittel für Menschen, beispielsweise als Schonkost, verwendet werden. Aufgrund seines geringen Preises kann es in wirtschaftlicher Weise auch als Haustiernahrung verwendet werden. Das Nahrungsmittel kann in allen möglichen Formen verabreicht werden, es kann eingelärbl und/oder auf die verschiedenartigste Weise abgeschmeckt werden und kann in steuerbarer Weise in seinen Eigenschaften verändert werden, um so den verschiedenartigsten Fleischsorten zu ähneln. Durch Steuern der Speisung für den Extruder, der Temperaturen, dem Expansionsgrad, der Additive, des Proteingehaltes, des Feuchtigkeitsgehaltes und dergleichen kann der Charakter des Produktes in weiten Grenzen verändert werden, wobei trotzdem die faserige fleischähnelnde Textur beibehalten wird.

Es hat sich weiterhin herausgestelli, daß die Zugabe einer winzigen Menge elementaren Schwefels zu dem Sojabohnenöl vor dem Extrudieren zu außerordentlich

jo günstigen Ergebnissen führte. Zahlreiche Versuche mit potentiellen Additiven und einer großen Anzahl chemischer Reagenzien einschließlich der Schwefelverbindungen wurde durchgeführt. Es stellte sich heraus, daß von allen diesen Zusätzen einige wenige ausgewählte.

nämlich Schwefel, Kaliiimsulfid und Natriumsulfid besonders vorteilhafte Ergebnisse zeitigten. Eingehende Versuche haben gezeigt, daß von diesen drei Stoffen, nämlich des elementaren Schwefels, des Kaliumsulfids und des Natriumsulfids der elementare Schwefel bei weitem der wirksamste war. an zweiter Stelle stand Kaliumsulfid am drittwirksamsten war Natriumsulfid. Kaliumsulfid führt zu einem Produkt, das erheblich besser als das mit Natriumsulfid ist. elementarer Schwefel dagegen zu einem Produkt, der den beiden anderen weit überlegen ist. Verschiedenartige Kombinationen dieser Reagenzien und möglicher chemischer Zwischenprodukte längs der chemischen Reduktionsreihe zwischen Schwefel und den Sulfiden können verwandt werden. Durch den Zusatz eines dieser Reagenzien zum Sojabohnenmehl, selbst in winziger Meng·;, vor dem Extrudieren unter erhöhten Temperaturen und Drücken im Extruder erleiden die exirudierien Stoffe gewisse chemische Veränderungen, die zu sehr wünschenswerten physikalischen Eigenschaften eines expandierten bzw. geschäumten faserförmigen Nahrungsmittelproduktes führen.

Eine genaue und vollständige technische Erklärung kann zur Zeit nicht gegeben werden, wegen der äußerst komplizierten Natur der Proteinmoleküle im Sojaboh-

tiO nenmehl und auch darum, weil es völlig unmöglich ist, die Änderungen in der Molekularstruktur der Produkte zu analysieren. Es wird jedoch angenommen, daß diese besonderen schwefelartigen Reagenzien unter dem Einfluß der hohen Temperaturen und Drücke im Extruder zu molekularen Veränderungen führen, die zu »gekräuselten« Proteinmolekülen durch Änderung der Cystinbindungen führen, die durch die Aminosäuregruppen zwischen den Peptideketten gebildet sind, die im allge-

meinen parallel und einander überlappend verlaufen. Diese Reagenzien besitzen einen starken Einfluß auf diese Molekularsiruktur. und führen zu einem offensichtlichen Zusammenbruch einer Reorganisation aus der ursprünglichen Molekularanordnung in höchst wünschenswerte faserige Eigenschaften, wenn das Produkt beim Austritt aus dem Extruderdrosselauslaß expandiert.

Die einzelnen, nur in ganz geringen Mengen dem Mehl zugesetzten Reagenzien sind im Endprodukt nicht enthalten und lassen keinerlei unerwünschten Geruch oder Geschmack im Produkt zurück. Das Natriumsulfidreagenz jedoch ruft während der Verarbeitung starke Gerüche hervor, wodurch dieses als Additiv weniger gewünscht ist.

Wie ausgeführt, brauchen nur winzige Mengen an Reagenzien verwandt werden. Versuche haben ergeben, daß Schwefel mit 100 Teilen/Million (ppm) des Sojabohnenmehls gewichtsmäßig vorhanden sein sollte. Ein praktischer Bereich liegt bei 100—5000 Gewichtsteilen/Million des Sojabohnenmehls, d. h. in einem Bereich von etwa 0.01—0,5%. Zusätzlicher Schwefel über diese Menge hinaus hat anscheinend keine weiteren günstigen Einflüsse und soll daher in größeren Mengen nicht verwandt werden.

Wird Kaliumsulfid als Reagenz verwandt, so setzt man es vorzugsweise in größeren Konzentrationen als Hen elementaren Schwefel ein. Gewöhnlich liegt das Verhältnis zu elementarem Schwefel bei 4 :1, so daß die minimale Menge von etwa 400 Teilen/Million verwandt werden sollte. Ein praktischer Bereich liegt bei 400 bis 20 000 Teilen/Million. Selbst dann ist das Kaliumsulfid nicht so wirksam wie der Schwefel, da das Endprodukt bei der Verwendung von Kaliumsulfid in der Faserstruktur und dem Expansionsausmaß geringer ist, obwohl es eine erhebliche Verbesserung gegenüber Extruder-Sojabohnenmehl-Proben, denen Additive nicht zugesetzt waren, zeigte.

Wird Natriumsulfid verwandt, so setzt man es in noch größeren Konzentrationen ein, d. h. etwa mit 10 :1 relativ zum Schwefel, so daß ein praktisches Minimum von etwa 1000 Teilen/Million verwandt werden sollte. Selbst jetzt ist das entstehende Produkt demjenigen unterlegen, das vom Kaliumsulfid der Schwefciadditive herrührt. Zusätzlich besitzt das Natriumsulfid-Additiv einen weiteren Nachteil bezüglich der anderen beiden Additive, da ein erheblicher Geruch während der Verarbeitung offensichtlich aufgrund einer chemischen Reaktion auftritt, die während der Verarbeitung zu Mercaptanstoffen führt. Dieses Additiv ist daher weniger wünschenswert.

Um eine gleichmäßige Verteilung der geringen Menge des speziellen Rtagenz im Sojabohnenmehl zu erhalten, wird das Reagenz vorzugsweise so zugesetzt, daß zunächst eine gleichmäßige Dispersion in der wässrigen Flüssigkeit erfolgt, die anschließend zur Steigerung des Feuchtigkeitsgehaltes des Sojabohnenmehls innerhalb eines annehmbaren Bereiches führt.

Wie vorher erwähnt, wird Feuchtigkeit dem Sojabohnenmehl vor dem Extrudieren zugesetzt, da der Bestfeuchtigkeitsgehah des Mehles nach der ölextraktion gewöhnlich sehr niedrig liegt. Der Feuchtigkeitsgehalt muß innerhalb eines Arbeitsbereiches gesteuert werden. Durch Verwendung besonderer Additive kann der wirksame Feuchtigkeiisgehaltbcreich verbreitet werden, ohne daß die Produktion eines Spitzenqualitätsproduktes Schaden leidet. Das Spiizenqualitätsprodukt ergibt sich im übrigen innerhalb des Feuchtigkeitsbereiches von etwa 19 bis 41 Gew.-% der entstehenden Feuchtigkeit und der Mehlmischung, obwohl brauchbare Produkte außerhalb des genannten Feuchtigkeitsbereiches auch erhalten werden können. Der breite Be-

Γ) reich von etwa 22% steht einer schmalen Minimum-zuMaximum-Bereichsveränderung gegenüber, wenn das Additiv nicht verwandt wird. Vor der Zugabe des Wassers wird, wie gesagt, das Reagenz hierin suspendiert (und teilweise gelöst). Die gleichmäßige Suspension

ίο wird bis zur Verwendung aufrecht erhalten.

Werden die besonderen genannten Additive bei diesem Verfahren eingesetzt, so kann der Proteingehalt über einen weiten Bereich von 35—75% variiert werden und man erhält trotzdem noch ein Produkt mit Spitzenqualität. Die Möglichkeit für den Einsatz in der Praxis wird das Potential der Nahrungsmittelprodukte, die nach diesem Verfahren hergestellt werden, erheblich gesteigert.

In der Extruderanordnung, braucht, wenn die Mischung mit dem besonderen Additiv verwandt wird, kein besonderes Verlängerungsrohr am Extruderauslaß für das Produkt mit hoher Qualität verwandt werden. In F i g. 4 ist zwar ein solcher Extruderaufbau dargestellt, der in den Fig. 1—3 dargestellte Extruderaufbau kann jedoch genauso gut verwandt werden.

Insbesondere ist es nicht notwendig, eine längliche Rohrverlängerung 17', wie in der modifizierten Extruderanordnung Γ. Fig.4. zu verwenden. Dieser modifizierte, jedoch komplizierte Extruderaufbau 1', der vor-

jo zugsweise zur Durchführung der grundlegenden Erfindung benutzt wird, besteht aus einem Einlaß 3', einer Schnecke 5', einem Extrudergehäuse 9', einem vorderen, ringförmigen Mantel für Dampf 15'. einem hinteren Kühlwassermantel 13', einer Drosselplatte T mit einer

J5 Drosselöffnung ΙΓ und einem Düsendrosselaustritt 19' am Ende des Rohres 17'.

Die Exlruderanordnung gemäß den Fig. 1 bis 3 besitzt einen ähnlichen Einlaß 3, einen Kühlwassermantel 13 und einen Dampfmantel 15 im Extrudergehäuse 9, in dem die Extruderschnecke 5 liegt, die Platte 7 mit der Öffnung U, hinter der die Sekundärkammer 14 liegt eine zweite Drosselöffnung 21 in der Platte 22, die im Bund 20 gehalten ist.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

7,7 kg Sojabohnenmehl wurden nach ölextraktion

so mit Hexan eingesetzt. Der Proteingehalt lag bei 50Gew.-% des Sojabohnenmehls, der Fettgehalt bei 0.5 Gcw.-%. Das Sojabohnenmehl wurde mit 2600 cm³ Wasser vermischt, wobei dem Wasser so ausreichend Natriumhydroxyd zugegeben wurde, daß die Mischung aus Feuchtigkeit und Sojabohnenmehl einen End-pH-Wert von 7,5 aufwies. Man ließ die Mischung sich setzen und fünf Minuten lang festigen, um eine gute Wasser- und Nairiumdispersion, Penetration und Umsetzung zu erhalten. Die Mischung wurde dann in die dargestellte

μ Extrudereinrichtung gegeben, wobei dem Mantel 15' Dampf mit einem Druck von 1,4 kg/cm² zugeführt wurde, sowie Kühlwasser bei Zimmertemperatur, das konstant durch den Mantel 13' lief. Die Öffnung in der Drosselplattc T besaß einen Durchmesser von 0,635 cm, die

h5 Schnecke 5' lief mit 150 Upm um. Die Mischung wurde so mechanisch innerhalb des Extruders bei einer Temperatur von etwa 150⁰C bearbeitet, wobei die Drücke etwas variierten, im allgemeinen jedoch über 21 kg/cm²

lagen. Das Material wurde kontinuierlich durch den Extruder durch das längliche Rohr und aus einer Extruderdüse mit einer Größe von 9,5 · 3,2 mm geführt. Die Verweilzeit des Materials innerhalb des Extruders betrug etwa 30 Sekunden. Die Mischung wurde von der Düse in einem kontinuierlichen Strom abgegeben und bestand in einem koherenten Faseraufbau, der bei Durchgang durch die Düse zur Bildung einer porösen Struktur expandierte. Beim Abziehen besaß das Produkt eine faserige fleischartige Textur ausgezeichneter Qualität.

Beispiel 2

Ein weiterer Versuch ähnlich Beispiel 1 wurde vorgenommen, hierbei wurde jedoch der pH-Wert sauer mit Hilfe von Salzsäure eingestellt. Das Sojabohnenmehl wurde mit 1000 ecm Wasser vermischt, in denen 15,5 g konzentrierte Salzsäure gelöst war. Die Materialien wurden etwa 13 Minuten vermischt und dann wurden zusätzlich 1850 cm³ Wasser zugegeben, der pH-Wert der Mischung stellte sich auf etwa 6,6 ein. Die Mischung wurde dann dem Extruder zugeführt und durch den Extruder bei Drücken von etwa 28 kg/cm² und einer Temperatur von etwa 150⁰C durch den Extruder geführt. Das entstandene Produkt besaß eine gute Faserbildung, die Faserbildung war jedoch schlechter als in Beispiel I. wo der pH-Wert auf der basischen Seite lag.

Beispiel 3

Es wurde, ähnlich wie in Beispiel 1, vorgegangen, nur daß der Feuchtigkeitsgehalt etwa 25% betrug, der pH-Wert wurde nicht eingestellt. Das Produkt war recht brauchbar, die Faserbildung war gut, jedoch nicht so gut, wie in dem Fall, wo der pH-Wert über 7 lag.

Beispiel 4

Es handelte sich im wesentlichen um das gleiche Mehl wie nach Beispiel 2, der pH-Wert wurde jedoch in der Mischung auf 5,5 durch Zugabe von 52 g Salzsäure in Lösung in 2300 cm³ Wasser eingestellt. Es bildeten sich zwar Fasern, diese banden jedoch das Produkt nicht so wirksam wie bei d»'n vorhergehenden Versuchen, die Faserbildung war schlechter als vorher. Aus zusätzlichen Versuchen ging hervor, daß das Ausmaß der Faserbildung leicht ziemlich schnell abfiel, wenn der pH-Wert um diesen Betrag gesenkt wurde. .

Beispiel 5

Bei diesem Versuch handelte es sich beim Sojabohnenmehl um das in Beispiel 1 beschriebene. Die Mischung wurde jedoch durch Zusatz von 50 g Natriumhydroxyd gebildet, etwa 1000 cm³ Wasser wurden mit dem Mehlsojabohnenmehl vermischt, um eine Mischung von 8,6 zu erhalten, nachdem 1300 cm³ zusätzliches Wasser anschließend zugegeben wurden. Das Produkt wurde dann durch die dargestellte Einrichtung extrudiert, das Endprodukt zeigte eine sehr erhebliche Schwellwirkung, jedoch mit vollständiger Koherenz aufgrund des Fasernetzwerkes und mit ausgezeichneten fleischsimulierenden Eigenschaften. Das Produkt wird schnell und leicht bei Temperaturen oberhalb 100⁰C zur Verdampfung überschüssiger Feuchtigkeit getrocknet. Innerhalb weniger Sekunden wird das Produkt durch Zusetzen warmen Wassers wieder rehydratisiert

Beispiel 6

Parallelvcrsuchc wurden mit Sojabohnenmehlen vorgenommen, die etwa 2% Sojabohnenol. etwa 2% tierisches Fett und 5% Sojabohnenol im Mehl enthielten. 7,7 kg des 50% Protein enthaltenden Sojabohnenmehls wurden mit 2300 cm¹ Wasser in jedem Fall und 7,5 g Natriumhydroxyd vermischt, um den pH-Wert in einen Bereich geringfügig über 7. jedoch unter 8, zu bringen.

Das Mehl wurde dann durch die Vorrichtung wie vorher erwähnt extrudiert, mit dem Ergebnis, daß das aus dem Mehl mit 2% Sojabohnenol entstandene Produkt und das Produkt aus dem Mehl mit 2% tierischem Fett eine gewisse Faserbildung, jedoch von erheblich schlechterer Qualität, zeitigte, während das 5% Sojabohnenol enthaltende Produkt überhaupt keine Faserbildung zeigte. Im letzteren Fall wurde das partikelförmige Mehl in der gleichen Art wie es in den Extruder kam. ausgetragen.

Beispiel 7

Parallelversuche wurden an dem 50% Protein enthaltenden Sojabohnenmehl mil 5% Kohlehydrat und 15% Kohlehydrat in Form von Maisstärke durchgeführt. Die entstehenden Produkte umfaßten ein Produkt der 5%igen Mischung, das eine schlechte Faserbildung zeitig wobei durch das übermäßige Schwellen die Fasern aulgebrochen wurden; das 15%ige Produkt zeigte lediglich eine Schwellung oder Blähung ohne Faserbildung, so daß keinerlei Fleisch-siniulierende Eigenschaften sich zeigten.

Beispiel 8

Parallelversuche mit Proteingehalten von 44% und darunter, durchgeführt mit verschiedenen pH-Werten bei variierenden Extrudertemperaturen und Drücken zeigten andere Arten von Faserbildung. Experimente mit oder ohne Extruderrohrverlängerung wurden durchgeführt.

Beispiel 9

7,7 kg Sojabohnenmehl mit 50% Proteingehalt und einem Fettgehalt von 0,5% wurden mit 2600 cm³ Wasser

so vermischt, denen !,45 g fein zerkleinerter elementarer Schwefel zugesetzt war. Nach Mischen dieser Materialien zusammen zur Herstellung einer homogenen Mischung wurde die Mischung in den Extruder gegeben, wobei Dampf bei 1,4 kg/cm² durch den Mantel 15 geführt wurde. Kühlwasser bei Zimmertemperatur und 4,2 kg/cm² lief durch den Kühlmantel 13. Die öffnung 11 der Druck-Drosselplatte 7 besaß einen Durchmesser von 1,27 cm, die öffnung 21 in der Druckplatte eine Größe von 9,5 · 3,2 mm Temperatur der Mischung am

bo Abström-seitigcn oder Auslaßende des Extruders erreichte 138° C bei einem Druck von etwa 28 kg/cm². Es wurde durch die Doppelöffnungsreihe extrudiert und in die Umgebungsluft in Form einer kontinuierlichen Länge an expandierender Struktur oval im Querschnitt ausgetragen, wobei ein Hauptdurchmesser etwa 2,5 crri und ein kleinerer Durchmesser etwa 193 mm betrug. Die Struktur war in hervorragender Weise porös und faserig·

13

Beispiel 10

7.7 kg an Sojabohnenniehl mit einem Proteingehalt von etwa 50% wurden mit etwa 2600 cm^J Wasser vermischi. denen 0. 013 kg Natriumsulfid in suspendierter Form zugesetzt war. Die Mischung wurde wie nach Beispiel 9 extrudieri. das Produkt enthielt eine verbesserte geblähte und faserige fleischartige Textur, wobei der Faseraufbau jedoch nicht so günstig war. wie der mit Elementarschwefel; das Produkt besaß eine extrudierte Größe von 1, 27 · 15,88 cm. Seine Porosität war geringfügig kleiner als die nach Beispiel 9.

Beispiel 11

15

Das Verfahren wurde wie nach Beispiel 9 durchgeführt, nur. daß anstatt elementaren Schwefels 0.032 kg an Natriumsulfid, das in Wasser vor dem Zusetzen suspendiert war, dem Mehl zugesetzt wurde. Im übrigen arbeitete man etwa in der gleichen Weise, das ernstehende Produkt besaß trotz verbesserte Faserstruktur eine niedrigere Qualität als beim Kaliumsulfidvcrsuch und eine wesentlich schlechtere Qualität als beim Versuch mit Schwefel und besaß einen Enddurchmesser von etwa 1,27 cm. Während der Verarbeitung zeigte sich ein außerordentlich unangenehmer Geruch.

Beispiel 12

Parallelversuche ähnlich Beispiel 9 wurden durchge- jo führt, nur daß der Schwefelgehalt in verschiedenen Versuchen zwischen 100 und 5000 Teilen/Million variierte. Die Endprodukte waren ausgezeichnet, vergleichbar mit denen nach Beispiel 9 erhaltenen.

Beispiel 13

Parallelversuche wurden ähnlich wie Beispiel 9 durchgeführt, nur daß der Proteingchalt zwischen 35 und 75 Gew.-°/o des Sojabohncnmehls variierte. Das entstandene Produkt besaß ausgezeichnete Qualität, eine gute Faserbildung und Kontinuität über die Länge des porösen Stoffes.

Beispiel 14 4S

Parallelversuehe ähnlich denen nach Beispiel 9 wurden durchgeführt, nur daß der Feuchtigkeitsgehalt zwischen 19.3 und 41 Gew.-% der Sojabohncnmehlmischung schwankte. Wieder waren die Ergebnisse ausgezeichnet.

Beispiel 15

Parallelversuche ähnlich Beispiel 10 wurden durchge- *λ führt nur mit einer Ausnahme, daß Feuchtigkeitsgehalt, Proteingehalt und Additivmenge über eine gesteuerte graduierte Basis in einer Weise ähnlich den Parallclversuchennach Beispiel 12 bis 14 variierten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Proieinnahrungsmittels mit fieischartiger Textur, bei dem ein proteinhaltiges Material mit Wasser angefeuchtet und bei erhöhten Temperaturen unter erhöhtem Druck extrudiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrudieren in der Weise erfolgt, daß man das erhitzte, unter Druck gesetzte, mechanisch durchgearbeitete Material durch erste verengte öffnungen in einen Raum drückt, in dem es auf erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck gehalten wird, und dann durch zweite verengte öffnungen in eine Umgebung mit einem erheblich unter dem erhöhten Druck liegenden Druck extrudiert.

2. Verfahren nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß als proteinhaltiges Material praktisch ölfreies Sojabohnenmehl verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sojabohnenmehl einen Proteingehalt zwischen 30 und 75 Gew.-°/o, einen ganz geringen Fettgehalt, einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als etwa 20 Gew.-% und einen pH-Wert auf 5 bis 12 aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Proteingehalt des Sojabohnenmehls zwischen 44 und 75 Gew.-% liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert zwischen 6 und 9 liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert im Bereich /wischen 7,5 und 8.7 liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert zwischen 7,5 und 8.7 durch Zusatz einer wasserlöslichen Hydroxylioncnhaltigen Substanz zum Befeuchtungswasscr für das Sojabohnenmehl eingestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß als Hydroxylionen-hallijje Substanz Natriumhydroxyd verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß das Material bei einer Temperatur im Bereich zwischen 132"C und 154°C extrudiert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß das Sojabohnenmehl weniger als etwa 5 Gew.-% an zusätzlichem Kohlenhydrat enthält.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erhöhte Druck im Bereich zwischen 21.1 und 42.2 kg/cm² liegt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem proteinhaltigen Material vor dem Extrudieren ein Schwefel enthaltendes Reagenz zugegeben wird, das die Cystinbindungsstruktur zwischen den Peptidkettcn der Proteinmoleküle unter erhöhten Drücken und Temperaturen verändert.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schwefel enthaltendes Reagenz elementaren Schwefel, Kaliumsulfid. Natriumsulfid oder Kombinationen hiervon einsetzt.

14. Verfahren n;ich einem der Ansprüche 1 bis !3, dadurch gekennzeichnet, daß das cxtrudicrte Produkt durch Reißen in Stücke in eine längliche Faserform gedehnt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum-Herstellen eines Proteinnahrungsmittels mit fleischartiger Textur, bei dem ein proteinhaltiges Material mit Wasser angefeuchtet und bei erhöhten Temperaturen unter erhöhtem Druck extrudiert wird.

In der Vergangenheit wurden besondere Anstrengungen hinsichtlich der Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet von Fleisch oder fleischähnlichen Nahrungsmitteln aus proteinhaltigen pflanzlichen Substanzen unternommen. Bekanntlich beruht der hauptsächliche Ernährungswert des Fleisches auf seinem Proteingehalt. Obwohl jedoch Fleisch die wünschenswerteste Proteinquelle ist. ist die Herstellung des Fleisches zur Zeit relativ uninteressant gemessen an dem Verhältnis von hineingestecktem Futter zu erhaltener Fleischmenge. Andererseits liefern verschiedene Feldfrüchte wie Sojabohnen billige Nebenprodukte mit hohem Anteil potentiell erhältlichen Proteins, die gewöhnlich jedoch nicht schmackhaft und/oder eßbar sind.
Ein ausgezeichnetes Verfahren zur Herstellung von fleischähnlichen eßbaren Nahrungsmitteln aus proteinhaltigen pflanzlichen Stoffen wie Sojabohnenmehl, ist in der US-Patentschrift 26 82 466 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine große Anzahl gesponnener Fasern mit kleinem Durchmesser hergestellt, die man in Bündel oder Stränge zusammenfaßt und dann in verschiedene eßbare Produkte nach entsprechender Behandlung umformt. Diese Produkte sind zwar von hoher Qualität, das Verfahren ist jedoch schwierig und teuer, so daß die jo Produkte im Bereich entsprechender richtiger Fleischprodukte liegen. Darüber hinaus ist der Anteil des erhaltenen Produktes verglichen mit den Kosten für die hierzu erforderliche Anlage pro Einheit relativ gering.

Ks handelt sich also um einen echten Bedarf nach r> einem relativ billigen Verfahren zur Behandlung proteinhaltiger pflanzlicher Stoffe zur Herstellung eines Produktes, das in seinem Aussehen, der physikalischen Struktur und Textur und den Kaueigenschaften richtigem Fleisch sehr nahe kommt und daß darüber hinaus so billig wäre, daß das Produkt in den Geschäften mit einem Bruchteil des Preises der eigentlichen Fleischprodukte auszuzeichnen wäre.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines relativ billigen Verfahrens zum Behandeln proteinhaltiger pflanzlieher Stoffe zu deren Umwandlung aus einer praktisch nicht genießbaren Substanz in ein sehr schmackhaftes und gern angenommenes Nahrungsmittel, das im Aussehen, der physikalischen Struktur und Textur und den Kaueigensehafien sowie dem Nahrungswert Fleisch so sehr nahe kommt.

In den deutschen Patent (DE-PS 14 92 986) wird ein Verfahren zum Herstellen eines Proteinnahrungsmittels mit Flcischcharakter vorgeschlagen, bei dem aus mindestens 30% Proteinmaterial, wie Sojabohnen, und 10 bis 60% Wasser eine homogene plastische Mischung erzeugt und diese bei einer mindestens dem Siedepunkt von Wasser beim Druck nach der Entspannung entsprechenden Temperatur im Bereich von 93 bis 232°C extrudiert wird, wobei der Druckabfall jenseits der Extruderbo öffnung auf wenigs^ns 7 kg/cm² eingestellt wird. Nach diesem Verfahren wird ein Produkt mit offen Zellstruktur erzeugt, bei der die Mehrzahl der Zellen ein Verhältnis von Lunge zu Breite von größer als 1 hat. Das Produkt ist stabil gegen kochendes Wasser und soll eine b^ri dem Muskelprotein ähnliche Textur aufweisen. Dieses bekannte Verfahren erfordert jedoch eine Dampfbehandlung im Autoklaven zur Rehydratisierung. also eine verhältnismäßig kostspielige Nachbehandlung, um das